郭澤棉

（廣州北環(huán)高速公路有限公司 廣州510507）

0 前言

超高性能混凝土（UHPC）作為一種先進的新型水泥基材料［1，2］，具有高強度、高耐久性和高韌性等特點，目前在國際工程領域如橋梁、建筑、市政、機場等已有較多應用案例，特別是在橋梁建設領域［3-5］呈現(xiàn)了逐漸增長的趨勢。UHPC 材料的配比研究和制備工藝［6，7］已經(jīng)趨近成熟，國家也制定了相應的行業(yè)標準［8］。作為中國首座無筋預應力體系UHPC 橋梁，廣州北環(huán)高速擴建項目沙貝立交F 匝道橋在UHPC 橋梁的設計、施工等多方面都進行了開創(chuàng)性的嘗試。本文重在探討該項目在UHPC 梁預制安裝施工過程的一些技術難點以及相應的解決方案。

1 工程介紹

廣州北環(huán)高速公路是廣東省最早建成的高速公路之一，西連廣佛高速，東接廣深高速，是廣州北部進入城區(qū)最主要的交通樞紐之一。北環(huán)高速公路運營服役近25 年，由于車流量不斷攀升，其中沙貝至廣清立交路段日均斷面車流達21.89 萬輛，是設計通行量的2 倍以上，擁堵問題不斷加劇。為此，北環(huán)高速公路管理處對北環(huán)西行路段道路進行擴建，其中擴建的沙貝立交F 匝道橋經(jīng)過方案比選，決定采用超高性能混凝土（UHPC）工字型梁結構方案。

F 匝道原橋設計方案為：橋梁跨徑組合為1 m×13 m，上部結構采用預應力混凝土后張空心板梁，橋下凈空為3.7 m。由于橫坡影響，擴建橋如沿用原橋設計，橋下凈空將小于3.5 m，且橋臺施工期間將嚴重影響橋下交通。

為此擴建橋設計方案定為：橋梁跨徑組合為1 m×16 m，上部結構采用無筋預應力體系的UHPC 工字型梁，采用工廠預制、現(xiàn)場安裝的施工方案，建筑高度比原橋降低20 cm，且保持了原橋的下凈空標準。本項目橋型如圖1 所示。橋上主梁采用UHPC 工字梁，圖2為主梁的橫截面示意圖。

圖1 UHPC 梁橋型Fig.1 UHPC Beam Bridge

圖2 UHPC 工字梁標準斷面Fig.2 Standard Section of UHPC I-beam

2 工程主要難點

沙貝立交F 匝道橋項目具有以下技術難點：

2.1 項目體量小，技術難度高，成本控制壓力大

本項目體量小，但是具有施工難度大，安裝精度高的特點。從模板及臺座配置到UHPC 梁養(yǎng)護等關鍵技術都存在一定的難度，都需要進行不同程度的施工方案優(yōu)化，造成了很大的成本壓力。

2.2 工期緊，安全風險高

由于前期方案變更評審論證耗費時間，加之擴建項目交通壓力。UHPC 梁的預制、運輸、安裝以及橋面施工的工期僅30 d，且在工期內(nèi)還需要對UHPC 梁的預制場進行就近建設。成品梁運輸路線靠近高速公路，交通狀況復雜，安全風險相對較高。

3 總體實施方案

3.1 UHPC梁預制場布設

擴建現(xiàn)場沒有預制場地條件，預制場設距離橋位50 km 外的郊區(qū)。梁場占地1 600 m2，功能上劃分了制梁區(qū)、蒸養(yǎng)區(qū)、存梁區(qū)、預應力加工區(qū)、攪拌站5 個分區(qū)。建設了2 個制梁臺座，蒸養(yǎng)區(qū)可以放置5 片梁，存梁區(qū)設計按2 層存放，單排可以放置5 片梁。

3.2 UHPC梁預制安裝施工流程

結合UHPC 工字梁的設計圖紙和結構特點，本項目的施工流程如下：底、側模安裝→波紋管安裝→端模安裝→UHPC 澆筑→拆模養(yǎng)生→高溫蒸養(yǎng)→張拉、壓漿、封錨→裝車運輸→梁板安裝。從中可以看出，UHPC 梁的施工比常規(guī)混凝土多了高溫蒸養(yǎng)環(huán)節(jié)，且其波紋管定位、UHPC 澆筑以及張拉和運輸均有一定的特殊性。

3.3 重點流程

3.3.1 UHPC 澆筑

首先根據(jù)具體生產(chǎn)量，配置一組（兩臺）行星式攪拌機，攪拌缸的容量為1 m3。單梁方量僅2.7 m3，梁體高度僅62 cm，故現(xiàn)場采用一臺叉車配合料斗進行UHPC 的運輸與布料，十分簡便、靈活。其次由于施工期間正處于華南地區(qū)的暑期，氣溫較高，所以為控制UHPC 的拌和溫度，拌合用水采用碎冰塊預先制冷的措施。最后由于UHPC 的流動性非常好，澆筑時采用輕微的模板振搗工藝，避免了UHPC 材料內(nèi)摻鋼纖維的結團和沉底。

3.3.2 高溫蒸養(yǎng)

高溫蒸養(yǎng)需要達到90℃高溫［9］，故此保溫十分重要。整個蒸養(yǎng)梁的區(qū)間，在梁上覆蓋蒸養(yǎng)網(wǎng)片，蒸養(yǎng)網(wǎng)片上覆蓋保溫材料，從下到上依次為下層油布、保溫杯、上層油布。保溫層進行全封閉覆蓋，且必須在四邊預留出至少0.5 m，并用木方或重物壓實，在蒸養(yǎng)管道處尤其注意防止蒸汽泄漏。

配備3 臺鍋爐與1 臺蒸養(yǎng)控制系統(tǒng)。整個蒸養(yǎng)區(qū)安裝3～4 個溫度傳感器，分別置于蒸養(yǎng)區(qū)的四角處。在溫度控制系統(tǒng)控制溫升15 ℃/h，達到指定溫度90 ℃后蒸養(yǎng)2 d 后，采用自然降溫或12 ℃/h 降溫控制。

3.3.3 UHPC 梁起吊與運輸

UHPC 梁板重量相較傳統(tǒng)鋼筋混凝土梁顯得十分輕盈，故此梁場不用設置龍門吊，而是采用1 臺25 t的汽車吊配合起重作業(yè)。梁板運輸采用1 臺17.5 m 拖板車，架梁則采用1 臺80 t 汽車吊。起吊點的選擇經(jīng)過精細計算，避免在吊裝過程中出現(xiàn)工字梁扭曲變形、破壞等技術問題。

4 施工關鍵技術

4.1 臺座快速周轉(zhuǎn)

臺座周轉(zhuǎn)的快慢，對工期影響很大，進而影響項目造價。本項目UHPC 構件在預制前進行了材料的配比優(yōu)化，經(jīng)過配比優(yōu)化的 UHPC 材料［10］，1 d 強度可以達到90 MPa，將起吊點設置在距離梁端3 m 的位置，經(jīng)過驗算，即便沒有配筋和施加預應力，1 d 強度的UHPC 梁仍然完全滿足起吊工況下的結構受力與抗裂要求。在施工過程中，梁板澆筑完成后養(yǎng)護1 d 即移運到蒸養(yǎng)區(qū)，1 個臺座2 d 即可周轉(zhuǎn)1 次，2 個臺座配置條件下，每天可以生產(chǎn)1 片梁。臺座周轉(zhuǎn)速度比常規(guī)鋼筋混凝土梁縮短了5 d 以上（常規(guī)鋼筋混凝土7～10 d 周轉(zhuǎn)1 次），大大降低臺座的建設成本。

4.2 集中批量蒸汽養(yǎng)護方案優(yōu)化

原施工方案在臺座上對UHPC 梁進行高溫蒸汽養(yǎng)生，該方案養(yǎng)護工作面太分散，且蒸養(yǎng)設備投入大，經(jīng)濟性很差。本項目在梁場設置了專門的蒸養(yǎng)區(qū)，全部預制梁分2 批次進行養(yǎng)護。優(yōu)化后將UHPC 梁移運到蒸養(yǎng)區(qū)集中批量蒸汽養(yǎng)護，集中的蒸養(yǎng)設備投入少，工作面集中，熱力消耗少，在保證養(yǎng)護質(zhì)量的同時更加節(jié)能環(huán)保。

4.3 預應力管道定位安裝

采用無筋預應力結構體系，梁體沒有構造鋼筋，預應力波紋管定位困難。傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構借助構造鋼筋進行預應力管道定位的方法在本項目中無法實施，因此必須研發(fā)一種新型的預應力管道定位方法。經(jīng)過反復設計論證，確定了依托模板的鋼筋整體定位架方案。其具體做法是在通長的架立鋼筋上安裝坐標固定波紋管，整體吊裝到定型模板內(nèi)，與模板精確定位并固定。該方案操作簡單、定位準確、固定牢靠、且定位鋼筋消耗小，很好地解決了上述問題。

4.4 梁體側彎矯正

本項目工字型梁存在著側向剛度偏小，容易發(fā)生側撓的問題，如在成橋前不予矯正，將影響結構受力，增加疲勞受力。本項目在預制梁架設完成后、安裝梁間搭板時，對梁板進行逐片檢查，如發(fā)生側撓，則先把側撓的梁與相鄰的梁在橫隔梁處固定，然后用手拉葫蘆對跨中施力矯正，完成后安裝梁間搭板，將梁板縱向線型完全固化。

4.5 模板漏漿、安拆問題

UHPC 流動性極高，屬于典型的自流平混凝土，對于防止漏漿的要求大大高于常規(guī)混凝土，因此不宜在模板上開孔、開槽。本項目UHPC 梁采用了工字型式，翼緣與梁底同寬，梁體中心間距較小，中間空隙鋪設預制UHPC 板兜底，上面是整體化層，沒有濕接縫，不用預埋鋼筋，所以也就無需在模板上設置梳齒板。

UHPC 梁之間需要通過端橫隔梁聯(lián)結形成整體，確保結構穩(wěn)定，需要從預制梁體里預埋后澆段端橫隔梁鋼筋。在預制梁模板上開孔，讓預埋鋼筋伸出來，這樣造成兩個無法消除的問題：一是漏漿無法避免；二是安拆模板困難。本項目在端橫隔梁位置采用預埋鋼筋連接套筒、拆模后接出鋼筋的方法，無需在模板上開孔，成功地解決了漏漿與模板安拆的問題。

通過以上技術，基本杜絕了模板開孔留槽和漏漿的源頭；同時使得安拆模板方便快捷，避免暴力施工對梁體棱角的損傷，有效保障了預制梁的質(zhì)量。圖3為拆模后的UHPC 工字梁狀態(tài)，從圖3 中可以看出北環(huán)沙貝立交工字梁成功解決了漏漿和模板安拆的技術難題。

圖3 工字梁在拆模后的狀態(tài)Fig.3 State of I-beam after Removed Template

5 總結

廣州北環(huán)高速公路擴建項目作為國內(nèi)首座無筋預應力體系UHPC 橋梁，其在UHPC 梁預制安裝施工上，解決了成本控制、臺座快速周轉(zhuǎn)、蒸汽養(yǎng)生、波紋管定位、梁體側撓及高流動性混凝土防漏漿等一系列關鍵技術與難題，探索出一條經(jīng)濟實用、保障性高、可復制推廣的技術路線，對于UHPC 材料在橋梁領域的推廣應用具有典型的示范意義。