UHPC在公路改扩建桥面板加固中的应用

王明法

摘 要：本文从京沪高速公路改扩建实际工程案例出发，采用UHPC增大截面法对桥面板结构进行加固。通过有限元计算，本加固方案可以满足抗剪承载力要求，通过植筋加固将加固层与原构件进行连接，保证超高性能混凝土与旧混凝土共同工作，养护完成后桥面加固层无裂缝出现，桥面平整度符合设计及规范要求。

关键词：UHPC;增大截面;改扩建;加固

中图分类号：U414    文献标识码：A      文章编号：1006—7973（2021）02-0159-02

目前高速公路桥梁由于超载、养护不到位等因素，陆续出现各种病害，而传统加固方法存在加固困难、效果不理想等问题。超高性能混凝土材料以其强度高、延性好、与普通混凝土黏结好等优点而特别适用于桥梁加固[1]。

采用UHPC对桥梁结构加固的主要方法为增大截面法。研究表明，UHPC加固方法以UHPC材料自身超高的抗拉强度，在一定程度上可以提高普通混凝土板的刚度和延性[2]。刘超等以沪嘉高速公路蕰藻浜大桥加固项目为背景，为修复桥面板的裂缝，改善桥梁受力，提出超高性能混凝土（UHPC）薄层加固法，发现其可以增强主梁和桥面板之间的联系，提高桥面板的刚度，降低桥面板横向应力及挠度。

本文从京沪高速公路改扩建桥面板加固实际工程案例出发，采用有限元计算来研究超高性能混凝土应用于桥面板加固的承载力，提出采用超高性能混凝土增大截面加固桥面板的施工方案。

1工程概况

京沪高速公路临沂段改扩建工程起自蒙阴县与新泰市交界处K540+580，经蒙阴县、沂南县、兰山区、高新区、罗庄区、兰陵县、郯城县七个县区，止于郯城县红花埠南（鲁苏界）K710+000，接已建京沪高速公路江苏新沂至淮安段，全长169.3公里。

本次加固维修的工作范围为红花阜互通全桥桥面。红花埠互通立交原桥设计为（15+20+15）钢筋混凝土连续空心板，分左右两幅，左幅宽20.6m，右幅宽13.5。柱式墩，桩柱式桥台，与下穿通道斜交70°。

2加固方案

加固的思路是通过增大截面法对空心板梁桥进行加固，采用UHPC加固既有普通混凝土结构，形成UHPC外层与普通混凝土结构的复合结构，使加固后桥梁满足承载力要求，同时使普通混凝土结构容易受环境与机械荷载损伤的部位得到高强度、高耐久的UHPC层保护，最终结构使用寿命得到大幅延长。

2.1加固设计

本项目中空心板总体性能良好，采用超高性能混凝土UHPC加厚桥面板方法来加固桥梁，方案如下：

相关标准指出，增设超高性能混凝土层时，原构件混凝土表面宜进行凿毛处理。除此外，尚宜采取种植剪切销钉（钢筋）或将加固层新增钢筋与原构件钢筋采用短筋连接等措施。本方案采取植筋加固以更好保证超高性能混凝土与旧混凝土共同工作，具体如上图1所示。

2.2加固计算

计算模型采用Midas civil 2019梁单元有限元。UHPC加固层与原空心板之间为刚接;桥面铺装作为二期恒载采用外荷载施加;边界条件采用弹性支撑模擬。基本组合下剪力计算结果如下图所示：

经计算，本加固方案可以满足抗剪承载力要求，结果如下表所示：

3现场实施

3.1超高性能混凝土

超高性能混凝土由水泥、干混料、钢纤维和外加剂等组成，其中水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥;钢纤维采用抗拉强度≥2000MPa的镀铜钢纤维;减水剂采用减水率≥30%的粉体聚羧酸减水剂;干混料由中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司根据本工程需求针对性开发。通过优选原材料，混凝土配合比如表3所示：

根据T/CCPA7-2018《超高性能混凝土基本性能与试验方法》进行混凝土力学性能试验，各强度指标如表4所示：

3.2加固施工

凿除钢筋锈胀部位疏松的混凝土。混凝土凿除过程中，钢筋应完全剥离出来，特别注意钢筋内侧与混凝土粘结面之间应剔除干净。原构件混凝土露出骨料断面后，应在原构件凿毛成凹凸差不小于6mm且露出至少一半粗骨料的粗糙面。在凿除施工之前，需要判断结构的安全性能。在原下部结构上进行植筋，为了避免植筋对原结构造成损伤，在植筋之前需要探明原钢筋位置，尽量避开，并适当增大植筋孔间距。

采用满足性能要求的超高性能混凝土增厚截面，增厚厚度为5cm。施工过程中保证混凝土材料的性能要求及施工质量，严格控制钢筋网的保护层厚度。每完成2-3m长度超高性能混凝土振捣整平，马上沿横桥向覆盖薄膜进行保湿养护。

本桥面板加固施工，通过植筋加固将加固层与原构件进行连接，保证超高性能混凝土与旧混凝土共同工作。一方面依靠配筋UHPC自身超高的材料性能增强加固结构的整体刚度、延性及承载能力，同时充分利用UHPC与普通混凝土的表面粘结力来提供界面抗剪能力[2]。养护完成后桥面加固层无裂缝出现，桥面平整度符合设计及规范要求。

4结论

根据工程实际，通过混凝土工作性调整和施工工艺优化，很好地实现了超高性能混凝土桥面加固实施，主要结论如下：

（1）采用Midas civil 2019有限元计算本加固方案满足抗剪承载力计算要求，其抗剪钢筋可按构造要求进行配筋。

（2）通过植筋加固将加固层与原构件进行连接，保证超高性能混凝土与旧混凝土共同工作，养护完成后桥面加固层无裂缝出现，桥面平整度符合设计及规范要求。

参考文献：

[1]王春晖.采用超高性能混凝土加固槽型梁预制桥面板技术谈讨[J].上海公路，2018（1）：58-61.

[2]张阳，党祺，穆程.UHPC加固箱梁顶板受弯性能试验研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2017（3）：8-17.