超高性能混凝土在云南紅河大橋橋面鋪裝中的應(yīng)用

張鵬飛，徐 強(qiáng)[.同濟(jì)大學(xué)， 上海 0009；.上海建科集團(tuán)股份有限公司， 上海 0003]

云南省紅河特大橋是連接建水（個(gè)舊）與元陽的建元高速段的重要組成部分。紅河特大橋采用雙向 4 車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為 80 km/h。橋面需具備高抗壓、耐疲勞的特性。紅河特大橋地處元陽縣南沙鎮(zhèn)，距離昆明市有約5.5 h 的車程，其間不乏山路，由此給大型建筑設(shè)備的運(yùn)輸帶來了極大的困難。原方案需鋪設(shè) 20 cm 混凝土與 8 cm 的瀝青，這樣給懸索與橋墩帶來的自重壓力很大。相反，只需鋪裝 5 cm 的 UHPC 便能達(dá)到同樣荷載強(qiáng)度和適用性，并且大大減少了對(duì)懸索及橋墩的負(fù)荷。

1 鋼橋面鋪裝 UHPC 技術(shù)

超高性能混凝土（UHPC，Ultra-high Performance Concrete)的突出技術(shù)性能主要表現(xiàn)在硬化體的高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性，拌合物的良好施工性能，原材料組成的環(huán)保性能高的綠色建材。在細(xì)集料、外加劑與鋼纖維的作用下，其具備高抗壓性、高耐久性和高工作性。

該材料在橋面鋪裝中采用車輪式超聲波 UHPC 布料攤鋪正平一體機(jī)進(jìn)行鋪裝施工，并采用超聲波高程控制保證橋面 UHPC 的厚度和平整度。其與鋼橋的組合橋面結(jié)構(gòu)減少了橋面板的應(yīng)力，降低了鋼結(jié)構(gòu)由于疲勞荷載而產(chǎn)生的開裂風(fēng)險(xiǎn)，所以大大提高了橋面的使用壽命。

云南紅河大橋橋面鋪裝采用 UHPC 與鋼箱梁組合橋面結(jié)構(gòu)體系。在鋼箱梁的表面布置剪力釘?shù)幕A(chǔ)上，鋪設(shè)縱向與橫向的 10 mm 鋼筋并鋪裝 5 cm 厚的 UHPC。其結(jié)構(gòu)截面如圖1 所示。

圖1 UHPC 鋪裝結(jié)構(gòu)截面圖

UHPC 的攤鋪順序是從下游側(cè)的中心端開始向兩岸延伸，在整個(gè)下游側(cè)攤鋪結(jié)束后，以同樣的順序進(jìn)行上游側(cè)的鋪裝。如圖2 和圖3 所示，以 S 型分倉線鋼板將整個(gè)鋪裝橋面分倉成 18 個(gè)區(qū)。

圖2 紅河大橋鋼箱梁 UHPC 混凝土澆筑分倉圖

圖3 S 型分倉鋼板現(xiàn)場照片和接縫照片

2 紅河大橋案例介紹

該項(xiàng)目所用的 UHPC 試塊曾送至國家建筑材料測試中心。根據(jù)檢測報(bào)告結(jié)構(gòu)，10 cm 邊長的立方體試塊 28 d 的抗壓強(qiáng)度達(dá)到了 164.4 MPa；所有參與檢測的試件均達(dá)到P25 防水級(jí)別；試件的氯離子滲透率為 2.2×10-14m2/s，符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。檢測結(jié)果如表1 所示。

表1 檢測報(bào)告匯總

3 與廣東省惠清高速麻浦停車區(qū)跨線橋比較

廣東省惠清高速麻浦停車區(qū)跨線橋也是國內(nèi)采用 UHPC組合梁方案的應(yīng)用典型案例之一（圖4）。但該橋不同于云南紅河大橋的鋼箱梁與 UHPC 組合梁的形式，而是采用工字鋼與 UHPC 組合的模式，長跨比達(dá)到 1∶25。

圖4 惠清高速麻浦停車區(qū)跨線橋示意圖

該橋在橋墩頂部負(fù)彎矩最大處設(shè)計(jì)了 T 型接縫技術(shù)。該主梁與負(fù)彎矩接縫一體化節(jié)點(diǎn)技術(shù)在試驗(yàn)中證明其強(qiáng)度高于母板，很好地實(shí)現(xiàn)了先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。

4 成功經(jīng)驗(yàn)分析和不足之處

UHPC 的高抗壓性能使得其在同樣荷載下獲得同樣性能的混凝土的用量要比普通混凝土少得多。由原方案的20.0 cm 普通混凝土加上 8.0 cm 的瀝青變?yōu)椴捎?5.0 cm 厚的 UHPC 和 4.5 cm 的瀝青，大幅減少了混凝土制作及運(yùn)輸?shù)奶寂欧帕?。更值得一提的是，使?UHPC 鋪裝橋面板減少了橋面自重，從而減輕了對(duì)橋墩柱的壓力，使得對(duì)其體量要求減小，碳排放進(jìn)一步降低。

施工現(xiàn)場僅用 2 臺(tái)攪拌機(jī)就能供給 700 m 長的 UHPC鋪裝，共計(jì) 16 060 m2，大大節(jié)省了設(shè)備的運(yùn)輸成本；UHPC 帶來的超高性能大大降低了未來的不僅對(duì)橋面而且對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)維費(fèi)用。經(jīng)測算，使用 UHPC 作為橋面鋪裝方案節(jié)省了 25% 的混凝土用量和 44% 的瀝青用量。同時(shí)，UHPC 方案是橋面體系目前唯一有望實(shí)現(xiàn)終身無須大修的技術(shù)，UHPC 使用壽命可超 100 a，使用 UHPC 橋面鋪裝全壽命成本比原方案投資節(jié)省 16 000 元/m2。

現(xiàn)代交通運(yùn)輸行業(yè)的兩大特點(diǎn)為高密度、高負(fù)荷，而這正是導(dǎo)致普通混凝土鋪裝開裂與被破壞的根本原因。另外，一些道路橋梁處在極端惡劣的自然條件下，容易出現(xiàn)凍融開裂。UHPC 超高性能混凝土在路橋鋪裝上的應(yīng)用很好地解決了這些行業(yè)里的老大難問題。因此，在路橋鋪裝工程方面，尤其是在惡劣環(huán)境下的道路橋梁，比如高海拔山區(qū)，使用UHPC 是普通混凝土作為鋪裝材料的最好的替代方案。

項(xiàng)目通過對(duì)出料時(shí)間的調(diào)整，控制整體澆筑速度，避免了 2 臺(tái)攪拌機(jī)出料時(shí)間間隔控制不合理，影響澆筑進(jìn)度的情況發(fā)生；另外，后期通過在出料后于材料表面灑水進(jìn)行保濕，防止材料過早結(jié)皮；同時(shí)在每日開工前涂刷脫模油，減輕與避免了運(yùn)輸料斗卸料不干凈，在返程運(yùn)輸過程中出現(xiàn)沉底材料結(jié)皮現(xiàn)象。

5 結(jié) 語

紅河特大橋上采用 UHPC 鋪裝橋面是國內(nèi)在自然養(yǎng)護(hù)條件下的 UHPC 組合橋面在超大跨徑懸索橋的首次應(yīng)用，也是首個(gè)成功案例。此次云南省紅河特大橋項(xiàng)目的順利實(shí)施與竣工驗(yàn)收推動(dòng)了 UHPC 在中國橋梁鋪裝工程領(lǐng)域的應(yīng)用，也為中國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程和綠色新型工程在新材料施工上積累了豐富且寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

通過在本次項(xiàng)目的實(shí)踐中總結(jié)的不足以吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為今后同類型項(xiàng)目復(fù)制技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)提供了可能性。尤其是在地理環(huán)境惡劣，對(duì)橋面強(qiáng)度以及運(yùn)維有高要求的項(xiàng)目中，UHPC 的推廣有著極大的優(yōu)勢。但是如果不是綜合比選，仍然存在單價(jià)成本較高，依舊沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)施工規(guī)范，仍是阻礙其推廣的重大因素。新材料的應(yīng)用與普及往往需要政府在政策上的推動(dòng)與支持。只有大力推動(dòng)綠色建筑，才能使節(jié)能減排的建筑設(shè)計(jì)施工理念推動(dòng) UHPC 在建筑與路橋上的應(yīng)用。這也是未來發(fā)展的必然措施。