賈強(qiáng)輝,邱劍季
杭州交投科技工程有限公司,浙江 杭州 310024
隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,部分連續(xù)梁橋在重載工況下耐久性不足,需要對箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修加固。超高性能混凝土(UHPC)是一種新型的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料,具有抗拉壓強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好、流動性能好等優(yōu)點(diǎn),與鋼筋的黏結(jié)力強(qiáng)。但是,目前國內(nèi)采用UHPC對連續(xù)箱梁腹板進(jìn)行加固施工的應(yīng)用較少,缺乏施工經(jīng)驗。文章依托某預(yù)應(yīng)力鋼筋砼箱梁腹板加固施工,對箱梁腹板加固UHPC施工進(jìn)行足尺模型試驗,確定UHPC合理配合比以及施工中的各項工藝參數(shù)。
某連續(xù)梁墩頂腹板(中腹板和次邊腹板)抗剪承載能力不足,腹板上發(fā)生了斜裂縫,需要對墩頂橫隔板和兩側(cè)腹板進(jìn)行加固:(1)墩頂橫梁兩側(cè)用UHPC加厚30cm;(2)自墩頂向兩側(cè)各延伸8.5m腹板范圍,采用UHPC等厚加固20cm。箱梁腹板及橫隔板UHPC加固如圖1、圖2所示。腹板UHPC加固鋼筋結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。
圖1 箱梁腹板UHPC加固圖(1/2底板平面圖)(單位:cm)
圖2 箱梁橫隔板UHPC加固斷面圖
圖3 腹板UHPC加固鋼筋1∶50結(jié)構(gòu)圖(單位:cm)
圖4 腹板UHPC加固A-A立面鋼筋結(jié)構(gòu)圖(單位:cm)
選取不同廠家的UHPC材料,根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境選擇不同的配合比、施工設(shè)備并制定施工工藝,采集不同施工工藝數(shù)據(jù)和UHPC養(yǎng)護(hù)過程中的數(shù)據(jù),測試隨機(jī)取樣制作的抗壓試件強(qiáng)度,取芯觀測試件澆筑質(zhì)量,通過試驗結(jié)果分析確定合理的材料配合比、施工工藝流程、施工設(shè)備配置。鑒于目前我國對UHPC的性能尚未形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,模型試驗借鑒國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),確定UHPC的性能要求,如表1所示。
表1 UHPC性能要求
模型試驗長8.5m,高1.8m,厚20cm,模擬箱內(nèi)腹板截面加厚,模型鋼筋的直徑、根數(shù)、間距及位置按照施工圖紙布置。模板選用建筑用木模板,如圖5所示。
圖5 足尺模型試驗?zāi)0辶⒚鎴D(單位:cm)
(1)UHPC材料及配合比。選擇兩種UHPC材料,分別設(shè)計配合比,如表2所示。
表2 兩種UHPC材料的設(shè)計配合比
(2)UHPC攪拌及輸送設(shè)備。攪拌及輸送設(shè)備為單臥軸SJD-100型強(qiáng)制式攪拌機(jī)、SJY200立式攪拌機(jī),配合ZP3XLFU供給泵輸送混凝土;PFT ZP 3L MULTIMIX 2L6kpI型移動式強(qiáng)制式攪拌機(jī)(攪拌輸送一體機(jī))。
(3)UHPC攪拌工藝。需要確定粉料和鋼纖維投料順序,以及具體攪拌時間,攪拌工藝將最終確定UHPC混合料的流動性以及黏度。攪拌工藝流程如圖6所示。
圖6 攪拌工藝流程圖
(4)UHPC澆筑振搗工藝。與普通混凝土有所不同,UHPC的流動性較好,但是由于箱梁腹板加厚施工的高度較大,是否需要振搗尚缺乏相應(yīng)施工經(jīng)驗。振搗工藝1:采用振搗棒振搗;振搗工藝2:人工振動模板振搗;振搗工藝3:無振搗、無振動。
(5)養(yǎng)護(hù)工藝。與普通混凝土相同,UHPC在水化作用過程中需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù),模型試驗對3種養(yǎng)護(hù)工藝進(jìn)行測試。養(yǎng)護(hù)工藝1:采用養(yǎng)護(hù)劑;養(yǎng)護(hù)工藝2:養(yǎng)護(hù)劑+灑水覆膜;養(yǎng)護(hù)工藝3:灑水覆膜。
確定足尺模型試驗的變量后,采用不同參數(shù)設(shè)計了6次模型試驗,具體變量參數(shù)如表3所示。
表3 6次足尺模型試驗的變量參數(shù)
針對6次足尺模型試驗,在澆筑過程中檢測UHPC混合料的坍落擴(kuò)展度,養(yǎng)護(hù)達(dá)到規(guī)定拆模時間后拆除模板,通過目測UHPC拆模后的外觀,采用專用儀器測量裂縫寬度及長度,取芯觀測,測試相同條件下試件的抗壓強(qiáng)度,主要試驗成果如表4所示。
表4 6次足尺模型試驗的主要成果
根據(jù)6次模型試驗的結(jié)果,確定了該工程UHPC加固施工主要工藝及設(shè)備。
(1)配合比及攪拌時間:投入4袋UHPC粉料(每袋30kg),然后加入12.4kg水,攪拌3.5min,投入9kg鋼纖維,再攪拌2.5min至混合料均勻后出料。
(2)施工設(shè)備組合:根據(jù)現(xiàn)場條件及箱內(nèi)工況,箱內(nèi)采用3臺單臥軸SJD-100型強(qiáng)制式攪拌機(jī),1臺PFT供給泵ZP3XLFU設(shè)備輸送的施工設(shè)備組合;采用內(nèi)徑為50mm的泵送軟管;為了保證施工順利進(jìn)行,備用1臺單臥軸SJD-100型強(qiáng)制式攪拌機(jī)及1臺PFT供給泵。
(1)該工程采用UHPC進(jìn)行橋梁腹板加固施工,通過開展足尺模型試驗,確定了適用于橋梁加固施工的UHPC配合比以及攪拌時間,并從混凝土澆筑過程、養(yǎng)護(hù)方法等方面采取控制措施,全面控制UHPC的施工質(zhì)量,為今后類似橋梁加固工程的施工技術(shù)及管理積累了經(jīng)驗。
(2)UHPC需要采用專業(yè)的攪拌設(shè)備進(jìn)行拌制,同時對干粉料的添加順序及鋼纖維用量均有嚴(yán)格要求,并且橋梁加固施工中箱室內(nèi)施工場地狹小,后續(xù)需要研發(fā)更加集成化的拌和系統(tǒng),提高UHPC的生產(chǎn)能力和質(zhì)量水平。