超高性能混凝土（UHPC）在路橋建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用
時間：2024-01-26 來源：砼心砼德 分享：
隨著UHPC應(yīng)用技術(shù)逐漸成熟，在我國橋梁、道路以及重大項目的建設(shè)上，它的身影也越來越多。本文就國內(nèi)具有代表性的UHPC路橋應(yīng)用做簡要介紹。
眾所周知近年來，我國路橋建設(shè)以高質(zhì)量快速發(fā)展，成就舉世矚目。同時，繼中共十九大提出建設(shè)交通強國后，中共二十大又明確提出，要加快建設(shè)交通強國，這意味著我國建設(shè)交通強國步伐再提速。那么，也就對橋梁結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟、耐久和環(huán)保提出了新的挑戰(zhàn)。超高性能混凝土（UHPC）作為新一代高性能水泥基材料，具有超高的力學性能和超強的耐久性能，被稱為21世紀混凝土。它在新建結(jié)構(gòu)和既有結(jié)構(gòu)加固改造中的應(yīng)用，有望從源頭上解決傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)自重大、易開裂、耐久性不足、維護費用高等共性難題，驅(qū)動橋梁工程的高質(zhì)量發(fā)展。隨著UHPC應(yīng)用技術(shù)逐漸成熟，在我國橋梁、道路以及重大項目的建設(shè)上，它的身影也越來越多。接下來，本文就國內(nèi)具有代表性的UHPC路橋應(yīng)用做簡要介紹。2022年12月9日上午，由山東高速集團投資建設(shè)、山東省交通設(shè)計集團承擔設(shè)計的沾化至臨淄高速公路正式建成通車，沾臨黃河特大橋是沾臨高速的控制性工程。沾臨黃河特大橋總長4530米，主橋采用80＋180＋442＋180＋80＝962米雙塔鋼-超高性能混凝土（UHPC）組合梁斜拉橋，主橋預(yù)制橋面板采用了自主研制的UHPC材料，形成了一整套材料驗收及UHPC橋面板工廠化施工標準，降低了材料造價，有助于推廣新材料應(yīng)用。而沾臨高速公路黃河特大橋主橋鋼混組合梁精準就位，標志著國內(nèi)橋梁領(lǐng)域首次帶UHPC橋面板大噸位、長距離全斷面頂推施工全部完成，實現(xiàn)了中國橋梁建設(shè)又一次全新跨越。
沾臨黃河特大橋
2018年2月1日，國家主干線杭(州)瑞(麗)高速公路關(guān)鍵控制性工程——杭瑞洞庭大橋正式通車運營。該橋是目前排名世界第二、中國第一的大跨徑鋼桁加勁梁懸索橋。它的通車也標志著杭瑞高速全線貫通，環(huán)洞庭湖高速圈形成。該橋刷新多項技術(shù)工藝：首次在公路懸索橋上采用一種板桁結(jié)合型加勁梁新結(jié)構(gòu)，使得主梁用鋼量節(jié)省了12%，橋梁上部結(jié)構(gòu)自重減少了8%；首創(chuàng)“葫蘆形”錨碇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；發(fā)明一種超高韌性混凝土STC新材料形成的橋面新結(jié)構(gòu)等。而且杭瑞洞庭大橋橋面采用了鋼-超高韌性混凝土UHPC輕型組合結(jié)構(gòu)，橋面剛度較傳統(tǒng)橋梁提高40倍，可實現(xiàn)橋面百年不開裂。
杭瑞洞庭大橋2022年6月12日，湖南中路華程中標陜西省咸陽市高科一路跨渭河大橋鋼-UHPC輕型組合結(jié)構(gòu)橋面鋪裝工程，包括行車道鋼箱梁橋面超高性能混凝土（UHPC）組合結(jié)構(gòu)層施工，預(yù)計2023年建成通車。該項目位于咸陽市高新區(qū)，北起高科一路與星光大道交叉口，南至鎮(zhèn)東路與學鎮(zhèn)環(huán)路交叉口，向南跨越渭河接西咸新區(qū)灃西新城東云杉路，大橋總長1803.18m。主橋采用無背索斜拉—連續(xù)梁組合體系橋，主梁采用變高度連續(xù)鋼箱梁。全寬39.2m，為雙向6車道，橋面設(shè)雙向2%橫坡，鋼-UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)鋪裝總施工面積13000㎡。
咸陽市高科一路跨渭河大橋
湖南益陽青龍洲大橋為國內(nèi)首座鋼-UHPC組合梁雙塔自錨式懸索橋，該橋由湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司設(shè)計，湖南大學邵旭東UHPC科研團隊研發(fā)支持，中交二航局湖南分公司施工總包，中路華程橋梁科技股份有限公司UHPC專業(yè)分包。該橋鋼-UHPC組合梁預(yù)制在湘潭市UHPC預(yù)制基地內(nèi)完成，該基地是國內(nèi)建成的第一個橋梁UHPC裝配式構(gòu)件生產(chǎn)基地。
湖南益陽青龍洲大橋
云南省紅河特大橋是連接建水（個舊）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)標準，設(shè)計速度為 80 km/h。橋面需具備高抗壓、耐疲勞的特性。云南省紅河特大橋上采用UHPC橋面鋪裝是國內(nèi)在自然養(yǎng)護條件下的UHPC組合橋面在超大跨徑懸索橋的首次應(yīng)用，也是首個成功案例。該橋面鋪裝采用 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。
云南省紅河特大橋
山東省臨沂市北京路沂河大橋曾于2022年9月29日榮獲吉尼斯世界紀錄“頂升長度最長的橋梁”稱號。山東省臨沂市北京路沂河橋及兩岸立交改造工程主橋全長1240米，施工中將14000多噸重、960米長的老橋，同步頂升2.57米，使之與新橋同高度，頂升誤差范圍控制在0.1毫米之內(nèi)，老橋與新橋之間采用超高性能混凝土（UHPC）材料無縫拼接，頂升長度創(chuàng)造了吉尼斯世界紀錄。
山東省臨沂市北京路沂河大橋
2022年9月21日，隨著最后一片鋼-UHPC輕型組合梁澆筑完成，標志著世界最大跨徑部分地錨式混合梁斜拉橋——十（堰）淅（川）高速（湖北段）丹江口水庫特大橋UHPC橋面板施工勝利結(jié)束，為十淅高速年底具備通車條件打下堅實基礎(chǔ)。該橋由湖南中路華程參建，采用雙塔雙索面部分地錨式鋼-UHPC輕型組合梁斜拉橋，全長1076米，其中中跨760米主梁采用一種新型的鋼-UHPC輕型組合梁結(jié)構(gòu)，由分離式雙邊箱斷面鋼梁+鋼-UHPC組合橋面板組成；鋼-UHPC組合橋面板由正交異性鋼橋面板、剪力連接件、80mm等厚密配筋UHPC層，以及鋪設(shè)在UHPC層上方4cm厚的SMA-13瀝青磨耗層四部分組成；UHPC層與鋼橋面板之間通過剪力鍵（槽口型PBL鍵和圓柱頭焊釘）進行連接。
十淅高速丹江口水庫特大橋
2011年，在肇慶馬房大橋中首次將UHPC與鋼箱梁組合形成輕型組合橋面，如圖所示。馬房大橋為14跨單跨64m的簡支鋼箱梁，全長919.6m，橋面寬12.1m，橋面系采用正交異性鋼面板。1984年建成通車后該橋歷經(jīng)多次維修仍存在鋪裝層破損嚴重和鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂紋，2011底全橋進行了徹底的維修，時至今日采用50mm厚UHPC層加固維修后的第11跨仍運行良好。
肇慶馬房大橋
2021年建成的廣州塔珠江兩岸人行景觀橋，位于廣州塔南廣場，人行橋跨度為198米，全長488米，寬度為15米，拱跨198.152米。是世界上跨度最大、寬度最寬的曲梁斜拱人行橋。技術(shù)創(chuàng)新的最大亮點之一就是新材料超高性能混凝土UHPC在橋面的鋪裝和UHPC在關(guān)鍵重要拱腳部位的外包。開創(chuàng)了UHPC在防腐保護應(yīng)用的先河。
廣州塔珠江兩岸人行景觀橋
2021年5月，廣州鶴洞大橋的東西引橋開始進行中大修工程。當時現(xiàn)有檢測報告顯示梁體普遍存在裂縫，個別裂縫還出現(xiàn)了鋼筋腐蝕和混凝土脫落。工程設(shè)計拆除H線原上部現(xiàn)澆鋼筋混凝土板式梁格結(jié)構(gòu)，新建鋼-UHPC組合連續(xù)梁橋。橋梁全長465m，全寬UHPC橋面板分為預(yù)制板、縱向濕接縫、橫向濕接縫、兩側(cè)現(xiàn)澆帶及伸縮縫處現(xiàn)澆帶五部分。UHPC橋面板長度6～7m，寬度約2m，厚度均為18cm。因長度、角度、弧線等各項參數(shù)的變化，該工程UHPC預(yù)制橋面板規(guī)格類型約400多種、共計約880塊。此外，該橋E線、W線引橋T梁橋面鋪裝UHPC。該工程預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)澆施工共計使用近4,000m3UHPC。由中交二航總承包，武漢港灣工程設(shè)計院設(shè)計，二航武漢港灣新材料公司負責UHPC施工，中路杜拉預(yù)制生產(chǎn)UHPC構(gòu)件，于2021年12月完工。
廣州鶴洞大橋
11.中山西環(huán)高速聯(lián)石灣大橋2023年2月，由保利長大在中山西環(huán)高速打造的當前世界跨徑最大的UHPC簡支梁（105米）驗收完成。UHPC鋼橋面總量超2.5萬平方米，是廣東首個UHPC雙層鋼橋、粵港澳大灣區(qū)最大的UHPC單體鋼橋面鋪裝工程。僅在抗壓強度上，與普通混凝土相比，中山西環(huán)路面項目研發(fā)的 UHPC抗壓強度提升約3至5倍。近年來，為解決限制UHPC大截面箱梁推廣的難題，保利長大深入科技攻關(guān)，利用UHPC這一水泥基混凝土材料的超強力學性能、高韌性、超高耐久性特征，形成橋梁設(shè)計、施工、驗收的成套成果，為推動國內(nèi)橋梁技術(shù)的新發(fā)展以及國家“雙碳”戰(zhàn)略作出有益貢獻。
中山西環(huán)高速聯(lián)石灣大橋
2019年4月，在廣州花都大道建設(shè)了國內(nèi)首座UHPC無腹筋預(yù)應(yīng)力體系人行天橋。其中，無腹筋預(yù)應(yīng)力超高性能混凝土梁橋的定義為：配置預(yù)應(yīng)力鋼筋且無箍筋和彎起鋼筋的超高性能混凝土梁橋。
花都大道人行天橋
2006年，中國在遷曹鐵路工程中修建了第一座UHPC橋梁（灤柏干渠大橋），生產(chǎn)了12片跨徑20m的超高性能混凝土T梁，梁高1.35m，高跨比1/14.8，跨中腹板厚度18cm。此外，薊港鐵路工程中，也采用了19孔超高性能混凝土鐵路簡支T梁，其中14孔32m，5孔24m。
灤柏干渠大橋
2020年，國內(nèi)首座4×25m先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的鋼-UHPC輕型組合梁橋在廣東惠（州）清（遠）高速建成。橋跨布置為4×25m預(yù)制鋼-UHPC組合π梁。橋梁斷面全寬8.5m，橫向由3片全預(yù)制鋼-UHPC組合π梁組成，單片π梁標準寬度為2.8m，全橋共12片預(yù)制鋼-UHPC組合π梁。梁高100cm，其中工字梁高88cm，UHPC橋面板厚12cm，另加1cm厚UHPC作為磨耗層，橋面不再有鋪裝層。
惠清高速鋼-UHPC輕型組合梁橋
2015年7月在石家莊至磁縣（冀豫界）公路改擴建工程第Ⅺ一8標段K34+690建成了國內(nèi)首座UHPC公路梁橋。該橋為4跨先簡支后連續(xù)箱梁橋，跨徑布置為4×30m，橫向布置3片箱梁。
河北公路梁橋
2021年5月17日，湖南中路花程完成跨S10張花高速大橋鋼-UHPC疊合梁澆筑施工。跨S10張花高速大橋鋼-UHPC疊合梁工程位于湖南省張家界市，其為張家界市2020年第五批重點項目“張家界市垃圾焚燒綜合處理項目”橫跨張花高速的節(jié)點工程，其跨徑布置為1×50m，橋面全寬10.5m，其中主梁采用全焊雙箱雙室截面鋼箱梁，鋼箱梁頂板采用15cm厚UHPC橋面板。跨S10張花高速大橋為國內(nèi)首次采用頂推施工的鋼-UHPC組合梁，主跨50m一次澆筑完成，施工實現(xiàn)對橋下交通零干擾，為上跨高速橋梁建設(shè)提供一種新的選擇方案。
跨S10張花高速大橋施工圖
2016年，在長沙建成了一座長70.8m（主跨36.8m），寬6.5m的UHPC跨街天橋。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力超高性能混凝土魚腹式單箱三室連續(xù)箱梁，UHPC強度等級為R150，箱梁頂寬6.6m，底寬3.0m，中心梁高1.35m，頂板厚12cm，底板厚8cm，腹板厚20cm。采用節(jié)段預(yù)制、現(xiàn)場支架拼裝的施工方法，全橋共分15個節(jié)段，標準節(jié)段長4.6m，最大節(jié)段重量為51.3t。
長沙UHPC跨街天橋
福州大學橋園人行拱橋為中國第一座UHPC拱橋，建成于2015年3月。該橋主拱凈跨徑為10 m，拱肋采用等截面板拱，厚10cm，拱軸線為半徑R=6.25m的圓曲線，凈矢高2.5m,矢跨比1/4。拱肋材料為UHPC。
福州大學橋園人行拱橋與普通混凝土相比，UHPC強度更高、更耐久；與鋼結(jié)構(gòu)相比，UHPC結(jié)構(gòu)抗疲勞能力更強。基于它特點，超高性能混凝土UHPC除了應(yīng)用在高速公路和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受力面較大的橋梁上，還可以應(yīng)用在山區(qū)橋梁的橋墩上，起到包裹防護的作用，對加固橋墩很有好處。此外，超高性能混凝土的抗沖磨性也很好，未來有望在海洋環(huán)境中發(fā)揮作用，其高密度和耐久性可以保護跨海大橋的主體結(jié)構(gòu)。隨著低碳建筑在全球的興起以及我國“交通強國”戰(zhàn)略的提出，具有顯著優(yōu)勢的超高性能混凝土UHPC，也將迎來巨大的發(fā)展機遇，日后定當在工程建筑中大放異彩。
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