摘要：为解决公路危桥改造工程中传统预制梁结构自重大、运输吊装困难等问题，提出采用超高性能混凝土预制梁进行施工。结合工程实例，总结了UHPC预制梁的应用优点，提出了UHPC预制梁施工方案，并对施工方案的可行性进行验证。结果表明，UHPC预制梁在公路危桥改造中的应用效果显著，取得了良好的社会效益和经济效益，可在同类项目中推广应用。
关键词：危桥改造;预制梁;施工可行性;
作者简介：吴悦（1981—），河北承德人，男，工程师，研究方向为公路桥梁工程。;
0引言大部分公路危桥地处偏僻、维护缺失、道路狭窄。因此，公路危桥改造往往面临交通运输不便、施工场地狭小、难以进行大规模机械化施工的问题。而常规钢混预制梁体积大、重量大，难以运输，吊装困难，无法保证施工质量。因此，提出采用超高性能混凝土（UltraHighPerformanceConcrete,UHPC）预制梁施工方案，从而有效增强预制梁结构强度，减少其截面尺寸，无需使用大型机械设备运输吊装，适用于场地受限的公路危桥改造，具有良好的工程推广应用价值。
1工程概况某地区集中开展公路危桥改造，拟改造危桥总计15座。桥梁上部统一为常规钢混混凝土T形梁，下部统一为双柱桥墩，基础为钻孔灌注桩。基于实地勘测与静载试验结果，桥梁属于Ⅳ类桥，其左幅T梁部位受损，需替换桥梁左幅0、3跨上部梁体，以保证桥梁荷载满足公路Ⅱ级标准。该公路危桥改造工程主要材料为UHPC高性能混凝土，通过掺加钢纤维进一步提高UHPC混凝土的强度、耐久性。确保满足荷载要求的基础上适当减小UHPC混凝土预制梁截面尺寸，有效降低梁体重量，减轻桥下部所受荷载。由于梁自重减少，无须大型运输吊装设备，有效克服公路桥梁狭窄、施工场地狭小问题，提高施工效率。
2UHPC预制梁的应用优点该公路危桥改造工程采用UHPC材料预制梁技术，辅以简支T梁施工工艺，梁体事先由工厂预制，再运输至改造施工现场，利用小型吊机进行吊装，作业效率高，主要优点包括以下方面。
2.1梁体更轻UHPC中掺加钢纤维，自重轻、强度高、耐用抗开裂。配合应用成熟的简支预应力T梁施工工艺，可有效增加梁体的抗弯能力，承载力大小不变时，UHPC构件截面相较常规预应力钢筋混凝土构件截面缩小30%左右，且UHPC构件无须内置钢框架，可进一步降低自身重量约40%～60%。
2.2施工效率高UHPC预制梁一般在工厂预先制作好再运输至危桥改造施工现场，通过小型吊机进行吊装，同时桥梁下部加固与片梁施工可同步进行。
2.3施工成本低由于UHPC预制梁均在工厂预制，便于生产调度，通过小型运输车轮和吊机即可完成预制梁的运输和吊装，从而有效降低普通国省干线公路危桥改造施工成本。
2.4材料耐久性更好UHPC材料强度高，且添加了钢纤维，进一步提升其结构强度、抗开裂、耐久性，平均使用年限长达百年。
2.5施工更加便捷相比传统钢筋混凝土预制梁，UHPC制作的预制梁可以轻巧的梁体满足同样的承载能力要求，不需要大型机械运输与吊装设备，更好地适应普通国省干线公路危桥改造施工环境，有效减少桥梁下部所受载荷。
由此可见，UHPC预制梁施工技术搭配简支T梁施工工艺可以更好地满足公路危桥改造施工要求，特别是对大跨径、深水位、高桥面的普通国省干线公路危桥上部结构改造工程，优势更加明显。
3UHPC预制梁施工方案3.1施工难点该工程施工难点主要是需替换的桥跨梁底距离河床20m以上，常规支架支模现浇施工工艺不适用；且桥梁一端建有超高压电塔，不能架设桥机，无法吊装传统钢筋混凝土预制梁；该桥为Ⅳ类危桥，桥面无法承受大型机械施工设备。
3.2总体施工方案UHPC预制梁施工技术方案主要包括：（1）结合实际情况制定梁体预制、吊装流程；（2）尽量缩小梁体截面大小、降低自身重量；（3）增强梁体强度、耐久性、抗开裂能力。该公路危桥改造工程采用UHPC+简支T梁预应力施工技术，简支T梁先在场外预制，加固桥墩后，可将预制T梁运输至施工现场，再通过小型吊机完成吊装。
3.3UHPC预制梁施工要点3.3.1UHPC梁预制该普通国省干线公路危桥预制梁长18m、跨径22m，按照改造施工图纸制作配套的钢模板。由于UHPC材料掺加钢纤维后黏度增加，应适当增加UHPC振捣时间。
3.3.2UHPC梁养护在室内进行蒸汽覆盖养护，养护时间为24h×7d。蒸汽温度控制在80～90℃之间，养护室内湿度控制在90%，不间断养护7d。
3.3.3UHPC预制梁体张拉由于UHPC材料初始强度很高，通过24h×7d蒸汽养护可确保UHPC预制梁强度满足强度要求（不低于设计强度的90%）。UHPC预制梁体张拉可通过常规预应力张拉方式在梁体两端同时张拉，合理控制张拉力大小，基于UHPC预制梁体伸长量检验张拉效果。
3.3.4UHPC预制梁吊装UHPC预制梁自重轻，因此，只需使用25t级的小型吊机即可完成梁体吊装。
3.3.5钢筋混凝土现浇层施工桥面现场浇筑厚17cm钢筋混凝土现浇层，主要作用是承受重力载荷，同时连接固结UHPC预制梁。
4UHPC预制梁施工方案的可行性分析4.1UHPC预制梁截面优化验算该公路危桥上部构造中单个UHPC形状如图1所示。
图1单个UHPC形状下载原图
在CAD中输入UHPC预制梁尺寸数据，求得单个UHPC预制梁质心和正截面面积及惯性矩。通过计算机CAD软件输出计算结果，具体见表1。
表1CAD软件显示计算结果下载原图
注：X表示水平方向；Y表示竖向方向；I表示主力矩；J表示质心。
通过计算可知：（1）单个UHPC预制梁惯性矩I=2.49×1010mm4、毛截面积为S=0.15m2，抵抗矩W=7.56×107mm3，单个UHPC预制梁体自身重量为80kN；恒载3.85kN/m。（2）桥面为附属构造，恒载13kN/m，顺梁长恒载15.86kN/m，跨中弯矩798.7kN·m。根据相关技术规范可知公路Ⅱ级双车道均布荷载、跨中弯矩分别为7.875kN/m、393.75kN•m；人车可变冲击荷载、跨中弯矩分别为765kN、7500kN•m。由此得到产生跨中总弯矩如式（1）所示。
式（1）中：M总为产生的跨中总弯矩；M1为公路Ⅱ级双车道自重产生的跨中弯矩；M2为人车可变产生的跨中弯矩。
由式（1）计算可以求得M总为8692.45kN·m。若中性轴与截面上缘的间距为x，受压区高度可通过式（2）求解：
式（2）中：a1根据《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）取0.85;fc为混凝土轴心抗压强度设计值，取150;As、As'为受拉、受压区纵向普通钢筋截面积；Ap、Ap'为受拉、受压区纵向预应力钢筋截面积，根据施工设计要求取2×15.2mm2；
为受压区纵向预应力钢筋合力点位置的混凝土法向应力为0时对应的预应力钢筋应力。
将上述参数数值导入公式求得x约为0.14m。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）通过式（3）可验算跨中正截面：
将相应数值导入公式可求得弯矩标准M=13433.64kN·m，按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2015）的相关规定，该危桥改造工程采用的UH⁃PC预制梁体荷载组合验算取γ0=1，求得该UHPC预制梁弯矩大小为8692.45kN·m，小于弯矩标准值。通过验算可知，该危桥改造工程使用的UHPC预制梁正截面承载力满足公路Ⅱ级荷载要求。
4.2UHPC预制梁静载试验为验证UHPC预制梁承载能力及结构强度，需对预制梁进行压载试验，为预制梁预应力优化设计提供参考依据，并检验验算结果的正确性。
(1）根据标准静载试验数据可知：试验UHPC预制梁跨中下曲挠度6.73mm,1/4跨下曲挠度5.25mm，表面未发现开裂；将荷载增加至设计值的1.5倍，测得跨中下曲挠度9.66mm，表面未发现开裂；将荷载增加至设计值的2倍，跨中下曲挠度12.99mm，梁体底部出现深8～11mm的裂缝，但钢筋保护层仅局部破坏；马蹄部位发现深6～9mm的剪切裂缝。
(2）由此可知：该公路危桥改造工程使用的UHPC预制梁在不同荷载作用下，结构变形于应变状态符合标准；添加的钢纤维对UHPC材料的抗开裂能力具有显著的增强作用。
5UHPC预制梁的应用效果检验该公路危桥改造工程实践表明，合理应用UHPC预制梁施工技术可以有效减少桥梁改造工程量，提升改造施工效率，同时降低施工成本，确保施工安全。应用效果检验结果如下：
(1)UHPC材料自身强度高、耐久性好、抗开裂性能良好，和传统钢筋混凝土梁相比，尺寸更小，重量更轻，能满足承载力要求，同时可降低桥梁下部墩柱构件所受载荷。
(2)UHPC预制梁施工技术适用于交通不便、施工场地狭小的普通国省干线公路危桥改造工程，尤其是基础较好，但上部桥跨狭窄或桥面病害严重的桥梁。应用UHPC预制梁施工技术可加快施工进度，降低施工成本，同时减少场地占用，最大限度地减少施工对交通的影响。
(3)UHPC预制梁在危桥改造工程中的应用效果良好，获得了较好的社会效益和经济效益，特别是在施工环节复杂、施工进度紧张、任务繁重、工程预算有限的桥梁改造工程中值得推广。
6结论该公路危桥改造工程实践表明，UHPC预制梁技术应用效果良好，主要体现在以下几个方面：
(1）在满足相同荷载要求前提下，UHPC预制梁构件体积更小，自重更轻，可节约改造施工成本。
(2）预制过程中，UHPC材料梁体施工时可实现桥梁上下部结构同步施工，有效节约临时预制场地建设费用，避免大型运输吊装机械设备的使用，显著提升施工效率。
(3)UHPC预制梁技术应用可为同类公路危桥改造施工提供一定的技术参考，满足高效、安全、节能、节材、降耗要求，推广应用价值较高。
(4）结合UHPC材料高强度及预应力钢筋抗拉抗裂特点，可减少桥梁上部结构自重。通过预应力技术组合可将多片UHPC预制梁拼装成较大跨度，方便加宽桥面梁板，提高危桥整体结构强度。
参考文献[1]高鹏.公路桥梁养护管理与危桥改造技术要点[J].科技与创新，2022(8):101-103,107.
[2]施进，董伟.预应力混凝土连续梁桥典型病害及加固方法分析——以襄阳市危桥改造项目为例[J].工程技术研究，2022,7(7):56-58.
[3]施萍.公路桥梁养护管理及危桥加固改造技术探析[J].交通世界，2021(26):131-132,134.
[4]韩玉，翁贻令，解威威.高性能混凝土（UHPC）箱形拱桥关键技术[J].公路，2022,67(3):170-175.
[5]樊先平，陈敬，李城，等.超高性能混凝土预制装饰幕墙板制备技术研究[J].四川建材，2021,47(9):20-21.
[6]毛佳豪，李立峰，房宇超.节段预制拼装超高性能混凝土梁弯曲试验[J].铁道建筑，2022,62(7):65-68.
[7]史华伟.超高性能混凝土（UHPC）在桥梁全预制拼装施工中的应用[J].建筑技术开发，2021,48(18):101-103.
[8]郑七振，农德才，龙莉波，等.基于超高性能水泥基复合材料连接的预制装配式混凝土剪力墙抗震性能试验研究[J].建筑结构，2022,52(6):1-9,60.
[9]陈昭晖，郭芳枝，苏家战，等.节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁受弯性能试验[J].福州大学学报（自然科学版），2020,48(6):755-761.
[10]胡志坚，尹炳森，俞文生.预制拼装桥面板UHPC湿接缝抗弯性能分析[J].中山大学学报（自然科学版），2021,60(6):29-35.
