橋梁工程鋼纖維混凝土施工技術(shù)應(yīng)用
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摘要：在概述鋼纖維混凝土性能及應(yīng)用過程的基礎(chǔ)上，以某高速公路分離式立交橋為例，該橋梁原橋面鋪裝層設(shè)計不合理，未鋪筑瀝青混凝土，抵抗溫縮裂縫能力較差，為此，進(jìn)行了鋼纖維混凝土橋面鋪裝施工改造。本工程采用澆筑式施工方式，對鋼纖維混凝土拌和、運(yùn)輸、澆筑和振搗、成型、提漿、刻槽、切縫處理等特殊的施工技術(shù)進(jìn)行了深入研究。研究結(jié)果表明，對以上施工技術(shù)進(jìn)行妥善處理，可使鋼纖維混凝土在強(qiáng)度、抗彎折、抗拉伸、抗沖擊性能等方面得到全面優(yōu)化，且施工成本低，可在橋梁加固、橋面翻修鋪裝、高等級公路等工程中推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土；橋梁工程；施工技術(shù)
1.1鋼纖維混凝土的應(yīng)用
鋼纖維混凝土是通過將散亂的短鋼纖維按設(shè)計密度隨機(jī)分布于水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，從而使基體力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)不同程度地提升，并有效防止基體內(nèi)微裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展[1]。我國70年代中后期開始研制鋼纖維混凝土材料并率先在大慶、金華、上海、北京、廣東等地的機(jī)場跑道、公路路面、橋梁加固等領(lǐng)域應(yīng)用，之后逐漸推廣至土木施工各個領(lǐng)域。
1.2鋼纖維混凝土的性能
鋼纖維混凝土抗拉、抗彎折、抗扭、抗沖擊、抗疲勞、抗凍融、耐磨、阻裂等性能較好，其在遭受荷載沖擊的過程中鋼纖維能阻止并限制混凝土基體裂縫的發(fā)生，提升混凝土結(jié)構(gòu)的防火、耐熱、防水及抗收縮性能。鋼纖維混凝土在抗壓強(qiáng)度、抗劈裂強(qiáng)度、抗彎折強(qiáng)度等方面的性能均比普通混凝土優(yōu)越，具體見表1。鋼纖維混凝土性能主要受混凝土基體強(qiáng)度、鋼纖維自身強(qiáng)度及體積率、鋼纖維長徑比等因素的影響，通常情況下，混凝土基體強(qiáng)度越高，鋼纖維自身強(qiáng)度越高且體積率越大，鋼纖維長徑比越大，則鋼纖維混凝土性能越佳。然而鋼纖維長徑比與體積率指標(biāo)并非越大越好，而應(yīng)保持在合理范圍。鋼纖維混凝土類型不同其性能也存在一定差異，強(qiáng)度CF50、鋼纖維體積率1.2%情況下，其性能比較詳見表2。鋼纖維的長度通常在15～60mm范圍內(nèi)，25mm和30mm長度的鋼纖維較為常用，前者多見于細(xì)石子混凝土噴射，后者則常用于大骨料混凝土澆筑、泵送和碾壓施工。鋼纖維寬度及等效直徑通常在0.25～2mm和0.25～1mm，等效直徑優(yōu)化后則增大至0.35～0.50mm，長徑比通常為40～100。
2工程概況
某高速公路分離式立交橋全長285.5m，主橋?qū)?5.5m，雙向四車道設(shè)計，其20m跨徑后張預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板原設(shè)計頂板厚度10cm，芯模加固厚度僅為5～8m，原橋面鋪裝層設(shè)計厚度12.5～15.5cm，且橋面鋪裝層方格鋼筋網(wǎng)設(shè)計間距10cm，未鋪筑瀝青混凝土，抵抗溫縮裂縫能力較差?？紤]到施工工藝的進(jìn)一步完善，并防止因頂板厚度過薄而影響橋梁承載力和使用壽命，決定采用鋼纖維混凝土進(jìn)行橋面加固鋪裝，且鋪裝層厚度保持不變，并通過在橫橋向和縱橋向按20cm間距增設(shè)Φ12和Φ8補(bǔ)強(qiáng)鋼筋代替原鋼筋網(wǎng)，以提升混凝土抗拉性能。鋼纖維采用JW鋼筋廠所生產(chǎn)的30mm矩形剪切扭曲形鋼纖維。通過鋼纖維混凝土橋面鋪裝，以充分發(fā)揮鋼纖維混凝土物理力學(xué)性能，提升橋面層抗彎折、抗磨損、防滲性能、強(qiáng)度及承載力的同時，還能減小鋪裝層厚度，減少鋼筋網(wǎng)使用量，使結(jié)構(gòu)恒載降低，行車安全性和舒適性提升，延長使用壽命。
3鋼纖維混凝土施工
鋼纖維混凝土施工方式包括澆筑式、噴射式和灌漿式三種，考慮到工程施工工期及施工質(zhì)量要求，本橋梁工程采用澆筑式施工方式。
3.1施工準(zhǔn)備
本橋梁工程鋼纖維混凝土施工應(yīng)選擇適宜的場地安裝調(diào)試機(jī)械設(shè)備，保證其性能狀態(tài)處于最高水平，并嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行鋼纖維混凝土施工，防止產(chǎn)生不必要的振動；根據(jù)設(shè)計要求選擇最為有利的混凝土鋪筑方式。
3.2鋼筋鋪設(shè)
按照設(shè)計要求先進(jìn)行鋼筋定位并標(biāo)記，對于鋼筋交匯部位應(yīng)按設(shè)計間距打孔后嵌入設(shè)計長度短鋼筋，且短鋼筋上支長度不能超出橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)高范圍。根據(jù)標(biāo)記出的位置鋪設(shè)鋼筋并綁扎，對于存在支架鋼筋的部位，應(yīng)先綁扎固定鋼筋網(wǎng)和支架鋼筋，并使其與橋面間距達(dá)設(shè)計厚度要求。
3.3模板安裝
待綁扎好鋼筋網(wǎng)后，先進(jìn)行鋼模板的預(yù)先支立，待鋼模板水平位置與標(biāo)高均達(dá)設(shè)計要求后檢查鋼模板支架的牢固性及鋼架接頭的平順程度，且為避免鋼模板和梁頂接觸部位發(fā)生漏漿，應(yīng)在模板內(nèi)壁事先均勻噴涂隔離劑。
3.4制備鋼纖維混凝土
（1）鋼纖維的分散與攪拌在將鋼纖維材料投入攪拌機(jī)內(nèi)拌和時，應(yīng)采用功率0.72～1.0kW、分散力20～60kg/min的分散機(jī)將鋼纖維攪散后均勻分批次投入，若整袋或整箱一次性投入，會出現(xiàn)鋼纖維結(jié)團(tuán)。使用強(qiáng)制性攪拌機(jī)拌和的過程中，應(yīng)將攪拌機(jī)預(yù)留空間控制在設(shè)計空間+20%范圍內(nèi)。投料的次序應(yīng)為：砂→鋼纖維→石子→水泥，先按1～2min的時間進(jìn)行混合料干拌，再加水和外加劑后濕拌2～3min，并將總拌和時間控制在5min以內(nèi)。（2）鋼纖維混凝土混合料的運(yùn)輸為避免本橋梁工程鋼纖維混凝土可能出現(xiàn)的離析，混凝土運(yùn)輸通過具有自卸功能的泵車進(jìn)行，運(yùn)輸途中應(yīng)防止因鋼纖維混凝土塌落度過小、振動等原因?qū)е落摾w維沉底。此外由于鋼纖維混凝土中含有減水劑等成分，還應(yīng)提前采用鐵鏟攤鋪平整混凝土施工面，結(jié)合施工次序規(guī)劃出鋪筑施工區(qū)域，以防止因時間過長而導(dǎo)致材料出現(xiàn)離析[3]。（3）混合料澆筑和振搗在鋼纖維攤鋪施工前，通過振蕩器進(jìn)行混凝土材料充分振搗以確保其分布的均勻性，攤鋪系數(shù)應(yīng)保持在1.2～1.3。若采用插入式振搗器振搗，則會導(dǎo)致混合料中鋼纖維聚集于振動棒位置處產(chǎn)生“集束效應(yīng)”[4]，為保證混合料中鋼纖維的二維分布，應(yīng)采用平板式振搗器整平振搗，并防止振搗過度。此外，在振動振搗過程中，還應(yīng)保證鋼纖維縱向條狀集束排列，以便于其能有效抵抗橋面層收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力及行車荷載等的傳遞。（4）鋪筑成型及提漿鋪筑混凝土前的3～4h內(nèi)應(yīng)持續(xù)灑水確保橋面濕潤飽和并在施工前0.5～1h停止灑水，采用人工方式平整地面，并分別運(yùn)用振動棒和平板振動器將鋪筑邊角和中間區(qū)域振搗處理，振動器平板重疊寬度應(yīng)不超過其寬度的1/2，保證振搗施工勻速進(jìn)行，不得出現(xiàn)過振和漏振?；炷帘砻嫣釢{施工采用三軸提漿整平機(jī)進(jìn)行，能確保路面平整、密實，在鋪筑鋼纖維混凝土的過程中，考慮到混凝土材料有較高的含沙量，且粗骨料與纖維分布不規(guī)則，所以本工程采用真空吸水鋪筑施工方式。鋪筑完畢，還應(yīng)機(jī)械抹平混凝土表面，防止混凝土材料中的鋼纖維外露。拆模后，若出現(xiàn)鋼纖維外露現(xiàn)象，必須及時處理，保證施工效果。（5）刻槽為提升混凝土結(jié)構(gòu)表層的抗滑性，應(yīng)在面層刻槽處理。首先按照設(shè)計要求確定出刻槽寬度和間距，本工程橋面混凝土結(jié)構(gòu)表層刻槽寬3～5mm，刻槽深5～6mm，刻槽間距20～30mm，出于行車舒適性及橋面混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命等的考慮，應(yīng)采用寬度2～4mm的窄槽，且刻槽表面積比應(yīng)不超出12%～15%范圍。
3.5切縫處理及養(yǎng)生
鋼纖維混凝土收縮性小、抗裂性良好，所以對于有條件封閉交通的路段，應(yīng)整幅施工，不設(shè)縱縫，待鋼纖維養(yǎng)生后其實際強(qiáng)度達(dá)設(shè)計強(qiáng)度的50%時再切鋸縮縫[5]。但本橋梁屬于交通要道，交通量大，無法整幅封閉交通，所以，在橋面鋼纖維混凝土面層鋪裝施工時，還必須根據(jù)設(shè)計要求和工程實際從墩頂開始按照30m間隔設(shè)置橫向縮縫，并使其與兩側(cè)防撞欄縮縫齊平。還必須在綜合考慮鋼纖維混凝土初凝時間的基礎(chǔ)上加強(qiáng)結(jié)構(gòu)切縫時間控制，切縫深應(yīng)不超出2～3cm范圍，切縫完畢后選用優(yōu)質(zhì)填縫料灌縫處理。待混凝土終凝后進(jìn)行灑水養(yǎng)生，并覆蓋麻袋確?；炷两Y(jié)構(gòu)處于潮濕狀態(tài)，10～15d后測試混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，符合設(shè)計要求后投入使用。
4結(jié)語
鋼纖維混凝土為強(qiáng)度、抗彎折性良好且使用壽命較長的新型優(yōu)質(zhì)水泥基復(fù)合施工材料，為加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，必須嚴(yán)格選取鋼纖維材料并加強(qiáng)各施工環(huán)節(jié)控制，本工程竣工后運(yùn)行效果表明，鋼纖維混凝土橋面施工質(zhì)量完全符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求，應(yīng)在同類工程中推廣應(yīng)用。與普通混凝土材料相比，鋼纖維混凝土的應(yīng)用可使造價降低10%～30%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
參考文獻(xiàn)：
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作者：郭彥群 單位：邢臺路橋建設(shè)總公司