鋼纖維混凝土技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用

馬一帆

【摘 要】隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，致使鋼纖維混凝土技術(shù)得到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。由于其鋼纖維混凝土技術(shù)在道路橋梁施工有著極其優(yōu)越的性能，因此本文就此為切入點(diǎn)，首先簡(jiǎn)要對(duì)其鋼纖維混凝土的概念及特點(diǎn)進(jìn)行了概述，然后對(duì)其鋼纖維混凝土技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用，進(jìn)行了分析，并根據(jù)實(shí)際案例對(duì)其施工技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的研究探討，以供讀者閱讀和參考。

【關(guān)鍵詞】鋼纖維混凝土；混凝土技術(shù)；道路橋梁施工；技術(shù)應(yīng)用

引言

當(dāng)今社會(huì)交通在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和日常生活中的地位和作用越來(lái)越重要，因此人們對(duì)道路橋梁的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越高。近年來(lái)，普通混凝土在現(xiàn)代道路橋梁施工中的弊端日益顯現(xiàn)，而鋼纖維混凝土因其抗磨、抗裂、抗沖擊、抗形變等優(yōu)越性能得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。因此，加強(qiáng)對(duì)這一技術(shù)的認(rèn)識(shí)和研究是提高道路、橋梁和其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)質(zhì)量的必然要求，也是提高生活質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的需要。

一、鋼纖維混凝土的概念以及優(yōu)點(diǎn)

1、鋼纖維混凝土的概念

鋼纖維混凝土是目前的一種常見(jiàn)的混凝土材料，和一般混凝土不同的是鋼纖維混凝土使用的是鋼纖維作為混凝土的材料。在實(shí)際的鋼纖維混凝土的分類上，主要是通過(guò)制造上的不同來(lái)將混凝土分為剪切鋼纖維、切斷鋼纖維、熔抽鋼纖維以及切削鋼纖維。在這四種鋼纖維中，切斷鋼纖維的抗拉強(qiáng)度最高，但是在實(shí)際的使用過(guò)程中和水泥砂漿的粘結(jié)性比較差，可以在使用的過(guò)程中對(duì)鋼纖維的表面進(jìn)行變形的處理，從而能夠形成一種表面有刻痕并且末端能夠帶鉤的一種波紋形狀的鋼纖維，或是形成一種扁平與圓形截面相互變化的一種鋼纖維，這種鋼纖維能夠改變力學(xué)性能。而另一種鋼纖維，即切削鋼纖維的強(qiáng)度較高，并且截面是三角形的，這種鋼纖維和水泥的粘結(jié)性能比較好。對(duì)于熔抽鋼纖維而言，和混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度較差，但是自身的強(qiáng)度比較高。不論是何種鋼纖維，抗拉強(qiáng)度都是比較強(qiáng)的，同時(shí)也能夠增加和水泥之間的粘結(jié)力。

2、鋼纖維混凝土的優(yōu)點(diǎn)

和傳統(tǒng)的混凝土材料相比，鋼纖維混凝土材料具有較多優(yōu)點(diǎn)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，鋼纖維混凝土材料的抗沖擊性能突出，而且具有較強(qiáng)的適應(yīng)沖擊環(huán)境能力。尤其當(dāng)鋼纖維混凝土材料承受較大壓力時(shí)，憑借其自身的韌性可有效對(duì)抗沖擊作用力；其次，鋼纖維材料抗疲勞性能優(yōu)越。在路橋工程中，一旦遇到路面出現(xiàn)開(kāi)裂等不良狀況，會(huì)嚴(yán)重影響混凝土性能的發(fā)揮，而鋼纖維混凝土仍能在該種情況下表現(xiàn)出優(yōu)越的荷載承受能力，且不會(huì)受路基移位和錯(cuò)位的干擾。

二、鋼纖維混凝土技術(shù)施工要點(diǎn)

1、避免鋼纖維結(jié)團(tuán)

為防止鋼纖維出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，在對(duì)鋼纖維進(jìn)行攪拌時(shí)，不能一整箱或一整袋地一次性投入，而是采用鋼叉或機(jī)械方法攪散鋼纖維，使鋼纖維均勻分散，以保證混凝土質(zhì)量。在使用強(qiáng)制性攪拌機(jī)攪拌鋼纖維時(shí)，也應(yīng)避免出現(xiàn)結(jié)團(tuán)問(wèn)題，且攪拌機(jī)必須留有超過(guò)20%的預(yù)留空間以防過(guò)載。投料時(shí)，投料順序應(yīng)該是：砂—鋼纖維—石子—水泥，從左往右。攪拌方式采用先干拌后濕拌的方式，各自時(shí)間為1～2min和2～3min，總體時(shí)間控制在5min內(nèi)。

2、運(yùn)輸注意事項(xiàng)

鋼纖維混凝土在運(yùn)輸時(shí)，為防止鋼纖維混凝土因在運(yùn)輸中振動(dòng)較大、坍塌度小等原因而導(dǎo)致鋼纖維沉底，應(yīng)選用具有自卸功能的運(yùn)輸車，以避免鋼纖維混凝土出現(xiàn)分散不均現(xiàn)象。此外，在攪拌之前應(yīng)選擇較為適合的攪拌場(chǎng)地并按時(shí)施工，避免因?yàn)橥涎訒r(shí)間而出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

3、確保攤鋪均勻，防止振搗過(guò)度

鋼纖維混凝土在進(jìn)行攤鋪時(shí)應(yīng)先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，以控制攤鋪系數(shù)在1.2～1.3范圍內(nèi)，且保持?jǐn)備伨鶆颍沽蠒r(shí)保持一定的相壓距離來(lái)確保整體的連續(xù)性。振搗壓實(shí)鋼纖維混凝土?xí)r，應(yīng)按照先邊緣再整平的順序振搗，防止振搗過(guò)度。

4、路面的壓紋與養(yǎng)生

路面經(jīng)過(guò)振搗壓實(shí)后，應(yīng)先對(duì)表面進(jìn)行抹平，且不能外露鋼纖維，再進(jìn)行路面的壓紋工作，壓紋時(shí)應(yīng)以路線的橫斷面為方向，且控制壓紋深度在1～2mm。待混凝土的強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后再進(jìn)行切縫，切縫時(shí)切割深度為3cm，且縮縫與舊縫相對(duì)齊，距離控制在5m/道。對(duì)于鋼纖維混凝土的養(yǎng)生，可采用灑水方式，并且在上面覆蓋麻袋以保持其潮濕狀態(tài)，待10～15天后經(jīng)過(guò)混凝土強(qiáng)度測(cè)試檢測(cè)合格后方可開(kāi)放使用。

三、鋼纖維混凝土技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用

1、鋼纖維混凝土技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用

1.1 工程實(shí)例

某高速公路共設(shè)置了6座隧道，均為左右行分離式雙洞四車道高速公路隧道，隧道總長(zhǎng)為5723.00m。隧道凈跨寬度11.0m，凈高6.90m，其中機(jī)動(dòng)車道為0.5+3.5×2+0.5=8.0m。設(shè)計(jì)行車速度：80km/h。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：汽車—超20級(jí)，掛車—120?；鶎訛樨毣炷?，其上為20cm厚的鋼纖維混凝土路面。

1.2 拌合技術(shù)

要保證鋼線混凝土在整體中均勻分布，就必須加強(qiáng)拌合技術(shù)，一般采用機(jī)械攪拌進(jìn)行路面施工，機(jī)械一般采用強(qiáng)制式或反錐式攪拌機(jī)，拌合中的投料順序?yàn)樗?、粗集料、?xì)集料和鋼纖維。鋼纖維不能一次投料，而應(yīng)該分為三次投放，要保障干拌均勻，再加入足量的水進(jìn)行濕拌，拌和實(shí)踐不得短于三分鐘。

1.3 運(yùn)料

鋼纖維要保持分布均勻，避免發(fā)生沉降，因此應(yīng)該盡量縮短運(yùn)料時(shí)間和距離，并且保持鋼纖維的純凈，避免受到污染，主要采用手推車或翻斗車進(jìn)行混合料運(yùn)輸。

1.4 澆筑

在混合料運(yùn)輸?shù)竭_(dá)前，要安裝好路槽模板，直接將混合料倒入路槽模板中，通過(guò)人工找平，在混合料投放時(shí)要避免大量堆積，澆筑過(guò)程要保持連續(xù)性，避免產(chǎn)生裂縫，影響接縫隙表面排列。有時(shí)，在公路的表面降落的雨水應(yīng)通過(guò)兩側(cè)排走，避免出現(xiàn)積雨，積水，影響交通。此時(shí)鋼筋混泥土在路面上的合理應(yīng)用，使得縱坡平緩，坡面不會(huì)受到?jīng)_刷，采用向合理的方向排水。在路堤較高，邊坡坡面易遭受表面沖刷的情況下，應(yīng)設(shè)置混泥土擋水帶，通過(guò)合理排水泄水。

1.5 振搗

采用平板振搗機(jī)進(jìn)行作業(yè)，攤鋪過(guò)程應(yīng)該以厚度為準(zhǔn)，如果厚度不超過(guò)0.2m只需攤鋪一次，振搗作業(yè)在混合料不再下沉?xí)r即可停止。由攤鋪機(jī)自動(dòng)找平，其上面層應(yīng)該雪橇式攤鋪厚度控制法，根據(jù)壓實(shí)后所需的平整度要求，對(duì)攤鋪層前后高度進(jìn)行對(duì)比；而對(duì)于中下兩層則采用高程控制方式。

1.6 抗折強(qiáng)度

每鋪筑400m3的鋼纖維混凝土，制作兩組抗折試件（以作7d和28d齡期強(qiáng)度試驗(yàn)），每增鋪1000m3～2000m3鋼纖維混凝土，增做1組試件，備作驗(yàn)收或檢查后期強(qiáng)度時(shí)用，試件在現(xiàn)場(chǎng)與路面相同條件下進(jìn)行濕法養(yǎng)護(hù)，施工中應(yīng)及時(shí)測(cè)定7d齡期試件強(qiáng)度，檢查是否達(dá)到28d齡期強(qiáng)度的70%以上，如達(dá)不到應(yīng)查明原因，采取措施達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

1.7 平整度

除滿足各級(jí)公路路面平整度要求外，從鋼纖維混凝土路面運(yùn)營(yíng)安全性和可靠性考慮，鋼纖維混凝土路面整平后的面板表面10～30mm深度內(nèi)還應(yīng)保證鋼纖維應(yīng)基本處于平面分布狀態(tài)，不直立、不翹頭，保證路面磨損后裸露的鋼纖維不扎輪胎。

鋼纖維混凝土隧道路面表面與水泥混凝土路面表面在功能要求上大致相同，主要滿足抗滑、耐磨及平整。

1.8 表面處理與養(yǎng)生

對(duì)于表面進(jìn)行處理，要確保公共使用安全，對(duì)于外露鋼纖維要進(jìn)行平整，利用金屬壓滾或其他方法將外露鋼纖維抹平。路面切縫宜采用割縫機(jī)割出要求深度的槽口，割槽時(shí)間不宜過(guò)早或過(guò)遲，在鋼纖維抹面后12—48小時(shí)左右，抗壓強(qiáng)度達(dá)到5—10Mpa作為切縫時(shí)間。

與普通混凝土無(wú)異，剛纖維混凝土同樣需要進(jìn)行養(yǎng)生，混凝土抹面后兩小時(shí)，當(dāng)指壓不再出現(xiàn)壓痕時(shí)，即可開(kāi)始進(jìn)行養(yǎng)生。每天進(jìn)行灑水，在養(yǎng)護(hù)期間保持潮濕狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)期限不得少于一周。

2、鋼纖維混凝土在橋梁墩梁臨時(shí)固結(jié)施工的具體應(yīng)用

2.1 工程概況

港特大橋位于里程DK241+600～DK243+900 處，全長(zhǎng)2300m。橋孔布置為1-32m+2-24m簡(jiǎn)支梁（門(mén)式墩）+1-24m+2-32m+3-24m+3-24m+1-32m簡(jiǎn)支梁+1-（48+80+48）m連續(xù)梁+1-32m+2-24m+2-32m簡(jiǎn)支梁+1-（75+2×135+75）m連續(xù)梁+3-32m簡(jiǎn)支梁+（40+64+40）m連續(xù)梁+35-32m+1-24m+24-32m+1-24m+4-32m簡(jiǎn)支梁+1-（60+2×100+60）m連續(xù)梁+1-32m+3-24m+14-32m簡(jiǎn)支梁。其中第135～138孔梁上跨江山港，橋跨孔徑設(shè)計(jì)為四孔（60m+2×100m+60m）后張預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁。橋梁位于曲線半徑7000m、0.31%的上坡度上。墩身頂帽尺寸橫橋向?qū)?0m、順橋向長(zhǎng)6m，如圖1所示。墩身及墩頂段順橋向長(zhǎng)度為1300cm，橫橋向?qū)挾?200cm，中支點(diǎn)梁高785cm，對(duì)應(yīng)墩頂處頂板厚95cm，其他部位頂板厚度45cm，腹板厚為120cm，其他部位腹板尺寸按照折線變化；支座上方突出段長(zhǎng)4.8m，高4.7m；跨中橫隔板厚度為3m，過(guò)人孔為1.5m×1.2m。連續(xù)梁最大跨度懸臂澆筑12節(jié)段、最大懸臂澆筑長(zhǎng)度47m（墩中心至12號(hào)塊端）。最大節(jié)段為第6節(jié)段，梁段自重為1759.6KN。

2.2 技術(shù)應(yīng)用

2.2.1 臨時(shí)固結(jié)抗傾覆荷載

設(shè)計(jì)圖紙給出的各中墩采取臨時(shí)固結(jié)措施能夠承受中支點(diǎn)處最大豎向力P=52630 KN和最大不平衡彎矩W=62339 KN。

按照此工程的最大豎向支反力P=55279.6KN以及最大不平衡彎矩W=161031KN-m（根據(jù)相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定，掛籃設(shè)計(jì)重量宜為承載能力的0.3～0.5倍。掛藍(lán)自重按照懸澆最大節(jié)段自重56190KN的0.5倍取值，879.8 KN。

此橋3個(gè)懸澆T構(gòu)位于半徑R=7000m曲線上，曲線向心偏心傾覆彎矩很小，驗(yàn)算結(jié)果不必單獨(dú)加強(qiáng)，故在計(jì)算中略去。

2.2.2 臨時(shí)支座內(nèi)力計(jì)算

根據(jù)T構(gòu)可能傾覆的最大豎向支反力P=55279.6KN和最大不平衡彎矩W=161031KN-m，臨時(shí)支座反力如圖2所示，假設(shè)為R1和R2。

經(jīng)計(jì)算所得：R1=-3811.6 KN； R2=59091.2 KN；

注：計(jì)算結(jié)果中代號(hào)“+”為受壓的支撐力，代號(hào)“-”為支座受拉力。

2.2.3 臨時(shí)支座混凝土受壓配筋計(jì)算

由于臨時(shí)支座是受壓矮柱，承載能力折減很小，計(jì)算過(guò)程略。按一般規(guī)定配筋。臨時(shí)支座內(nèi)配置四層υ10mm鋼筋網(wǎng)片，鋼筋間距50mm，上下網(wǎng)片間距300mm。具體布置尺寸詳見(jiàn)圖3所示。

2.2.4 臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)方案的選定

由于本橋墩梁T構(gòu)臨時(shí)固結(jié)方案采用梁與墩身的體內(nèi)固結(jié)方案。因此，本方案支座直接采用鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)。臨時(shí)固結(jié)支座采用C50鋼筋混凝土，抗傾覆錨固鋼筋采用直徑Φ32mm、標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為930Mpa的精軋螺紋錨固鋼筋。分別布置在135#、136#、137#墩頂上。

每個(gè)主墩墩頂布置4條臨時(shí)支座，布置在墩頂順橋向周邊處，臨時(shí)支座橫橋向距離墩中心152.5cm、順橋向距離墩中心256cm。每條臨時(shí)支座尺寸橫橋向300cm（長(zhǎng)）×順橋向60cm（寬）×高120.5cm。

每個(gè)主墩共設(shè)置20根直徑Φ32mm、標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為930Mpa的精軋螺紋錨固鋼筋?？紤]曲線向內(nèi)偏心彎矩的影響，曲線外側(cè)平行多布置1根，其余單排布置，曲線外側(cè)臨時(shí)支座布置6根、曲線內(nèi)側(cè)臨時(shí)支座布置5根。分別布置在臨時(shí)支座中心位置，對(duì)應(yīng)腹板位置，布置間距大約20cm，服從箱梁預(yù)應(yīng)力孔道位置的調(diào)整。埋入墩身和梁體內(nèi)的單端長(zhǎng)度不小于1.3m，每根精軋螺紋長(zhǎng)度不短于4.25m。具體布置尺寸詳見(jiàn)圖4所示。

圖4 墩身內(nèi)錨桿及加強(qiáng)筋布置圖

3、施工方法

3.1 精軋螺紋錨固筋下料、錨板制作與安裝

精軋螺紋下料采用無(wú)齒電鋸切割，嚴(yán)禁乙炔氣火焰切割。下料長(zhǎng)度誤差不得超過(guò)10mm。

錨板制作，采用20mm厚Q235鋼板制作，100mm等邊長(zhǎng)方形板，中間鉆35mm孔。為使得錨板固定，可將錨板與螺帽輕微點(diǎn)焊連接，避免過(guò)熱損傷螺帽、螺桿。

錨板和螺帽，與鋼筋固定架綁扎或者點(diǎn)焊連接，防止螺帽脫落。具體布置尺寸詳見(jiàn)圖5所示。

圖5 錨桿端部加強(qiáng)配筋圖

圖6 墩身內(nèi)錨桿加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)片布置圖

3.2 錨固鋼筋固定

精軋螺紋錨固鋼筋，高出墩頂很多，搖晃不穩(wěn)定。充分利用墩身主筋和鋼模板焊接固定架，確保精軋螺紋錨固筋安裝位置準(zhǔn)確。精軋螺紋在墩身錨固長(zhǎng)度誤差不得超過(guò)15mm。

3.3 墩身混凝土局部抗剪強(qiáng)度加強(qiáng)

錨固鋼筋抗拔力集中，采用在錨板處增設(shè)雙層υ10mm鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片尺寸不小于50cm×100cm，鋼筋間距50mm，網(wǎng)片間距100mm。具體布置尺寸詳見(jiàn)圖6所示。

需要注意的是，箱梁鋼筋骨架較密，不增設(shè)抗剪加強(qiáng)筋。而為了防止墩頂混凝土局部開(kāi)裂，對(duì)于沒(méi)有設(shè)計(jì)鋼筋網(wǎng)片的墩頂，應(yīng)在臨時(shí)支座底下的墩頂200mm厚度內(nèi)預(yù)埋Φ12mm螺紋鋼筋網(wǎng)片，鋼筋布置間距100mm，網(wǎng)片尺寸大于臨時(shí)支座200mm。

3.4 臨時(shí)支座模板安裝、鋼筋綁扎、混凝土澆筑

首先，臨時(shí)支座是一次性臨時(shí)結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)采用普通模板。鋼筋網(wǎng)片隨著混凝土澆筑進(jìn)度，逐層放置。

其次，鋼纖維混凝土澆筑方法，與常規(guī)混凝土施工相同。等表面初凝后，還必須用麻布或土工覆蓋保溫，以防表面和內(nèi)部收縮不勻而開(kāi)裂。

最后，臨時(shí)支座的頂面坡度，應(yīng)與梁底坡度相一致。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鋼纖維混凝土與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它可以有效提高公路橋梁的抗拉能力、抗剪能力、抗彎能力和抗裂能力，并且對(duì)橋梁墩梁臨時(shí)固結(jié)施工中起到了絕對(duì)性的作用。因此，控制好鋼纖維混凝土在施工中的技術(shù)要點(diǎn)，可以有效地保障公道路橋梁工程施工的整體質(zhì)量。

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