钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工中的应用

2015-07-04马一帆

信息周刊 2015年2期

马一帆

【摘要】随着我国城市化进程的不断加快，科学技术的不断发展，致使钢纤维混凝土技术得到了人们越来越多的关注。由于其钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工有着极其优越的性能，因此本文就此为切入点，首先简要对其钢纤维混凝土的概念及特点进行了概述，然后对其钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工中的应用，进行了分析，并根据实际案例对其施工技术的具体应用进行了详细的研究探讨，以供读者阅读和参考。

【关键词】钢纤维混凝土；混凝土技术；道路桥梁施工；技术应用

引言

当今社会交通在经济发展和日常生活中的地位和作用越来越重要，因此人们对道路桥梁的质量要求标准也越来越高。近年来，普通混凝土在现代道路桥梁施工中的弊端日益显现，而钢纤维混凝土因其抗磨、抗裂、抗冲击、抗形变等优越性能得到了迅速发展和广泛应用。因此，加强对这一技术的认识和研究是提高道路、桥梁和其他基础设施建设质量的必然要求，也是提高生活质量和经济发展水平的需要。

一、钢纤维混凝土的概念以及优点

1、钢纤维混凝土的概念

钢纤维混凝土是目前的一种常见的混凝土材料，和一般混凝土不同的是钢纤维混凝土使用的是钢纤维作为混凝土的材料。在实际的钢纤维混凝土的分类上，主要是通过制造上的不同来将混凝土分为剪切钢纤维、切断钢纤维、熔抽钢纤维以及切削钢纤维。在这四种钢纤维中，切断钢纤维的抗拉强度最高，但是在实际的使用过程中和水泥砂浆的粘结性比较差，可以在使用的过程中对钢纤维的表面进行变形的处理，从而能够形成一种表面有刻痕并且末端能够带钩的一种波纹形状的钢纤维，或是形成一种扁平与圆形截面相互变化的一种钢纤维，这种钢纤维能够改变力学性能。而另一种钢纤维，即切削钢纤维的强度较高，并且截面是三角形的，这种钢纤维和水泥的粘结性能比较好。对于熔抽钢纤维而言，和混凝土的粘结强度较差，但是自身的强度比较高。不论是何种钢纤维，抗拉强度都是比较强的，同时也能够增加和水泥之间的粘结力。

2、钢纤维混凝土的优点

和传统的混凝土材料相比，钢纤维混凝土材料具有较多优点，具体体现在以下几个方面：首先，钢纤维混凝土材料的抗冲击性能突出，而且具有较强的适应冲击环境能力。尤其当钢纤维混凝土材料承受较大压力时，凭借其自身的韧性可有效对抗冲击作用力；其次，钢纤维材料抗疲劳性能优越。在路桥工程中，一旦遇到路面出现开裂等不良状况，会严重影响混凝土性能的发挥，而钢纤维混凝土仍能在该种情况下表现出优越的荷载承受能力，且不会受路基移位和错位的干扰。

二、钢纤维混凝土技术施工要点

1、避免钢纤维结团

为防止钢纤维出现结团现象，在对钢纤维进行搅拌时，不能一整箱或一整袋地一次性投入，而是采用钢叉或机械方法搅散钢纤维，使钢纤维均匀分散，以保证混凝土质量。在使用强制性搅拌机搅拌钢纤维时，也应避免出现结团问题，且搅拌机必须留有超过20%的预留空间以防过载。投料时，投料顺序应该是：砂—钢纤维—石子—水泥，从左往右。搅拌方式采用先干拌后湿拌的方式，各自时间为1～2min和2～3min，总体时间控制在5min内。

2、运输注意事项

钢纤维混凝土在运输时，为防止钢纤维混凝土因在运输中振动较大、坍塌度小等原因而导致钢纤维沉底，应选用具有自卸功能的运输车，以避免钢纤维混凝土出现分散不均现象。此外，在搅拌之前应选择较为适合的搅拌场地并按时施工，避免因为拖延时间而出现离析现象。

3、确保摊铺均匀，防止振捣过度

钢纤维混凝土在进行摊铺时应先进行现场实验，以控制摊铺系数在1.2～1.3范围内，且保持摊铺均匀，倒料时保持一定的相压距离来确保整体的连续性。振捣压实钢纤维混凝土时，应按照先边缘再整平的顺序振捣，防止振捣过度。

4、路面的压纹与养生

路面经过振捣压实后，应先对表面进行抹平，且不能外露钢纤维，再进行路面的压纹工作，压纹时应以路线的横断面为方向，且控制压纹深度在1～2mm。待混凝土的强度达标后再进行切缝，切缝时切割深度为3cm，且缩缝与旧缝相对齐，距离控制在5m/道。对于钢纤维混凝土的养生，可采用洒水方式，并且在上面覆盖麻袋以保持其潮湿状态，待10～15天后经过混凝土强度测试检测合格后方可开放使用。

三、钢纤维混凝土技术在路桥施工中的应用

1、钢纤维混凝土技术在公路施工中的应用

1.1 工程实例

某高速公路共设置了6座隧道，均为左右行分离式双洞四车道高速公路隧道，隧道总长为5723.00m。隧道净跨宽度11.0m，净高6.90m，其中机动车道为0.5+3.5×2+0.5=8.0m。设计行车速度：80km/h。设计荷载等级：汽车—超20级，挂车—120。基层为贫混凝土，其上为20cm厚的钢纤维混凝土路面。

1.2 拌合技术

要保證钢线混凝土在整体中均匀分布，就必须加强拌合技术，一般采用机械搅拌进行路面施工，机械一般采用强制式或反锥式搅拌机，拌合中的投料顺序为水泥、粗集料、细集料和钢纤维。钢纤维不能一次投料，而应该分为三次投放，要保障干拌均匀，再加入足量的水进行湿拌，拌和实践不得短于三分钟。

1.3 运料

钢纤维要保持分布均匀，避免发生沉降，因此应该尽量缩短运料时间和距离，并且保持钢纤维的纯净，避免受到污染，主要采用手推车或翻斗车进行混合料运输。

1.4 浇筑

在混合料运输到达前，要安装好路槽模板，直接将混合料倒入路槽模板中，通过人工找平，在混合料投放时要避免大量堆积，浇筑过程要保持连续性，避免产生裂缝，影响接缝隙表面排列。有时，在公路的表面降落的雨水应通过两侧排走，避免出现积雨，积水，影响交通。此时钢筋混泥土在路面上的合理应用，使得纵坡平缓，坡面不会受到冲刷，采用向合理的方向排水。在路堤较高，边坡坡面易遭受表面冲刷的情况下，应设置混泥土挡水带，通过合理排水泄水。

1.5 振捣

采用平板振捣机进行作业，摊铺过程应该以厚度为准，如果厚度不超过0.2m只需摊铺一次，振捣作业在混合料不再下沉时即可停止。由摊铺机自动找平，其上面层应该雪橇式摊铺厚度控制法，根据压实后所需的平整度要求，对摊铺层前后高度进行对比；而对于中下两层则采用高程控制方式。

1.6 抗折强度

每铺筑400m3的钢纤维混凝土，制作两组抗折试件（以作7d和28d龄期强度试验），每增铺1000m3～2000m3钢纤维混凝土，增做1组试件，备作验收或检查后期强度时用，试件在现场与路面相同条件下进行湿法养护，施工中应及时测定7d龄期试件强度，检查是否达到28d龄期强度的70%以上，如达不到应查明原因，采取措施达到设计强度要求。

1.7 平整度

除满足各级公路路面平整度要求外，从钢纤维混凝土路面运营安全性和可靠性考虑，钢纤维混凝土路面整平后的面板表面10～30mm深度内还应保证钢纤维应基本处于平面分布状态，不直立、不翘头，保证路面磨损后裸露的钢纤维不扎轮胎。

钢纤维混凝土隧道路面表面与水泥混凝土路面表面在功能要求上大致相同，主要满足抗滑、耐磨及平整。

1.8 表面处理与养生

对于表面进行处理，要确保公共使用安全，对于外露钢纤维要进行平整，利用金属压滚或其他方法将外露钢纤维抹平。路面切缝宜采用割缝机割出要求深度的槽口，割槽时间不宜过早或过迟，在钢纤维抹面后12—48小时左右，抗压强度达到5—10Mpa作为切缝时间。

与普通混凝土无异，刚纤维混凝土同样需要进行养生，混凝土抹面后两小时，当指压不再出现压痕时，即可开始进行养生。每天进行洒水，在养护期间保持潮湿状态，养护期限不得少于一周。

2、钢纤维混凝土在桥梁墩梁临时固结施工的具体应用

2.1 工程概况

港特大桥位于里程DK241+600～DK243+900 处，全长2300m。桥孔布置为1-32m+2-24m简支梁（门式墩）+1-24m+2-32m+3-24m+3-24m+1-32m简支梁+1-（48+80+48）m连续梁+1-32m+2-24m+2-32m简支梁+1-（75+2×135+75）m连续梁+3-32m简支梁+（40+64+40）m连续梁+35-32m+1-24m+24-32m+1-24m+4-32m简支梁+1-（60+2×100+60）m连续梁+1-32m+3-24m+14-32m简支梁。其中第135～138孔梁上跨江山港，桥跨孔径设计为四孔（60m+2×100m+60m）后张预应力钢筋混凝土连续梁。桥梁位于曲线半径7000m、0.31%的上坡度上。墩身顶帽尺寸横桥向宽10m、顺桥向长6m，如图1所示。墩身及墩顶段顺桥向长度为1300cm，横桥向宽度1200cm，中支点梁高785cm，对应墩顶处顶板厚95cm，其他部位顶板厚度45cm，腹板厚为120cm，其他部位腹板尺寸按照折线变化；支座上方突出段长4.8m，高4.7m；跨中横隔板厚度为3m，过人孔为1.5m×1.2m。连续梁最大跨度悬臂浇筑12节段、最大悬臂浇筑长度47m（墩中心至12号块端）。最大节段为第6节段，梁段自重为1759.6KN。

2.2 技术应用

2.2.1 临时固结抗倾覆荷载

设计图纸给出的各中墩采取临时固结措施能够承受中支点处最大竖向力P=52630 KN和最大不平衡弯矩W=62339 KN。

按照此工程的最大竖向支反力P=55279.6KN以及最大不平衡弯矩W=161031KN-m（根据相关施工技术规范规定，挂篮设计重量宜为承载能力的0.3～0.5倍。挂蓝自重按照悬浇最大节段自重56190KN的0.5倍取值，879.8 KN。

此桥3个悬浇T构位于半径R=7000m曲线上，曲线向心偏心倾覆弯矩很小，验算结果不必单独加强，故在计算中略去。

2.2.2 临时支座内力计算

根据T构可能倾覆的最大竖向支反力P=55279.6KN和最大不平衡弯矩W=161031KN-m，临时支座反力如图2所示，假设为R1和R2。

经计算所得：R1=-3811.6 KN； R2=59091.2 KN；

注：计算结果中代号“+”为受压的支撑力，代号“-”为支座受拉力。

2.2.3 临时支座混凝土受压配筋计算

由于临时支座是受压矮柱，承载能力折减很小，计算过程略。按一般规定配筋。临时支座内配置四层υ10mm钢筋网片，钢筋间距50mm，上下网片间距300mm。具体布置尺寸详见图3所示。

2.2.4 临时固结结构方案的选定

由于本桥墩梁T构临时固結方案采用梁与墩身的体内固结方案。因此，本方案支座直接采用钢纤维混凝土结构。临时固结支座采用C50钢筋混凝土，抗倾覆锚固钢筋采用直径Φ32mm、标准强度为930Mpa的精轧螺纹锚固钢筋。分别布置在135#、136#、137#墩顶上。

每个主墩墩顶布置4条临时支座，布置在墩顶顺桥向周边处，临时支座横桥向距离墩中心152.5cm、顺桥向距离墩中心256cm。每条临时支座尺寸横桥向300cm（长）×顺桥向60cm（宽）×高120.5cm。

每个主墩共设置20根直径Φ32mm、标准强度为930Mpa的精轧螺纹锚固钢筋。考虑曲线向内偏心弯矩的影响，曲线外侧平行多布置1根，其余单排布置，曲线外侧临时支座布置6根、曲线内侧临时支座布置5根。分别布置在临时支座中心位置，对应腹板位置，布置间距大约20cm，服从箱梁预应力孔道位置的调整。埋入墩身和梁体内的单端长度不小于1.3m，每根精轧螺纹长度不短于4.25m。具体布置尺寸详见图4所示。

图4 墩身内锚杆及加强筋布置图

3、施工方法

3.1 精轧螺纹锚固筋下料、锚板制作与安装

精轧螺纹下料采用无齿电锯切割，严禁乙炔气火焰切割。下料长度误差不得超过10mm。

锚板制作，采用20mm厚Q235钢板制作，100mm等边长方形板，中间钻35mm孔。为使得锚板固定，可将锚板与螺帽轻微点焊连接，避免过热损伤螺帽、螺杆。

锚板和螺帽，与钢筋固定架绑扎或者点焊连接，防止螺帽脱落。具体布置尺寸详见图5所示。

图5 锚杆端部加强配筋图

图6 墩身内锚杆加强钢筋网片布置图

3.2 锚固钢筋固定

精轧螺纹锚固钢筋，高出墩顶很多，摇晃不稳定。充分利用墩身主筋和钢模板焊接固定架，确保精轧螺纹锚固筋安装位置准确。精轧螺纹在墩身锚固长度误差不得超过15mm。

3.3 墩身混凝土局部抗剪强度加强

锚固钢筋抗拔力集中，采用在锚板处增设双层υ10mm钢筋网片，网片尺寸不小于50cm×100cm，钢筋间距50mm，网片间距100mm。具体布置尺寸详见图6所示。