桥梁拼宽工程中补偿收缩钢纤维混凝土的应用研究

贾卫东，王晓强，邢世玲，王宝义

(1. 中交二公局东盟工程有限公司，西安 710119； 2. 南京工业大学交通运输工程学院，南京 211816)

在混凝土桥梁拼宽改造工程中，一般先对拼宽部分的新建桥梁进行施工，再在桥面板部分现浇纵向拼缝，从而将新旧桥连接成整体。新旧桥通过纵向拼缝连成整体后，与普通桥梁的受力差异主要体现在两个方面[1-10]：①新旧桥面板和桥面拼缝混凝土之间存在收缩徐变差异，会使拼接部位产生裂缝；②新旧桥之间存在沉降差异，新桥通过拼缝部位对旧桥产生竖向的拉拽，在拼缝附近的主梁翼缘板局部会产生较大的横向内力和应力。为了改善新旧桥纵向拼接部位易出现纵向裂缝的问题，补偿收缩混凝土和钢纤维混凝土等高性能混凝土材料被广泛应用于桥梁拼宽的拼缝[11]部位。

掺入适量膨胀剂制成的补偿收缩混凝土在硬化过程中，混凝土内产生预压应力[12]，与普通混凝土相比具有更好的抗裂性能。同时研究发现，在普通混凝土中掺入1%～2%的钢纤维所制成的钢纤维混凝土，可大幅度提升混凝土的抗弯拉性能[13-16]。

为了进一步提升混凝土的抗裂性能，有学者对膨胀剂和钢纤维材料的复合使用进行研究，得到补偿收缩钢纤维混凝土。相关研究结果表明[17-19]，补偿收缩钢纤维混凝土的抗压、抗渗、抗弯拉和抗收缩性能与普通混凝土相比有显著提升。补偿收缩钢纤维混凝土是一种适用于新旧桥梁拼缝部位的高性能混凝土，但目前尚无专门的规范指导该新型材料的实践应用，可供参考的案例也较少。本项目依托京沪高速公路新沂至淮安段改扩建工程，在文献调研和工程实践的基础上，对桥梁拼宽工程中新旧桥纵向拼缝处理时的混凝土技术要求和施工工艺进行归纳和总结。

1 拼缝材料的技术要求及材料配合比参考

1.1 拼缝材料的技术要求

在不中断交通的情况下，用于桥梁拼宽工程中拼接部位的混凝土应满足的基本特点[20]为：①快硬早强；②相对缓凝；③低收缩、微膨胀；④韧性较强；⑤使用方便、价格相对便宜且便于推广。

罗成立等[18]通过试验，对常规混凝土和补偿收缩钢纤维混凝土进行比较分析，试验结果显示：补偿收缩钢纤维混凝土的7 d和28 d抗压强度较常规混凝土提升了24%和28%，抗折强度提升了75%和80%；常规混凝土Cl-渗透评价结果为“中”，补偿收缩钢纤维混凝土Cl-渗透评价结果为“极低”；混凝土收缩试验中常规混凝土的裂缝最大宽度为0.1 mm，补偿收缩钢纤维混凝土的裂缝最大宽度为0.01 mm；常规混凝土的单位面积裂缝开裂数目为139条/m2，补偿收缩钢纤维混凝土为7条/m2；常规混凝土的抗裂等级为Ⅳ级，补偿收缩钢纤维混凝土的抗裂等级为Ⅰ级。补偿收缩钢纤维混凝土因具有优越的抗折、抗渗和抗裂性能，适合在新旧桥拼缝工程中加以推广。

京沪高速公路新沂至淮安段改扩建工程中部分新旧桥拼宽的拼缝材料采用C50补偿收缩钢纤维混凝土，技术指标要求如表1所示。

表1 技术指标要求

1.2 材料配合比参考

材料配合比参考取值如表2所示，具体工程中应根据技术指标通过试验确定最终施工时的材料配合比。

表2 材料配合比参考取值 (kg/m3)

在京沪高速公路新沂至淮安段改扩建工程JHK-XY1标段中，通过试验最终材料配合比取值如表3所示，主要指标的试验结果为：初始要坍落度为185 mm；抗渗性能等级>P9；7 d抗弯强度为6.77 MPa；28 d 抗弯强度为7.71 MPa；7 d抗压强度为54.9 MPa；28 d抗压强度为63.8 MPa。

表3 通过试验最终材料配合比取值 (kg/m3)

2 施工工艺

新旧桥拼宽工程的总体施工流程一般为：旧桥护栏和翼缘板切除→旧桥外边板植筋→新桥施工(包含桥面铺装)→拼缝钢筋骨架安装→拼缝混凝土浇筑。新桥桥面铺装层混凝土与拼缝的补偿收缩钢纤维混凝土分两次浇注，通常要求新桥铺装层混凝土强度达到90%后，方可进行拼缝中补偿收缩钢纤维混凝土的施工，两者要求有3～5个月的龄期差。新桥架设一般6个月后再进行新旧桥之间的拼缝连接，这可有效降低不同龄期混凝土收缩徐变产生的附加内力。新旧桥拼缝施工工艺流程如图1所示。

3 施工过程中相关技术要求和注意事项

3.1 施工准备工作

(1) 拼缝混凝土浇筑前，应将新桥和旧桥界面拼接部位的混凝土凿毛，凿毛面凹凸不平处应不小于6 mm，凿毛后表面浮灰和浮渣须清理干净。

(2) 湿接缝浇筑前用喷雾器将湿接缝钢筋网、模板以及新旧混凝土界面充分润湿，但不得积水。

(3) 拼缝混凝土浇筑应连续进行。为确保混凝土浇筑施工能连续进行，混凝土浇筑前应合理组织施工机械设备，机械数量和机械性能状况应符合浇筑条件的要求。

(4) 检查核对补偿收缩钢纤维混凝土干混料是否符合要求、配合比及计量是否准确，加料误差应不超过±1%。

3.2 拼缝钢筋安装

按照设计图纸进行新旧桥拼宽处钢筋绑扎。新旧桥连接处钢筋与植筋须焊接处理，焊缝长度为10d(d为钢筋直径)。

3.3 模板安装

模板一般采用竹胶板，模板安装前对表面进行清理，均匀涂刷一层脱模剂，模板拼缝处设置泡沫止浆条，确保混凝土浇筑时不漏浆，避免漏浆对主梁和盖梁造成污染。

京沪高速公路新沂至淮安段改扩建工程项目共有10座拼宽桥梁，桥跨结构分别包含预应力混凝土空心板结构和简支转连续组合箱梁结构两种。针对桥下支立模板受限的情况，本项目中湿接缝模板安装采用吊杆加钢管横梁的组合形式进行固定。吊杆穿过PVC(聚氯乙烯)管，通过螺栓与蝶形扣件紧固在钢管横梁上。钢管通过方木垫放在箱梁顶板上，每块模板沿桥梁纵向设置不少于4道吊杆支撑。中横梁模板采用方木背撑、钢管支撑及对拉拉杆组合的形式进行固定，保证模板表面平整、支撑稳固。

模板安装好后垫放混凝土保护层垫块，确保模板拼缝无错台、成品无漏筋。模板安装允许偏差如表4所示。

表4 模板安装允许偏差 (mm)

3.4 补偿收缩钢纤维混凝土拌制

一般采用机械搅拌制作补偿收缩钢纤维混凝土，为防止钢纤维产生结团现象，投料搅拌顺序和搅拌时间为：①将粗骨料和钢纤维投入拌和机搅拌一定时间(建议30 s)，使钢纤维分散在石子中，不产生结团；②将砂及水泥等细集料投入拌和机干搅拌30 s；③在旋转搅拌机中加水，让机器再搅拌 180 s 左右。第一批搅拌材料应用于检测流动性及搅拌效果。

拼缝混凝土养生时间过短易造成结构表面产生收缩裂纹。坍落度过大易造成混凝土离析，影响接缝强度；坍落度过小会影响混凝土的流动性和和易性，影响施工质量。综合考虑天气因素和道路运输情况，经多次试验得出坍落度为180～200 mm时，混凝土的工作性能较好。

3.5 新旧混凝土界面处理

浇筑混凝土前应充分润湿旧混凝土表面，以保证混凝土的黏结效果。若在工程设计中有涂刷界面胶的要求，应保持旧混凝土基面洁净干燥。

3.6 拼缝混凝土浇筑

案例工程采用C50补偿收缩钢纤维混凝土，混凝土均采用拌和站集中拌和，混凝土罐车运输自卸入模，人工进行插入式振捣。浇筑时对湿接头进行分层斜坡式浇筑振捣，然后沿桥梁纵向对每道湿接缝进行浇筑振捣，振捣完成以混凝土表面泛浆、停止下沉且不再冒泡为准，避免欠振或过振，造成混凝土振捣不密实或不均匀。振捣过程中应避免振捣棒碰撞模板和钢筋，防止模板拼缝漏浆或绑扎钢筋的扎丝脱落。浇筑混凝土时应防止混凝土分层离析，混凝土运至浇筑地点后应立即浇筑入模。混凝土由料斗和漏斗内卸出并进行浇筑，混凝土高度不得超过2 m，否则应采用串筒、斜槽和溜槽等方式下料。浇筑过程中应及时检查振捣质量，防止过振或漏振。

3.7 混凝土养护

补偿收缩钢纤维混凝土浇筑完成后应及时养护，采用蓄水性能良好的材料覆盖表面进行洒水养护，养护时间不少于14 d。充分的洒水养护是保障补偿收缩钢纤维混凝土发挥其膨胀性能的关键技术措施，须予以足够重视。

新浇筑的混凝土既没有足够的强度，也未建立起有效的膨胀应力，不能抵御振动、冲击等产生的破坏，为防止裂缝出现，在浇筑时应中断现场交通36 h以上，确保混凝土强度不低于40 MPa后方可恢复交通。

4 结语

受新旧桥沉降差异和收缩徐变差异的影响，桥梁拼宽时新旧桥连接部位的新旧混凝土界面时常会出现裂缝，采用补偿收缩钢纤维混凝土进行新旧桥连接，能有效保障连接成功，并确保拼缝的长期紧固作用。目前补偿收缩钢纤维混凝土在桥梁工程中应用并不多，相关研究较少，在桥梁拼宽工程中开展相关施工工艺和技术研究，研究成果可为类似工程项目提供指导。