桥梁工程钢纤维混凝土施工技术应用

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摘要：在概述钢纤维混凝土性能及应用过程的基础上，以某高速公路分离式立交桥为例，该桥梁原桥面铺装层设计不合理，未铺筑沥青混凝土，抵抗温缩裂缝能力较差，为此，进行了钢纤维混凝土桥面铺装施工改造。本工程采用浇筑式施工方式，对钢纤维混凝土拌和、运输、浇筑和振捣、成型、提浆、刻槽、切缝处理等特殊的施工技术进行了深入研究。研究结果表明，对以上施工技术进行妥善处理，可使钢纤维混凝土在强度、抗弯折、抗拉伸、抗冲击性能等方面得到全面优化，且施工成本低，可在桥梁加固、桥面翻修铺装、高等级公路等工程中推广应用。

关键词：钢纤维混凝土；桥梁工程；施工技术

1钢纤维混凝土施工技术概述

1.1钢纤维混凝土的应用

钢纤维混凝土是通过将散乱的短钢纤维按设计密度随机分布于水泥混凝土结构内，从而使基体力学强度指标不同程度地提升，并有效防止基体内微裂缝的出现和发展[1]。我国70年代中后期开始研制钢纤维混凝土材料并率先在大庆、金华、上海、北京、广东等地的机场跑道、公路路面、桥梁加固等领域应用，之后逐渐推广至土木施工各个领域。

1.2钢纤维混凝土的性能

钢纤维混凝土抗拉、抗弯折、抗扭、抗冲击、抗疲劳、抗冻融、耐磨、阻裂等性能较好，其在遭受荷载冲击的过程中钢纤维能阻止并限制混凝土基体裂缝的发生，提升混凝土结构的防火、耐热、防水及抗收缩性能。钢纤维混凝土在抗压强度、抗劈裂强度、抗弯折强度等方面的性能均比普通混凝土优越，具体见表1。钢纤维混凝土性能主要受混凝土基体强度、钢纤维自身强度及体积率、钢纤维长径比等因素的影响，通常情况下，混凝土基体强度越高，钢纤维自身强度越高且体积率越大，钢纤维长径比越大，则钢纤维混凝土性能越佳。然而钢纤维长径比与体积率指标并非越大越好，而应保持在合理范围。钢纤维混凝土类型不同其性能也存在一定差异，强度CF50、钢纤维体积率1.2%情况下，其性能比较详见表2。钢纤维的长度通常在15～60mm范围内，25mm和30mm长度的钢纤维较为常用，前者多见于细石子混凝土喷射，后者则常用于大骨料混凝土浇筑、泵送和碾压施工。钢纤维宽度及等效直径通常在0.25～2mm和0.25～1mm，等效直径优化后则增大至0.35～0.50mm，长径比通常为40～100。

2工程概况

某高速公路分离式立交桥全长285.5m，主桥宽25.5m，双向四车道设计，其20m跨径后张预应力混凝土简支空心板原设计顶板厚度10cm，芯模加固厚度仅为5～8m，原桥面铺装层设计厚度12.5～15.5cm，且桥面铺装层方格钢筋网设计间距10cm，未铺筑沥青混凝土，抵抗温缩裂缝能力较差。考虑到施工工艺的进一步完善，并防止因顶板厚度过薄而影响桥梁承载力和使用寿命，决定采用钢纤维混凝土进行桥面加固铺装，且铺装层厚度保持不变，并通过在横桥向和纵桥向按20cm间距增设Φ12和Φ8补强钢筋代替原钢筋网，以提升混凝土抗拉性能。钢纤维采用JW钢筋厂所生产的30mm矩形剪切扭曲形钢纤维。通过钢纤维混凝土桥面铺装，以充分发挥钢纤维混凝土物理力学性能，提升桥面层抗弯折、抗磨损、防渗性能、强度及承载力的同时，还能减小铺装层厚度，减少钢筋网使用量，使结构恒载降低，行车安全性和舒适性提升，延长使用寿命。

3钢纤维混凝土施工

钢纤维混凝土施工方式包括浇筑式、喷射式和灌浆式三种，考虑到工程施工工期及施工质量要求，本桥梁工程采用浇筑式施工方式。

3.1施工准备

本桥梁工程钢纤维混凝土施工应选择适宜的场地安装调试机械设备，保证其性能状态处于最高水平，并严格按照技术要求进行钢纤维混凝土施工，防止产生不必要的振动；根据设计要求选择最为有利的混凝土铺筑方式。

3.2钢筋铺设

按照设计要求先进行钢筋定位并标记，对于钢筋交汇部位应按设计间距打孔后嵌入设计长度短钢筋，且短钢筋上支长度不能超出桥面铺装层结构设计标高范围。根据标记出的位置铺设钢筋并绑扎，对于存在支架钢筋的部位，应先绑扎固定钢筋网和支架钢筋，并使其与桥面间距达设计厚度要求。

3.3模板安装

待绑扎好钢筋网后，先进行钢模板的预先支立，待钢模板水平位置与标高均达设计要求后检查钢模板支架的牢固性及钢架接头的平顺程度，且为避免钢模板和梁顶接触部位发生漏浆，应在模板内壁事先均匀喷涂隔离剂。

3.4制备钢纤维混凝土

（1）钢纤维的分散与搅拌在将钢纤维材料投入搅拌机内拌和时，应采用功率0.72～1.0kW、分散力20～60kg/min的分散机将钢纤维搅散后均匀分批次投入，若整袋或整箱一次性投入，会出现钢纤维结团。使用强制性搅拌机拌和的过程中，应将搅拌机预留空间控制在设计空间+20%范围内。投料的次序应为：砂→钢纤维→石子→水泥，先按1～2min的时间进行混合料干拌，再加水和外加剂后湿拌2～3min，并将总拌和时间控制在5min以内。（2）钢纤维混凝土混合料的运输为避免本桥梁工程钢纤维混凝土可能出现的离析，混凝土运输通过具有自卸功能的泵车进行，运输途中应防止因钢纤维混凝土塌落度过小、振动等原因导致钢纤维沉底。此外由于钢纤维混凝土中含有减水剂等成分，还应提前采用铁铲摊铺平整混凝土施工面，结合施工次序规划出铺筑施工区域，以防止因时间过长而导致材料出现离析[3]。（3）混合料浇筑和振捣在钢纤维摊铺施工前，通过振荡器进行混凝土材料充分振捣以确保其分布的均匀性，摊铺系数应保持在1.2～1.3。若采用插入式振捣器振捣，则会导致混合料中钢纤维聚集于振动棒位置处产生“集束效应”[4]，为保证混合料中钢纤维的二维分布，应采用平板式振捣器整平振捣，并防止振捣过度。此外，在振动振捣过程中，还应保证钢纤维纵向条状集束排列，以便于其能有效抵抗桥面层收缩应力、温度应力及行车荷载等的传递。（4）铺筑成型及提浆铺筑混凝土前的3～4h内应持续洒水确保桥面湿润饱和并在施工前0.5～1h停止洒水，采用人工方式平整地面，并分别运用振动棒和平板振动器将铺筑边角和中间区域振捣处理，振动器平板重叠宽度应不超过其宽度的1/2，保证振捣施工匀速进行，不得出现过振和漏振。混凝土表面提浆施工采用三轴提浆整平机进行，能确保路面平整、密实，在铺筑钢纤维混凝土的过程中，考虑到混凝土材料有较高的含沙量，且粗骨料与纤维分布不规则，所以本工程采用真空吸水铺筑施工方式。铺筑完毕，还应机械抹平混凝土表面，防止混凝土材料中的钢纤维外露。拆模后，若出现钢纤维外露现象，必须及时处理，保证施工效果。（5）刻槽为提升混凝土结构表层的抗滑性，应在面层刻槽处理。首先按照设计要求确定出刻槽宽度和间距，本工程桥面混凝土结构表层刻槽宽3～5mm，刻槽深5～6mm，刻槽间距20～30mm，出于行车舒适性及桥面混凝土结构使用寿命等的考虑，应采用宽度2～4mm的窄槽，且刻槽表面积比应不超出12%～15%范围。

3.5切缝处理及养生

钢纤维混凝土收缩性小、抗裂性良好，所以对于有条件封闭交通的路段，应整幅施工，不设纵缝，待钢纤维养生后其实际强度达设计强度的50%时再切锯缩缝[5]。但本桥梁属于交通要道，交通量大，无法整幅封闭交通，所以，在桥面钢纤维混凝土面层铺装施工时，还必须根据设计要求和工程实际从墩顶开始按照30m间隔设置横向缩缝，并使其与两侧防撞栏缩缝齐平。还必须在综合考虑钢纤维混凝土初凝时间的基础上加强结构切缝时间控制，切缝深应不超出2～3cm范围，切缝完毕后选用优质填缝料灌缝处理。待混凝土终凝后进行洒水养生，并覆盖麻袋确保混凝土结构处于潮湿状态，10～15d后测试混凝土结构强度，符合设计要求后投入使用。

4结语

钢纤维混凝土为强度、抗弯折性良好且使用寿命较长的新型优质水泥基复合施工材料，为加强施工质量控制，必须严格选取钢纤维材料并加强各施工环节控制，本工程竣工后运行效果表明，钢纤维混凝土桥面施工质量完全符合设计及相关规范要求，应在同类工程中推广应用。与普通混凝土材料相比，钢纤维混凝土的应用可使造价降低10%～30%，经济效益显著。

参考文献：

[1]陈瑜未，王东升.钢纤维混凝土施工技术在路桥工程中的应用[J].智能城市，2020（14）：148-149.

[2]年峰.道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术应用探讨[J].建材与装饰，2020（19）：264-266.

[3]殷鹏昊.现代路桥施工中钢纤维混凝土的施工技术研究[J].中国设备工程，2020（12）：234-235.

[4]刘艳艳，罗恒梁.路桥施工中钢纤维混凝土施工技术的应用研究[J].工程技术研究，2020（9）：90-91.

作者：郭彦群 单位：邢台路桥建设总公司