鋼纖維混凝土技術(shù)在橋梁施工方面的應(yīng)用

王 國 強(qiáng)

(山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司陽泉分公司，山西 陽泉 045000)

?

鋼纖維混凝土技術(shù)在橋梁施工方面的應(yīng)用

王 國 強(qiáng)

(山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司陽泉分公司，山西 陽泉 045000)

解釋了鋼纖維混凝土技術(shù)的基本概念，介紹了鋼纖維混凝土技術(shù)的施工工藝流程，并從橋面鋪裝、承受荷載部位、鋼筋混凝土樁三方面，闡述了鋼纖維混凝土在橋梁施工中的應(yīng)用，指出鋼纖維混凝土技術(shù)具有實(shí)用性強(qiáng)、建設(shè)成本低、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。

鋼纖維混凝土，橋梁，橋面鋪裝，鋼筋混凝土樁

0 引言

城市公共基礎(chǔ)建設(shè)對道路橋梁施工的高質(zhì)量要求促進(jìn)了整個(gè)橋梁施工技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土不能滿足人們的基本需求，鋼纖維混凝土技術(shù)就是在這種環(huán)境下應(yīng)用而生的。它極大地降低了橋梁建設(shè)中對環(huán)境的毀壞程度，節(jié)省了建設(shè)成本，顯著提升了橋梁的承重能力，避免了橋梁主體裂縫的延伸，總體上保證了橋梁施工建設(shè)的質(zhì)量要求。本文將結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，深入探討鋼纖維混凝土技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用。

1 鋼纖維混凝土技術(shù)的基本概念

鋼纖維混凝土是指將短鋼纖維亂向分布摻入普通混凝土中形成的新型多相復(fù)合材料。其中亂向分布的短鋼纖維使鋼纖維混凝土避免了橋梁主體裂縫的延伸，提升了橋梁的承重能力的基礎(chǔ)，有效的增加了橋梁的抗壓和抗彎性能。短鋼纖維主要包括剪切、溶抽和切斷等類型，不同品種和類型短鋼纖維與混凝土結(jié)合可以產(chǎn)生不同性能的鋼纖維混凝土，具體施工條件下應(yīng)當(dāng)采用不同的結(jié)合形式。

一般向普通混凝土中摻加1%～2%的短鋼纖維就可以形成鋼纖維混凝土，其中的強(qiáng)度超過425號的水泥為首選水泥，水泥直接關(guān)系著鋼纖維混凝土的質(zhì)量，是調(diào)節(jié)混凝土坍落值和增加橋梁抗沖擊韌性的核心要素。鋼纖維混凝土中的外加劑一般選用要求其含氯鹽成分為零，此外，必須通過試驗(yàn)保證質(zhì)量的合格性[1]。

案例一：在A城市的某一橋梁施工中，橋梁基本要求為：橋長150 m，橋面和路線為90°的交角，橋梁中心樁號選擇K232+182。橋梁設(shè)計(jì)人員依據(jù)實(shí)際情況決定橋面鋪裝采用9 cm的鋼纖維混凝土進(jìn)行，在橋梁的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中卻采用另外的預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，其跨徑為40 cm。這種多類型的混凝土搭配應(yīng)用可以保證橋梁建設(shè)的質(zhì)量要求，也增加了工程的有序性。

2 鋼纖維混凝土技術(shù)的工藝流程以及在橋梁施工中的應(yīng)用

2.1 鋼纖維混凝土技術(shù)的工藝流程

鋼纖維混凝土技術(shù)要想發(fā)揮最好的作用離不開科學(xué)有效方法理論的指導(dǎo)，怎樣從施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)工程質(zhì)量是橋梁施工中最重要的問題。合理流暢的施工工藝既能節(jié)省施工時(shí)間，也能保證施工質(zhì)量，在整個(gè)工程中占據(jù)重要地位，鋼纖維混凝土技術(shù)的工藝流程可以簡單地描述為以下的幾個(gè)部分:

1)選擇適宜的攪拌機(jī)。

分析鋼纖維混凝土的基本特性可以發(fā)現(xiàn)，具有兩個(gè)錐頭反轉(zhuǎn)式的攪拌機(jī)或者強(qiáng)制性攪拌機(jī)是最好的選擇，它可以最大程度的減免短鋼纖維使用量過大時(shí)產(chǎn)生的攪拌機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況，也就能保證短鋼纖維在混凝土中能夠徹底攪拌，與水泥實(shí)現(xiàn)完美融合，從而提升鋼纖維混凝土的質(zhì)量[2]，保證在橋梁施工利用時(shí)能夠產(chǎn)生最大的效益。

2)合理分類鋼纖維。

短鋼纖維在攪拌過程中容易出現(xiàn)打結(jié)成團(tuán)的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響施工效率，合理分類短鋼纖維材料，通過分批放入攪拌機(jī)可以實(shí)現(xiàn)快速無障礙的攪拌過程，顯著提升施工效率。此外，在短鋼纖維進(jìn)入攪拌機(jī)之前需要進(jìn)行振動篩選，保證短鋼纖維與水泥的完全混合。例如，常規(guī)短鋼纖維在獨(dú)立裝置中進(jìn)行攪拌，超短型的鋼纖維利用分散機(jī)進(jìn)行分散，分散的力度保持在15 kg/min～55 kg/min之間[3]，并在攪拌機(jī)的入料口設(shè)置一個(gè)振動篩進(jìn)行混合，經(jīng)實(shí)踐證明，這樣可以節(jié)省5%的施工時(shí)間。所以一般鋼纖維的攪拌要求先進(jìn)行鋼纖維和水泥的攪拌，持續(xù)90 s，然后進(jìn)行3 min的加水?dāng)嚢柽^程，合理攪拌時(shí)間和順序是攪拌質(zhì)量的保證。

3)鋼纖維混凝土的振搗與澆筑。

鋼纖維振搗器的選擇關(guān)系著鋼纖維混凝土的抗收縮性，一般要求為平面光滑無凹面的振搗器。實(shí)踐中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)凹面振搗器無法對混凝土全部方位進(jìn)行振搗，在振搗器周圍還會聚集一堆短鋼纖維，利用平面光滑無凹面的振搗器可以有效避免這種情況的發(fā)生，保證面面俱到。鋼纖維混凝土的澆筑有很多的澆筑技巧，合理利用這些澆筑技巧可以增加混凝土的整體性和連續(xù)性，對加固橋梁有著重要意義。例如，在短鋼纖維倒料過程中嚴(yán)格按照15 cm～20 cm的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[4]，盡量避免澆筑接頭凸出，保證鋼纖維混凝土連續(xù)完整排列。

4)鋼纖維混凝土的成型。

含砂量過大、粗骨料細(xì)以及雜亂纖維分布嚴(yán)重制約了鋼纖維的應(yīng)用，這就對選擇適宜鋼纖維混凝土施工機(jī)器提出了更高的要求。根據(jù)筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，橋梁施工選擇適當(dāng)?shù)膲杭y機(jī)可以保證路面的光滑和平整，紋理壓制可以有效減免纖維外露和拉毛現(xiàn)象的發(fā)生，從而提升了橋梁的質(zhì)量。

5)鋼纖維混凝土的接縫處理。

高水平的抗裂性和收縮性簡化了鋼纖維混凝土施工過程中的接縫處理，在施工工程中工作人員可以采用攤鋪機(jī)對整個(gè)封閉路面進(jìn)行整體鋪筑，一般以整幅式的路面為主，不用單獨(dú)設(shè)計(jì)縱縫的位置。在鋼纖維混凝土的強(qiáng)度達(dá)到整體強(qiáng)度的一半以后，施工人員只需要對鋼纖維混凝土進(jìn)行簡單的切鋸縮縫操作就可以，大大降低了施工時(shí)間。

2.2 鋼纖維混凝土技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用

1)鋼纖維混凝土技術(shù)在橋面鋪裝時(shí)的應(yīng)用。

相較于傳統(tǒng)混凝土橋面厚度，鋼纖維混凝土構(gòu)造的橋面厚度只有原來的50%～60%，低厚度減輕了橋梁的自重，橋梁的受力狀況也相應(yīng)的發(fā)生改變，這樣可以顯著提升鋼纖維混凝土抗裂性能、耐久性能以及抗折性強(qiáng)度，一方面加大橋梁自身的剛度，另一方面提高了路面的舒適度。根據(jù)筆者的橋梁建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，正規(guī)橋梁鋼纖維混凝土的設(shè)計(jì)一般將路面建設(shè)成兩層結(jié)構(gòu)甚至是三層結(jié)構(gòu)，在兩層結(jié)構(gòu)的模式中，橋梁上部建設(shè)應(yīng)用鋼纖維混凝土，下部則給予普通混凝土，橡膠瀝青混凝土就是其中常見的一種；在三層結(jié)構(gòu)的模式中，上部和下部給予鋼纖維混凝土建設(shè)，中間部分利用普通混凝土建成[5]，值得一提的是三層模式的鋼纖維混凝土的施工難度遠(yuǎn)高于兩層模式，所以只有在機(jī)械發(fā)達(dá)的地區(qū)才有較多地應(yīng)用。

2)鋼纖維混凝土技術(shù)在橋梁上端承受荷載部位的應(yīng)用。

橋梁在正常營運(yùn)中常常出現(xiàn)橋梁墩臺和橋面板裂縫以及表層剝落的狀況，這是由長期行車荷載作用導(dǎo)致的。針對這種情況，筆者建議利用鋼纖維混凝土提升結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性，具體實(shí)施可以通過噴射機(jī)噴射來完成，噴射厚度保持在5 cm～20 cm之間。鋼纖維混凝土的短鋼纖維選擇剪切鋼纖維，摻量在1.0%～1.5%之間；水泥可以選擇硫鋁酸鹽快硬水泥，外加劑一般選擇TS型速凝劑有助于提升結(jié)構(gòu)早期的抗裂性[6]。除此之外，噴混凝土和鑿毛的方法可以保證舊混凝土和新混凝土之間的關(guān)聯(lián)性和整體性。在橋梁上部結(jié)構(gòu)采用鋼纖維混凝土作為主梁，或在應(yīng)力集中區(qū)局部加固，以改善結(jié)構(gòu)的受力性能，有效控制結(jié)構(gòu)變形，減輕結(jié)構(gòu)自重，滿足結(jié)構(gòu)整體的使用要求。鋼纖維混凝土一方面可以提升橋梁的結(jié)構(gòu)性能以及外表的美觀程度，另一方面可以大幅度減少上部結(jié)構(gòu)所用的材料，相應(yīng)的減少下部的墩臺數(shù)量，從而節(jié)省了施工成本，在保證橋梁特殊使用要求的同時(shí)，顯著提升了經(jīng)濟(jì)效益。

3)鋼纖維混凝土技術(shù)在鋼筋混凝土樁中的應(yīng)用。

通過鋼纖維混凝土對樁頂進(jìn)行局部加強(qiáng)，可以顯著增加樁頂?shù)目箾_擊的韌性，減少樁頂在錘入設(shè)計(jì)深度之前就出現(xiàn)破裂的狀況。通過鋼纖維混凝土對樁尖進(jìn)行加強(qiáng)，可以保證樁尖的入土能力以及穿透能力[7]，這也能夠顯著降低錘擊樁的次數(shù)，同時(shí)在一定程度上保證了打擊速度。如果通過鋼纖維混凝土對樁頂和樁尖進(jìn)行加強(qiáng)，樁身部位還是需要預(yù)應(yīng)力以及非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。

3 結(jié)語

鋼纖維混凝土技術(shù)相比于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土技術(shù)有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，憑借優(yōu)越的性能節(jié)省了施工成本，提升了施工質(zhì)量，降低了對環(huán)境的損害。隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，橋梁建設(shè)會有越來越重要的地位，鋼纖維混凝土技術(shù)的應(yīng)用也將越來越廣泛，發(fā)揮的作用也會越來越大?？梢灶A(yù)見的是在未來會有更多的橋梁施工建筑單位運(yùn)用鋼纖維混凝土技術(shù)，這也就促進(jìn)橋梁質(zhì)量和橋梁施工技術(shù)的共同提升。

[1] 趙華鋒.淺析鋼纖維混凝土技術(shù)在橋梁施工方面的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊),2011(12):154.

[2] 孔令健,劉欣楠.鋼纖維混凝土技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用[J].交通建設(shè)與管理,2014(6):1-2.

[3] 晏小明,徐道根.鋼纖維混凝土技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用[J].交通建設(shè)與管理,2014(18):134-136.

[4] 賈榮菊.鋼纖維混凝土技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用[J].交通世界,2016(3):90-91.

[5] Huo Z.Shrinkage-compensating Hybrid Steel Fiber Reinforced Concrete and Its Application in Pumping and Jacking of Steel-pipe Arch Project[J].Construction Technology,2014(15)：26-28.

[6] Zhang K.Application of Steel Fiber Reinforced Concrete in Bridge Construction[J].Transportation Standardization,2014(6)：17-19.

[7] Chen J.Large Volume Steel Fiber Reinforced Concrete Jacking Technology of Zhun-Shuo Yellow River Bridge[J].Construction Technology,2014(32)：89-91.

On application of steel fiber concrete technique in bridge construction

Wang Guoqiang

(YangquanBranch,ShanxiRoadandBridgeConstructionGroupCo.,Ltd,Yangquan045000,China)

The paper interprets the basic concept of the steel fiber concrete technique, introduces it construction craft and procedure, illustrates its application from the deck pavement, loading bearing positions, and reinforced concrete piles, and points out the technique is highly practical with lower construction cost, so it has little influence on environment.

steel fiber concrete, bridge, deck pavement, reinforced concrete pile

1009-6825(2016)18-0144-02

2016-04-14

王國強(qiáng)(1977- )，男，工程師

TU528.72

A