鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)用下的道路橋梁施工方法

摘要 為提高道路橋梁的承壓能力，使其具有良好的極限抗彎承載力，充分發(fā)揮鋼纖維混凝土的技術(shù)優(yōu)勢，文章以山西省某橋梁工程為案例，對比鋼纖維混凝土和普通混凝土的性能，詳細(xì)闡述鋼纖維混凝土施工技術(shù)要點及質(zhì)量控制措施。該工程經(jīng)質(zhì)量檢驗，抗壓強度>40 MPa，極限抗彎承載力>300 kN/m2，具有較好的施工效益，提高了道路橋梁施工質(zhì)量，研究成果以期為相關(guān)從業(yè)人員提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞 鋼纖維混凝土技術(shù)；極限抗彎承載力；道路橋梁工程；澆筑；養(yǎng)護(hù)

中圖分類號 U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B 文章編號 2096-8949（2024）19-0124-03

0 引言

道路橋梁作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，承載著日益繁重的交通流量，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在長期使用過程中逐漸顯露出一些問題，如裂縫、變形和耐久性不足等。為了提高道路橋梁的施工質(zhì)量和延長使用壽命，鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)運而生，通過摻入鋼纖維，可以顯著提高混凝土的抗裂性能、抗變形能力和耐久性，從而有效延長道路橋梁的使用壽命。該文結(jié)合實例深入探討鋼纖維混凝土技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用方法，研究成果對于推動該技術(shù)在道路橋梁領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用、提升道路橋梁工程的質(zhì)量、延長使用壽命具有重要意義。

1 工程概況

山西省某道路橋梁工程含一座長186.5 m的橋梁，橋面的整體寬度為23.5 m，采用雙向四車道設(shè)計，運行速度60 km/h。橋梁是區(qū)域交通的關(guān)鍵節(jié)點，具有車輛荷載大、通行量高等特點，在橋面混凝土施工環(huán)節(jié)，高度重視結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性，確定橋面結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量目標(biāo)如下：（1）抗壓強度>40 MPa；（2）極限抗彎承載力>300 kN/m2；（3）投入使用后最大限度減少質(zhì)量病害情況出現(xiàn)。因此，相關(guān)人員提出普通混凝土施工技術(shù)與鋼纖維混凝土施工技術(shù)，為確定科學(xué)的施工技術(shù)方案，對不同施工方案進(jìn)行優(yōu)勢特點分析。

2 橋梁混凝土施工技術(shù)分析

在橋梁工程中，普通混凝土的使用相對普遍，但對于車輛通行量大、荷載大的橋梁結(jié)構(gòu)而言，隨著車輛的荷載和環(huán)境因素的影響，水泥混凝土路面容易出現(xiàn)脫落、斷板等情況，影響整體施工質(zhì)量，降低車輛通行安全性，縮短使用壽命。

而鋼纖維混凝土是在混凝土材料配比過程中加入一定量的鋼纖維材料，其技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾方面：（1）抗裂性能更好：鋼纖維的摻入可以在混凝土中形成一個均勻分布的增強網(wǎng)絡(luò)，阻止裂縫的擴展并提高混凝土的穩(wěn)定性和延性，減少混凝土的開裂和斷裂。（2）提高抗沖擊和抗疲勞性能：鋼纖維能夠有效地吸收和分散沖擊載荷，在抗沖擊和抗疲勞方面表現(xiàn)出色。（3）提高耐久性：鋼纖維能夠防止混凝土的龜裂和由人工、自然因素引起的損傷，如溫度變化、化學(xué)腐蝕等，改善混凝土的耐久性能[1]。（4）冷軋薄板是鋼纖維材料的主要來源，其具有450～800 MPa的抗拉強度性能參數(shù)，在極限荷載情況下，即使出現(xiàn)損壞也不會表現(xiàn)出大面積的松散，提高了橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量穩(wěn)定性。如下表1所示為在試驗室環(huán)境下測定的C30普通混凝土和C30鋼纖維混凝土的性能參數(shù)，可見相同的混凝土標(biāo)號下，鋼纖維混凝土具有更高的抗拉強度和抗壓強度。

因此，該工程為達(dá)到施工質(zhì)量目標(biāo)，在橋梁工程施工時運用鋼纖維混凝土施工技術(shù)，總結(jié)具體技術(shù)要點及質(zhì)控措施如下。

3 橋梁工程鋼纖維混凝土施工技術(shù)要點

3.1 施工前準(zhǔn)備工作，創(chuàng)造良好的施工環(huán)境

為確保鋼纖維混凝土施工的順利開展，該工程落實如下施工準(zhǔn)備內(nèi)容：（1）現(xiàn)場準(zhǔn)備：由施工人員全面清理現(xiàn)場的雜物；平整凹凸不平的位置；合理規(guī)劃現(xiàn)場的交通布局及材料擺放等；依照施工設(shè)計方案對作業(yè)現(xiàn)場放線定位。（2）技術(shù)準(zhǔn)備：對參與施工的工作人員全面交底鋼纖維混凝土的施工要點，提出具體的施工質(zhì)量控制目標(biāo)、施工作業(yè)風(fēng)險防范措施等內(nèi)容。（3）機械準(zhǔn)備：施工機械由專人負(fù)責(zé)保養(yǎng)、檢修，保證連續(xù)性完成鋼纖維混凝土施工作業(yè)[2]。（4）環(huán)境準(zhǔn)備：該工程在施工時正值雨季，降雨會影響鋼纖維混凝土性能，因此在施工現(xiàn)場配備遮雨棚等設(shè)施。

3.2 配比鋼纖維混凝土，保證材料性能質(zhì)量

鋼纖維混凝土的配比是否合理將直接影響施工質(zhì)量，該工程注重混凝土的科學(xué)配比，在配比前對材料性能進(jìn)行全面的質(zhì)量檢驗，具體如下。

3.2.1 鋼纖維性能

該工程在選擇鋼纖維時，原材料的最低標(biāo)準(zhǔn)是一級碳鋼，材料到達(dá)現(xiàn)場后，對其力學(xué)性能進(jìn)行質(zhì)檢，合格后驗收。同時，鋼纖維的長度、形狀和寬度等也會影響混凝土的性能，如果長度較長，將影響混凝土的流動性；若較短，會削弱強化混凝土的作用。因此，該工程選取剪切型鋼纖維材料，等效直徑0.5 mm，長度40 mm，比表面積75 m2/kg，彎曲度30 mm，抗拉強度600 MPa。

3.2.2 水泥性能

用于制作鋼纖維混凝土的水泥材料選擇：P.0.42.5，具有早強性特點，經(jīng)質(zhì)量檢驗，性能指標(biāo)如下表2所示。

3.2.3 集料性能

該工程鋼纖維混凝土的粗集料材料分為粒徑4.8～9.5 mm與粒徑9.5～19 mm兩類，比例為6∶4，對不同粒徑的集料性能予以檢驗，如下表3所示。

在拌制鋼纖維混凝土?xí)r，選用中粗砂作為細(xì)集料材料，經(jīng)質(zhì)量檢驗，其性能指標(biāo)如下：表觀密度2.65 g/cm3，堆積密度1 430 kg/m3，含泥量2.5%，空隙率44.0%。

3.2.4 配合比設(shè)計

全面檢驗上述材料質(zhì)量，均符合施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)施工質(zhì)量要求對材料實施配合試驗，確定最終的配合比如下，水泥∶鋼纖維∶集料∶礦粉∶水=1∶0.21∶4.31∶0.01∶0.4，混凝土材料的坍落度為140～160 mm[3]。

3.3 橋面處理作業(yè)，營造良好施工環(huán)境

施工人員全面清掃橋面結(jié)構(gòu)，清理建筑垃圾等雜物，檢測橋面的平整度，初步整平并壓實凹凸不平的位置，隨后使用高壓水槍對橋面進(jìn)行沖洗，沖洗后晾干，確保無水分殘留，重點關(guān)注齒槽位置是否干燥，必要時使用鼓風(fēng)機加速干燥。

橋面處理完成后，以施工設(shè)計方案為依據(jù)，定位鋼筋網(wǎng)的位置，在鋼筋交叉位置，以20 cm為間距鉆孔施工，將短的鋼筋插入其中，根據(jù)設(shè)計要求，截斷鋼筋，鋪設(shè)并固定鋼筋網(wǎng)。

3.4 搭設(shè)模板體系，避免混凝土漏漿

完成鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)工作后，在橋梁混凝土澆筑位置進(jìn)行模板支設(shè)，選用鋼模板作為模板材料，根據(jù)設(shè)計的標(biāo)高設(shè)立并固定模板結(jié)構(gòu)。在模板拼接位置容易出現(xiàn)縫隙漏漿情況，該工程將回彈性良好的橡膠條嵌入模板拼接縫隙中，確保模板體系具有良好的嚴(yán)密性。完成模板支設(shè)后，施工人員對模板的底部及四周均勻涂抹一層脫模劑，避免拆模時損壞結(jié)構(gòu)表面，對于涂抹完脫模劑的模板體系，在澆筑混凝土前均做好保護(hù)覆蓋，避免灰塵影響脫模效果。

3.5 拌和及運輸施工節(jié)點，避免混凝土離析

該工程鋼纖維混凝土的拌和工作在拌和廠統(tǒng)一完成生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中先加入粗集料和細(xì)集料，隨后加入鋼纖維和礦粉，在一次拌和工作中，將鋼纖維的總量分三次完成投入，確保前一次投放的鋼纖維充分混合后再次投放。所有材料投入完畢后，進(jìn)行至少2 min的干拌處理，加入水后進(jìn)行至少3 min的拌和，整體拌和時間控制在7 min左右。完成混凝土拌和后，每一批次均進(jìn)行質(zhì)量檢驗，確保坍落度在140～160 mm之間。

鋼纖維混凝土由運輸罐車向現(xiàn)場運送，在裝載混凝土?xí)r做到分次裝載，避免因集中裝載形成混合料離析情況。運輸過程中要求駕駛?cè)藛T同步開啟攪拌功能，在既定線路中保持勻速行駛，避免突然加速或者急剎車，保證混凝土運輸質(zhì)量。

3.6 把握施工技術(shù)要求，控制澆筑及振搗作業(yè)

鋼纖維混凝土運輸?shù)浆F(xiàn)場后，由質(zhì)檢人員檢查是否存在明顯的泌水，測試坍落度是否符合要求，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，組織現(xiàn)場卸料施工。該工程以泵送的方式澆筑混凝土，將混合料的鋪設(shè)系數(shù)控制為1.2，由施工人員跟進(jìn)，確保材料到達(dá)現(xiàn)場后的40 min內(nèi)完成澆筑，避免長時間等待[4]。

振搗作業(yè)緊跟澆筑工作開展，該工程振搗設(shè)備包括平板式振搗器、插入式振搗器。在流動性特征方面，鋼纖維混凝土不如普通混凝土，若振搗不及時，容易在邊角位置產(chǎn)生蜂窩問題。因此，先使用插入式振搗棒在邊角位置充分振搗，對于橋面的大部分，使用平板式振搗器完成振搗，確保鋼纖維材料以條狀縱向集束性排列，使其在凝固后發(fā)揮出良好的抗荷載和應(yīng)力作用。

結(jié)束混凝土振搗工作后，橋面混凝土使用三軸混凝土機實施初步的整平和壓實，如下圖1所示。對于機械設(shè)備無法整平的位置，由人工使用鋁合金刮板從不同方向整平，使用3 m靠尺，嚴(yán)格控制混凝土平整度。

橋面混凝土平整度達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)后，為進(jìn)一步提高車輛通行的安全性，由施工人員在表面刻槽施工，使橋面具有一定的摩擦力。根據(jù)施工設(shè)計方案確定刻槽參數(shù)，該工程槽體的寬度3～6 mm，深度5～6 mm，兩槽之間的距離20～30 mm。

橋面混凝土施工后，需設(shè)定施工縫，該工程最大限度控制切縫的數(shù)量，對于必須設(shè)定切縫的地方，將深度控制在20 mm左右，使橋面整體性良好。

3.7 鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)施工，預(yù)防質(zhì)量病害發(fā)生

鋼纖維混凝土進(jìn)入初凝狀態(tài)后，于其上方覆蓋一層具有一定韌性和厚度的塑料薄膜，以免在養(yǎng)護(hù)期間出現(xiàn)破損情況。塑料薄膜的寬度比橋面寬出60 cm，兩側(cè)使用沙袋壓實，施工人員定期灑水養(yǎng)護(hù)，保證面層始終處于濕潤狀態(tài)，減少混凝土內(nèi)外結(jié)構(gòu)的溫差及水泥水化熱對結(jié)構(gòu)裂縫的影響。該工程連續(xù)養(yǎng)護(hù)21 d，持續(xù)監(jiān)測混凝土強度，待達(dá)到設(shè)計強度的80%后，可撤下塑料薄膜，予以自然養(yǎng)護(hù)，達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后，通車運行。

4 橋梁工程鋼纖維混凝土施工質(zhì)量控制措施

施工材料質(zhì)量和澆筑時間的把控是鋼纖維混凝土施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵節(jié)點，該工程在鋼纖維材料質(zhì)量檢驗環(huán)節(jié)，檢測各項性能指標(biāo)，通過外觀檢查法檢查鋼纖維的銹蝕情況，確保銹蝕率不超過總量的1%，嚴(yán)格控制鋼纖維長度誤差±5%、寬度誤差±10%；對鋼纖維材料手動的90°彎折，若有2根以上的斷絲情況，則增加抽檢比例，若仍存在明顯斷絲情況，則需更換材料[5]。

在鋼纖維混凝土澆筑施工環(huán)節(jié)，水泥材料可影響初凝和終凝的時間，澆筑時間過長或者過短均會影響整體施工質(zhì)量。因此該工程根據(jù)施工時環(huán)境溫度情況，制定具體的混凝土澆筑時間，如下表4所示。若受多重因素影響，無法在要求的時間內(nèi)完成混凝土的施工，該工程向混凝土材料中加入適量的外加劑材料，延長鋼纖維混凝土的凝結(jié)時間，進(jìn)而延長澆筑時間。

5 橋梁工程鋼纖維混凝土施工質(zhì)量檢驗結(jié)果

該橋梁工程以抗壓強度>40 MPa、極限抗彎承載力>300 kN/m2作為質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)，在養(yǎng)護(hù)施工結(jié)束后，于施工范圍內(nèi)選取5個測點，分別對抗壓強度和極限抗彎承載力進(jìn)行測定。匯總質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)，各測點抗壓強度均值為42.6 MPa，極限抗彎承載力均值為412 kN/m2，均達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。該道路橋梁通車運行至今，在養(yǎng)護(hù)管理環(huán)節(jié)未發(fā)現(xiàn)明顯的質(zhì)量病害，有效保障車輛通行的舒適性與安全性。

6 結(jié)束語

鋼纖維混凝土技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用具有很大的潛力和優(yōu)勢，引入鋼纖維能夠提升混凝土的抗裂性能和承載能力、延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。山西省某道路橋梁工程借助合理的材料選用、控制施工工藝、可靠的質(zhì)量檢測手段，使鋼纖維混凝土技術(shù)取得良好的效果。在城市化進(jìn)程的加速推進(jìn)下，鋼纖維混凝土技術(shù)將在道路橋梁領(lǐng)域得到更廣泛地應(yīng)用，并為城市的發(fā)展和交通的便利作出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-06-18

作者簡介：張婷（1987—），女，本科，工程師，研究方向：道路橋梁。