鋼纖維混凝土在橋梁伸縮縫中的應用研究

王偉

（中交一公局集團華中工程有限公司，湖北武漢 430014）

0 引言

鋼纖維混凝土為新型復合材料,在實際施工時所帶來的影響是巨大的,其結構由鋼纖維、普通的混凝土等混合而來,由于生產方法的差異,最后可分為不同的材料類型。比如，剪切短鋼纖維和切斷鋼纖維，都分屬于短鋼纖維混凝土。短鋼纖維混凝土在實際施工中的使用頻率相當高,這主要是由于其凝聚力強,通過使用該材料能夠進一步改善施工質量,其帶來的施工穩固性也非常令人滿意,同時還能在一定程度上避免開裂,且費用較低,可以合理節省生產成本。

1 鋼纖維混凝土的結構特點及基本性能特點

鋼纖維混凝土,主要是把某些分散、無序的較短鋼纖維材料加入普通混凝土中,從而構成了較為先進的多相復合物。將散亂布置的細短鋼纖維加入普通混凝土,既能有效避免普通混凝土內部某些細微裂紋的擴展,又能夠及時防止其內部某些宏觀裂紋的產生。這就要求鋼纖維混凝土具備以下六方面的優異特性：

第一，與比重相當的一般混凝土相比,鋼纖維混凝土的硬度更大。第二，鋼纖維混凝土材料的沖擊特性非常好。第三，相比于一般混凝土，鋼纖維混凝土的抗彎性能和抗壓性能都十分優秀。第四，鋼纖維混凝土具有超強的環境適應能力，可有效應對較大溫差環境，避免內部裂紋的擴展或加劇。第五，鋼纖維混凝土既有較高的耐震特性，抗凍能力和耐磨性能也非常顯著。第六，鋼纖維混凝土構件一旦發生結構變化和移位，維修起來也比較簡單。

根據上述性能優點，將鋼纖維混凝土技術應用于現代路面、橋梁工程建設中，能夠有效增強路面、橋梁結構的抗壓性和凝聚力，從而避免了路面、橋梁工程的豎向開裂現象,同時還提高了路面、橋梁結構的承載性和耐久性，從而延長了路面、橋梁的使用壽命。所以，鋼纖維混凝土材料在現代路面、橋梁建設中將有著非常廣闊的使用前景。

2 鋼纖維混凝土的配合比設計

鋼纖維混凝土配合比的設計過程和一般混凝土大體一樣，所選擇的鋼纖維要先進行試驗，應同時符合抗拉、抗壓、抗折強度等條件。但對鋼纖維混凝土的熱力學基本特性的研究表明，鋼纖維含量的增加對水泥熱抗壓強度的提高并不大，但對電抗韌性提高顯著。當鋼纖維混凝土在水灰比和集料的最大粒度方面變動不大時，鋼纖維含量的特征參數就會影響鋼纖維混凝土的抗拉能力。由于鋼纖維混凝土極限荷載通常大于初裂荷載，所以初裂荷載和極限荷載之間的溫度差值通常在0.8 以內。同時，初裂荷載、極限荷載和韌性值都會隨著鋼纖維含量的增加而提高。在相同的鋼纖維含量的情況下，鋼纖維混凝土硬度會隨著鋼纖維混凝土中水泥含量的提高而增強[1]。

3 橋梁伸縮縫的相關概述

3.1 橋梁伸縮縫的概念

橋梁伸縮縫是橋面的主要組成部分，指的是在路面大橋的二端間、橋梁端部與路臺間設置的一條縫，其目的是用來減輕路面、橋梁的壓力與重量。提高伸縮縫的施工質量，在一定程度上也維護了橋梁的穩定性，在提高橋梁工程質量的基礎上，也保證了行人、汽車通行的安全性。

3.2 伸縮縫的類型

在我國，最常見的伸縮縫形式主要有對接式、鋼管式、橡膠復合式、模板支撐式和無縫式。這五種形式的伸縮縫會產生不同的效應。在具體的施工過程中，往往需要針對施工現場的環境、條件加以選用。

3.3 伸縮縫施工技術

切削、焊接、打孔、施工等工藝技術，都是提高伸縮縫施工質量的核心技術。所以，施工單位要在工程建設前開展技術創新方面的探討，進一步研發新型的技術與機具，不斷創新伸縮縫的施工方式，進一步提高伸縮縫施工的質量。

4 加強伸縮縫施工質量的管理

4.1 選用合適的伸縮縫施工工藝

在實施路面、橋梁伸縮縫施工時，施工人員要依據工程地區的天氣和地勢，選取適宜的伸縮縫建筑施工技術。橡膠復合式工藝是目前最普遍的施工技術。不過，在采用橡膠復合式工藝技術前，要精確測算出螺栓連接的定位值，把伸縮縫隙兩端的螺釘定位到正確的位置，這樣才可以延長伸縮縫的使用壽命，減少固定螺釘脫落現象產生的概率，提高對伸縮縫施工質量的控制能力。

4.2 做好混凝土的澆筑工作

要有效進行混凝土的澆筑工作，首先要對所澆筑的道路做好一定深度的清理，才能充分利用混凝土的特性。其次，在選用混凝土的種類時，要優先選擇鋼纖維混凝土。性能較高的混凝土有著較大的強度，才能最大限度地提高路面及橋梁伸縮縫澆筑工程的質量。在進行混凝土施工時，要及時將不均勻的瀝青路面整理平整，以免影響伸縮縫的澆筑質量。最后，做好開溝施工。在進行開溝施工的過程中,要用風槍將溝中的雜質全部清除干凈，同時還要看橋梁間距能否達到原設計圖紙的規定，以便選擇相應的措施解決間距不符等問題。

4.3 加強伸縮縫施工過程中的質量監測與管理

伸縮縫施工是橋梁施工過程中的重點和難點，施工單位一定要在施工過程中加強監督和管控力度。在實際的施工過程中，施工部門要形成一個巡回檢查管理體系，選派施工技術較高的員工擔任監督人員，以嚴格監督施工者是否嚴格按照施工的技術規范進行操作，巡檢員也要對伸縮縫施工中的每個環節實施有效的監督與管控。

5 橋梁伸縮縫破損的原因

由于橋梁伸縮縫裝置設置在橋端結構較脆弱的地區，且直接受行駛負荷的持續影響，長期暴露在自然環境中，深受各種自然因素的影響。所以，伸縮裝置逐漸成為容易破壞、不易修復的重要部位。伸縮裝置產生斷裂的原因有很多種的，最主要為：

其一，在工程設計時對橋端部結構沒有慎重考慮，在重復負荷的影響下，橋端部破裂致使伸縮設備損壞。由于工程人員有時候對變形量的計算方式不合適，采用了較大的伸縮間隙，也會造成伸縮設備損壞。

其二，由于伸縮設備本身的結構強度不夠或錨固式的結構強度不夠，在橋梁運營過程中產生了不同程度的損傷。如果沒有認真對待、細心挑選伸縮裝置的后澆壓填料，就會嚴重降低伸縮裝置的運營質量，并形成不同程度的病害。

其三，在澆筑過程中，由于梁端伸縮縫間隙未能按照設計規定進行，出現了人為的擴大和減小，或定位高角鋼位置不準確，也會導致伸縮縫裝置無法正常工作，從而生成以下情形：因為縫距過小，橡膠的伸縮縫隙會因超限力形成隆起而造成跳車；因為縫距太大，在負載影響下的切割力加上汽車行駛的慣量，會把松動的伸縮縫橡膠帶出定位角鐵，造成另一種形式的跳車。澆筑時與伸縮縫安裝錨固長度鋼筋連接得不緊密，或遺漏了預埋工作錨固長度鋼筋，給伸縮縫本身帶來了隱患；澆筑時伸縮裝置安裝不良，或橋面鋪設后對伸縮縫隙的澆筑不理想，在橋梁的使用過程中，在反復負荷的影響下，就會給伸縮縫造成損傷。其四，連接接縫不完整。為減小伸縮縫,會大量使用連續梁及連接橋面。連續路面必然設有連縫，連續接縫的不完整會造成連縫破壞,從而形成路面跳車。如果路面連縫處變形接縫的寬窄與深淺安排不合理、不一致，也會不同程度地干擾連縫的正常工作[2]。

6 橋梁伸縮縫破損帶來的危害

首先，對橋梁上行駛車輛的安全性及舒適性造成了巨大危害。由于一些巨大坑槽的出現，使得橋梁上行駛的車輛需要減速，這無疑使得路面、橋梁的正常使用功能以及行駛功能都遭到了非常嚴重的破壞。其次，嚴重的跳車問題往往會導致汽車翻車、車輛追尾等重大道路安全事故的出現，這無疑嚴重威脅著人員及相關運載貨物的安全性，所帶來的損失也是不可估量的。

同時，嚴重的跳車問題還會給車輛駕駛員或乘坐者帶來乘坐不適感，尤其容易導致車輛駕駛員疲勞駕駛。而且，在跳車過程中，也常常會伴有很大的噪聲，這無疑對駕駛員的駕駛專注度帶來了很大的影響，還有可能影響附近居民的生活。

7 橋梁伸縮縫施工工藝

7.1 基層處理

在橋梁伸縮縫錨固長度端鋼纖維混凝土施工中，首先用機器挖除混凝土橋梁表面，其次人工配合清理老舊的基層，最后再用高溫水槍清洗粉渣，對路面中軸線的人行道路緣測量路面標高點，控制基層（調平層）標高。

7.2 鋼纖維混凝土攪拌及運輸

鋼纖維混凝土的施工過程中，要嚴格控制纖維的布置，并以不結團為準則。因此，應對鋼纖維混凝土進行試拌，確定最佳的拌和時機。用小滾簡式攪拌機拌和，且每斗拌和水量不得超過攪拌器定額水量的70%。采取前干后濕的拌和工藝流程，按二次投料方式三次拌和機程序，先將碎石與鋼纖維體積含量干拌60s，將鋼纖維散開后，再加入砂子與混凝土干拌45s后，灌水再濕拌90s。所有材料的用量都要嚴格計量，確保混凝土原材料的比例正確。應控制拌和時間，總拌和時間不得大于6min，否則將引起鋼纖維混凝土結團。在混凝土運送過程中，要求運距不能過長，以確保混凝土不會產生離析現象[3]。

7.3 鋼纖維混凝土的施工、養護

鋼纖維混凝土的攤鋪工作，是施工的重要環節，直接影響著鋼纖維混凝土的穩定性和致密性。在施工過程中應采取將人工混料攤鋪、機器設備結合起來的方式，其主要操作步驟包括：

第一，鋼纖維混凝土需經人工將混合料攤鋪、整平后，沿鋼模兩端用插入式振搗器澆筑，其他部位均可用。平板振搗器的每個點的持續時間都不能過長，應共振至水泥混料泛漿，無明顯下沉、不冒泡沫，且表面平整。

第二，混凝土振平采用振動梁振搗拖平，并輔以人工找平，然后再用鋼滾簡來回風壓，再進一步推漿整平，其表層不得裸露鋼纖維。

第三，待混凝土表層無泌水時再抹平，在拉毛時使用滾簡壓紋器，可防止水帶出鋼纖維。

第四，當鋼纖維混凝土硬度超過25%～30% 時開始切縫，切縫深3cm，并收縮裂縫間隔至標準的距離。

第五，鋼纖維混凝土早期硬度較高，終凝后宜及時進行濕法保護，用麻袋覆蓋并灑水保護，養生周期為12～14d,待強度試驗結果達到設計條件時，再開放交通。

8 鋼纖維混凝土在橋梁伸縮縫中的應用

橋面鋼纖維混凝土在施工過程中，應結合設計要求確定伸縮縫的形式與位置。從工程的實際情況出發，從頂部開始進行施工，保持兩條伸縮縫間距合適。在這種情況下，應使伸縮縫與護欄呈平行狀布置。在切縫澆筑過程中，還必須結合鋼纖維混凝土的溫度、澆筑施工后的凝固時間等。另外，切縫結構的尺寸也必須進行嚴格控制，確保其符合工程的實際情況，然后才可以進行灌縫作業，以達到工程的質量標準要求。

鋼纖維混凝土具有較強的穩定性和抗裂性。在道路閉塞的條件下，仍能使用水泥攤鋪機制形成整幅式，不要求設置縱縫。當混凝土強度達到標準抗拉強度的100%時，便可用切鋸機切縫。如果由于梁板混凝土的熱脹擠壓，造成了錨固長度區內混凝土伸縮縫的損壞，必須及時更換受損的伸縮縫裝置，增大舒卷率以適應橋跨結構的變形要求，并應用鋼纖維混凝土的接縫澆筑技術達到良好的效果。

9 施工案例

荔玉高速土建21 標為荔玉高速項目東榮連接線，起止里程為LK0+000—LK23+019.183，全長23km。主要結構物包括分、主線大橋6 座，中橋3 座，圓管涵洞74 座，蓋板涵洞27 座；路基挖方279 萬方，填方107萬方，預制30mT 梁125 片，25m 箱梁81 片；樁基共126根。該工程橋梁伸縮縫的原料之一為鋼纖維混凝土，經過工程試驗，鋼纖維混凝土具有較強的穩定性和抗裂性，何比重相當的一般混凝土相比，鋼纖維混凝土不僅硬度更大、沖擊特性更好，而且抗彎性能和抗壓性能更優秀。鋼纖維混凝土還具有超強的環境適應性能力，可有效應對較大溫差，以避免內部裂紋的擴展或加劇。所以，鋼纖維混凝土材料在現代路面、橋梁建設中將有非常廣闊的使用前景。

10 結語

綜上所述，在橋面伸縮縫施工過程中，混凝土的質量對負載結構的力度和強度構造有直接影響。一般混凝土的功能不夠，容易產生裂縫，造成橋面倒塌、路面沉降等狀況。但是，鋼纖維混凝土具有很好的抗壓特性、抗剪特性、抗疲勞特性及承載能力，適合廣泛應用。同時，橋面伸縮縫在應用鋼纖維混凝土技術時還需要逐步完善，從而增強橋面整體的堅固性能。