钢纤维混凝土在桥梁伸缩缝中的应用研究

王伟

（中交一公局集团华中工程有限公司，湖北武汉 430014）

0 引言

钢纤维混凝土为新型复合材料,在实际施工时所带来的影响是巨大的,其结构由钢纤维、普通的混凝土等混合而来,由于生产方法的差异,最后可分为不同的材料类型。比如，剪切短钢纤维和切断钢纤维，都分属于短钢纤维混凝土。短钢纤维混凝土在实际施工中的使用频率相当高,这主要是由于其凝聚力强,通过使用该材料能够进一步改善施工质量,其带来的施工稳固性也非常令人满意,同时还能在一定程度上避免开裂,且费用较低,可以合理节省生产成本。

1 钢纤维混凝土的结构特点及基本性能特点

钢纤维混凝土,主要是把某些分散、无序的较短钢纤维材料加入普通混凝土中,从而构成了较为先进的多相复合物。将散乱布置的细短钢纤维加入普通混凝土,既能有效避免普通混凝土内部某些细微裂纹的扩展,又能够及时防止其内部某些宏观裂纹的产生。这就要求钢纤维混凝土具备以下六方面的优异特性：

第一，与比重相当的一般混凝土相比,钢纤维混凝土的硬度更大。第二，钢纤维混凝土材料的冲击特性非常好。第三，相比于一般混凝土，钢纤维混凝土的抗弯性能和抗压性能都十分优秀。第四，钢纤维混凝土具有超强的环境适应能力，可有效应对较大温差环境，避免内部裂纹的扩展或加剧。第五，钢纤维混凝土既有较高的耐震特性，抗冻能力和耐磨性能也非常显著。第六，钢纤维混凝土构件一旦发生结构变化和移位，维修起来也比较简单。

根据上述性能优点，将钢纤维混凝土技术应用于现代路面、桥梁工程建设中，能够有效增强路面、桥梁结构的抗压性和凝聚力，从而避免了路面、桥梁工程的竖向开裂现象,同时还提高了路面、桥梁结构的承载性和耐久性，从而延长了路面、桥梁的使用寿命。所以，钢纤维混凝土材料在现代路面、桥梁建设中将有着非常广阔的使用前景。

2 钢纤维混凝土的配合比设计

钢纤维混凝土配合比的设计过程和一般混凝土大体一样，所选择的钢纤维要先进行试验，应同时符合抗拉、抗压、抗折强度等条件。但对钢纤维混凝土的热力学基本特性的研究表明，钢纤维含量的增加对水泥热抗压强度的提高并不大，但对电抗韧性提高显著。当钢纤维混凝土在水灰比和集料的最大粒度方面变动不大时，钢纤维含量的特征参数就会影响钢纤维混凝土的抗拉能力。由于钢纤维混凝土极限荷载通常大于初裂荷载，所以初裂荷载和极限荷载之间的温度差值通常在0.8 以内。同时，初裂荷载、极限荷载和韧性值都会随着钢纤维含量的增加而提高。在相同的钢纤维含量的情况下，钢纤维混凝土硬度会随着钢纤维混凝土中水泥含量的提高而增强[1]。

3 桥梁伸缩缝的相关概述

3.1 桥梁伸缩缝的概念

桥梁伸缩缝是桥面的主要组成部分，指的是在路面大桥的二端间、桥梁端部与路台间设置的一条缝，其目的是用来减轻路面、桥梁的压力与重量。提高伸缩缝的施工质量，在一定程度上也维护了桥梁的稳定性，在提高桥梁工程质量的基础上，也保证了行人、汽车通行的安全性。

3.2 伸缩缝的类型

在我国，最常见的伸缩缝形式主要有对接式、钢管式、橡胶复合式、模板支撑式和无缝式。这五种形式的伸缩缝会产生不同的效应。在具体的施工过程中，往往需要针对施工现场的环境、条件加以选用。

3.3 伸缩缝施工技术

切削、焊接、打孔、施工等工艺技术，都是提高伸缩缝施工质量的核心技术。所以，施工单位要在工程建设前开展技术创新方面的探讨，进一步研发新型的技术与机具，不断创新伸缩缝的施工方式，进一步提高伸缩缝施工的质量。

4 加强伸缩缝施工质量的管理

4.1 选用合适的伸缩缝施工工艺

在实施路面、桥梁伸缩缝施工时，施工人员要依据工程地区的天气和地势，选取适宜的伸缩缝建筑施工技术。橡胶复合式工艺是目前最普遍的施工技术。不过，在采用橡胶复合式工艺技术前，要精确测算出螺栓连接的定位值，把伸缩缝隙两端的螺钉定位到正确的位置，这样才可以延长伸缩缝的使用寿命，减少固定螺钉脱落现象产生的概率，提高对伸缩缝施工质量的控制能力。

4.2 做好混凝土的浇筑工作

要有效进行混凝土的浇筑工作，首先要对所浇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，在选用混凝土的种类时，要优先选择钢纤维混凝土。性能较高的混凝土有着较大的强度，才能最大限度地提高路面及桥梁伸缩缝浇筑工程的质量。在进行混凝土施工时，要及时将不均匀的沥青路面整理平整，以免影响伸缩缝的浇筑质量。最后，做好开沟施工。在进行开沟施工的过程中,要用风枪将沟中的杂质全部清除干净，同时还要看桥梁间距能否达到原设计图纸的规定，以便选择相应的措施解决间距不符等问题。

4.3 加强伸缩缝施工过程中的质量监测与管理

伸缩缝施工是桥梁施工过程中的重点和难点，施工单位一定要在施工过程中加强监督和管控力度。在实际的施工过程中，施工部门要形成一个巡回检查管理体系，选派施工技术较高的员工担任监督人员，以严格监督施工者是否严格按照施工的技术规范进行操作，巡检员也要对伸缩缝施工中的每个环节实施有效的监督与管控。

5 桥梁伸缩缝破损的原因

由于桥梁伸缩缝装置设置在桥端结构较脆弱的地区，且直接受行驶负荷的持续影响，长期暴露在自然环境中，深受各种自然因素的影响。所以，伸缩装置逐渐成为容易破坏、不易修复的重要部位。伸缩装置产生断裂的原因有很多种的，最主要为：

其一，在工程设计时对桥端部结构没有慎重考虑，在重复负荷的影响下，桥端部破裂致使伸缩设备损坏。由于工程人员有时候对变形量的计算方式不合适，采用了较大的伸缩间隙，也会造成伸缩设备损坏。

其二，由于伸缩设备本身的结构强度不够或锚固式的结构强度不够，在桥梁运营过程中产生了不同程度的损伤。如果没有认真对待、细心挑选伸缩装置的后浇压填料，就会严重降低伸缩装置的运营质量，并形成不同程度的病害。

其三，在浇筑过程中，由于梁端伸缩缝间隙未能按照设计规定进行，出现了人为的扩大和减小，或定位高角钢位置不准确，也会导致伸缩缝装置无法正常工作，从而生成以下情形：因为缝距过小，橡胶的伸缩缝隙会因超限力形成隆起而造成跳车；因为缝距太大，在负载影响下的切割力加上汽车行驶的惯量，会把松动的伸缩缝橡胶带出定位角铁，造成另一种形式的跳车。浇筑时与伸缩缝安装锚固长度钢筋连接得不紧密，或遗漏了预埋工作锚固长度钢筋，给伸缩缝本身带来了隐患；浇筑时伸缩装置安装不良，或桥面铺设后对伸缩缝隙的浇筑不理想，在桥梁的使用过程中，在反复负荷的影响下，就会给伸缩缝造成损伤。其四，连接接缝不完整。为减小伸缩缝,会大量使用连续梁及连接桥面。连续路面必然设有连缝，连续接缝的不完整会造成连缝破坏,从而形成路面跳车。如果路面连缝处变形接缝的宽窄与深浅安排不合理、不一致，也会不同程度地干扰连缝的正常工作[2]。

6 桥梁伸缩缝破损带来的危害

首先，对桥梁上行驶车辆的安全性及舒适性造成了巨大危害。由于一些巨大坑槽的出现，使得桥梁上行驶的车辆需要减速，这无疑使得路面、桥梁的正常使用功能以及行驶功能都遭到了非常严重的破坏。其次，严重的跳车问题往往会导致汽车翻车、车辆追尾等重大道路安全事故的出现，这无疑严重威胁着人员及相关运载货物的安全性，所带来的损失也是不可估量的。

同时，严重的跳车问题还会给车辆驾驶员或乘坐者带来乘坐不适感，尤其容易导致车辆驾驶员疲劳驾驶。而且，在跳车过程中，也常常会伴有很大的噪声，这无疑对驾驶员的驾驶专注度带来了很大的影响，还有可能影响附近居民的生活。

7 桥梁伸缩缝施工工艺

7.1 基层处理

在桥梁伸缩缝锚固长度端钢纤维混凝土施工中，首先用机器挖除混凝土桥梁表面，其次人工配合清理老旧的基层，最后再用高温水枪清洗粉渣，对路面中轴线的人行道路缘测量路面标高点，控制基层（调平层）标高。

7.2 钢纤维混凝土搅拌及运输

钢纤维混凝土的施工过程中，要严格控制纤维的布置，并以不结团为准则。因此，应对钢纤维混凝土进行试拌，确定最佳的拌和时机。用小滚简式搅拌机拌和，且每斗拌和水量不得超过搅拌器定额水量的70%。采取前干后湿的拌和工艺流程，按二次投料方式三次拌和机程序，先将碎石与钢纤维体积含量干拌60s，将钢纤维散开后，再加入砂子与混凝土干拌45s后，灌水再湿拌90s。所有材料的用量都要严格计量，确保混凝土原材料的比例正确。应控制拌和时间，总拌和时间不得大于6min，否则将引起钢纤维混凝土结团。在混凝土运送过程中，要求运距不能过长，以确保混凝土不会产生离析现象[3]。

7.3 钢纤维混凝土的施工、养护

钢纤维混凝土的摊铺工作，是施工的重要环节，直接影响着钢纤维混凝土的稳定性和致密性。在施工过程中应采取将人工混料摊铺、机器设备结合起来的方式，其主要操作步骤包括：

第一，钢纤维混凝土需经人工将混合料摊铺、整平后，沿钢模两端用插入式振捣器浇筑，其他部位均可用。平板振捣器的每个点的持续时间都不能过长，应共振至水泥混料泛浆，无明显下沉、不冒泡沫，且表面平整。

第二，混凝土振平采用振动梁振捣拖平，并辅以人工找平，然后再用钢滚简来回风压，再进一步推浆整平，其表层不得裸露钢纤维。

第三，待混凝土表层无泌水时再抹平，在拉毛时使用滚简压纹器，可防止水带出钢纤维。

第四，当钢纤维混凝土硬度超过25%～30% 时开始切缝，切缝深3cm，并收缩裂缝间隔至标准的距离。

第五，钢纤维混凝土早期硬度较高，终凝后宜及时进行湿法保护，用麻袋覆盖并洒水保护，养生周期为12～14d,待强度试验结果达到设计条件时，再开放交通。

8 钢纤维混凝土在桥梁伸缩缝中的应用

桥面钢纤维混凝土在施工过程中，应结合设计要求确定伸缩缝的形式与位置。从工程的实际情况出发，从顶部开始进行施工，保持两条伸缩缝间距合适。在这种情况下，应使伸缩缝与护栏呈平行状布置。在切缝浇筑过程中，还必须结合钢纤维混凝土的温度、浇筑施工后的凝固时间等。另外，切缝结构的尺寸也必须进行严格控制，确保其符合工程的实际情况，然后才可以进行灌缝作业，以达到工程的质量标准要求。

钢纤维混凝土具有较强的稳定性和抗裂性。在道路闭塞的条件下，仍能使用水泥摊铺机制形成整幅式，不要求设置纵缝。当混凝土强度达到标准抗拉强度的100%时，便可用切锯机切缝。如果由于梁板混凝土的热胀挤压，造成了锚固长度区内混凝土伸缩缝的损坏，必须及时更换受损的伸缩缝装置，增大舒卷率以适应桥跨结构的变形要求，并应用钢纤维混凝土的接缝浇筑技术达到良好的效果。

9 施工案例

荔玉高速土建21 标为荔玉高速项目东荣连接线，起止里程为LK0+000—LK23+019.183，全长23km。主要结构物包括分、主线大桥6 座，中桥3 座，圆管涵洞74 座，盖板涵洞27 座；路基挖方279 万方，填方107万方，预制30mT 梁125 片，25m 箱梁81 片；桩基共126根。该工程桥梁伸缩缝的原料之一为钢纤维混凝土，经过工程试验，钢纤维混凝土具有较强的稳定性和抗裂性，何比重相当的一般混凝土相比，钢纤维混凝土不仅硬度更大、冲击特性更好，而且抗弯性能和抗压性能更优秀。钢纤维混凝土还具有超强的环境适应性能力，可有效应对较大温差，以避免内部裂纹的扩展或加剧。所以，钢纤维混凝土材料在现代路面、桥梁建设中将有非常广阔的使用前景。

10 结语

综上所述，在桥面伸缩缝施工过程中，混凝土的质量对负载结构的力度和强度构造有直接影响。一般混凝土的功能不够，容易产生裂缝，造成桥面倒塌、路面沉降等状况。但是，钢纤维混凝土具有很好的抗压特性、抗剪特性、抗疲劳特性及承载能力，适合广泛应用。同时，桥面伸缩缝在应用钢纤维混凝土技术时还需要逐步完善，从而增强桥面整体的坚固性能。