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信托定融政信知识:
因混凝土出现裂缝而影响工程质量甚至导致桥梁垮塌的事件时有发生,因此,分析裂缝出现的原因,并采取有效防治措施,是保证桥梁正常使用的关键本文通过分析几种常见混凝土施工裂缝的形成原因,提出设计阶段有效预防裂缝产生的方法,并对已经产生裂缝的施工处理技术进行探讨
关键字:混凝土 施工 桥梁 裂缝 设计 一、几种常见的混凝土施工裂缝形成原因 1、 结构性裂缝的形成原因 设计结构裂缝是指设计时采用的结构型式在荷载作用下必然会产生的裂缝,如非预应力的预制梁板及非预应力现浇连续箱梁等
虽然在施工时针对这种形式设置了预拱,但在荷载作用下,预拱消失后梁底抗拉区的混凝土最终还是要开裂的
非预应力现浇连续箱梁还在梁顶负弯矩区产生裂缝
这种裂缝是正常的、安全的,但裂缝的宽度应小于0.2oIlm或设计规定的范围,若超过这个范围,那么裂缝就不正常了,就需要对其成因及安全性作进一步分析和鉴定
2、 非结构性裂缝的形成原因 (1)塑性裂缝
塑性裂缝,即混凝土在可塑状态下出现的裂缝,分为沉降裂缝和收缩裂缝两种形式
沉降裂缝产生的原因是由于混凝土在塑性状态下其基础、支架等有不均匀沉降,使局部地方的混凝土变形受约束导致裂缝
(2)温差裂缝
温差裂缝,即由于混凝土自体的温度变化及混凝土自体温度与环境温度的差异使混凝土自体收缩不均而产生的裂缝
由于早期混凝土构件被模板等材料隔离,水泥水化所产生的热量无法及时散发到空气中,故在初始24小时内混凝土温度将升高,过几天后随着热量的散发混凝土将变冷,此时混凝土会产生收缩,这种收缩受结构内部钢筋及外部模板等约束会使混凝土开裂:当混凝土冬季施工时,由于混凝土散热快,其内部温度较高,而表面温度受环境影响变得较低,表面混凝土的收缩率大于混凝土内部的收缩率,从而使表面混凝土产生裂缝
(3)长期干缩裂缝
长期干缩裂缝,即混凝土长期暴露于不饱和的空气中由于物理的、化学的失水使混凝土体积缩小,当缩小受到约束时产生的裂缝
通常来讲,干缩产生的混凝土应变速率非常慢,而且混凝土徐变产生的松弛可抵消部分干缩应变
但混凝土设计的体积与表面积的比值、分布钢筋的布置、混凝土的配合比及混凝土所处环境的温度、湿度等都会导致干缩裂缝
(4)龟裂缝
龟裂缝,即混凝土表面形状不规则的微细裂纹
它的产生一般是由于相对湿度低、模板的渗透性低、混凝土中水泥用量过大等原因造成的
侵害性裂缝是由于有害的化学反应、混凝土中的钢筋生锈等原因造成的
如混凝土骨料中的活性硅与水泥、外加剂、地下水中的碱发生膨化反应、硫酸盐与水泥水化时产生的铝酸钙反应、由于钢筋保护层不足导致氯离子侵蚀使钢筋锈蚀产生氧化铁和氢氧化物等都会因
体积膨胀而使混凝土产生很高的局部拉应力,最终导致混凝土裂缝
二、在设计阶段预防裂缝的产生 1、改善配筋 (1)薄壁结构配筋中增设防裂筋,一般用小直径钢筋,小间距布置,可明显地提高混凝土抗裂性
(2)大体积混凝土配筋中增设温度筋,分层布置,一般用小直径、小间距布置,以减少因混凝土抵抗温度应力所引起的混凝土变形
(3)结构的转角处、锚固断面、构件形状突变处、预留孔道处、受力钢筋截断处等容易出现裂缝的部位增设抗裂筋,较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢,以分散应力,防止裂缝的出现
2、增加应力释放途径,减少内外约束 (1)设应力释放缝:在断面小的结构中(如防撞护栏)按受力特点规则地增设应力释放缝
在采取分层或分块浇筑的大体积混凝土中,合理设置水平或垂直施工缝
(2)设置后浇缝:当大体积混凝土平面尺寸过大时,可以适当设置后浇缝,以减小外应力和温度应力;同时增加混凝土散热面积,降低混凝土的内部温度
(3)设置滑动层及缓冲层:在大体积混凝土基础与岩石地基或基础与厚大的混凝土垫层之间设置滑动层,如采用平面浇沥青胶铺砂、或刷热沥青、或铺卷材;在垂直面、键槽部位设置缓冲层,如铺设30~50mm厚沥青木丝板或聚苯乙烯泡沫塑料,以消除嵌固作用,释放约束应力
(4)在大体积混凝土内部预埋冷却水管,预制T梁及连续刚构中以预埋预应力管道为冷却水管,通入冷却水,强制降低混凝土水化热温度
(5)易发生裂缝的重要结构部位混凝土设计时外掺定量的纤维材料,提高混凝土的抗拉能力,避免裂缝产生
三、对于已经产生裂缝的施工处理 1、表面修补法 表面修补法是一种简单、常见的修补方法,它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝的处理
通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料,在防护的同时,为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,常在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等
2、灌浆、嵌逢封堵法 灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补,它是利用压力设备将胶结材料压人混凝土的裂缝中,胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,起到封堵加固的目的
常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等
嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法,它通常是沿裂缝凿槽
在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的
常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等;常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆
3、 结构加固法 当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理
结构加固中常用的主要有以下几种方法:加大混凝土结构的截面面积,在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固
4、混凝土置换法 混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换入新的混凝土或其他材料
常用的置换材料有:普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆
四、加强在施工过程中的监督以及工程完后实施过程中的监督 在工程施工过程中应着重加强这方面的监督,监理单位必须坚持“监、帮、促”的工作原则,深入查找工程施工过程中的一些可能忽略的问题,要时刻把握“桥梁之上无小事”的原则,提高监理团队的责任感,权责明确,分工精细,真正做到事前控制,对设计中存在问题,监理要即时发现即时处理,不留任何的隐患,充分发挥他们的主观能动性,使工程进度纳入科学计划轨道之中
工程完工纳入使用后,应及时加强混凝土桥梁裂缝的监督和管理,在桥梁建设维护方面应加强这方面的规章制度,明确责任,细化分工,在事故发生之前能够提前检测出有可能存在的问题,加强专业的技术的指导和培训,借鉴国际上先进的专业知识和技术成果,把它们根据我国的情应用到我们的监督管理过程中,使我们的管理更进一步的发展
结束语 裂缝在钢筋混凝土梁桥中是不可避免的,不用因素的影响,也可能产生不同形式的裂缝
为了保证结构的使用性和耐久性,为了保证公路的正常运行,为了对生命的责任,我们不论在施工过程中还是公路的运行过程中,都必须时刻对裂缝进行控制,加强这方面的管理,时刻保证桥梁的正常运行
参考文献 【1】 张大海.浅析桥梁裂缝产生原因【J】.山西建筑,2005,3(8):101-102 【2】 赵春生.混凝土桥梁裂缝原因分析【J】.山西建筑,2005,3(14):78-79. 只要不断探索总结施工经验,在施工组织、质量控制和维护管理等方面多下功夫,就能使水泥稳定碎石作为道路基层充分地发挥其优势
【关键词】水泥稳定碎石;施工技术;质量控制 1引言 水泥稳定碎石作为路面基层材料,具有整体性强、承载力高、水稳定性好、抗冻性强、刚度大早期强度高等特点,越来越多地被应用于各级道路、特别是城市道路及高等级道路的基层上
水泥稳定碎石施工工艺及施工管理要求较高,为了能充分发挥水泥稳定碎石的这些优点,必须有切实可行的施工措施
2工程概况 梅州市某公路建设工程,路线全长30.67公里,面层为水泥混凝土路面,基层为水泥稳定碎石,分上下两层,上基层为6%水泥稳定碎石,厚180mm,压实度要求98%以上;下基层为4%水泥稳定碎石,厚160mm,压实度要求96%以上
3水泥稳定碎石的组成 3.1水泥
水泥是影响水泥稳定碎石质量的关键
由于水泥稳定碎石的成型必须在终凝前完成,而原材料的拌和、运输、摊铺、碾压须有足够的时间,因此,不能用快硬水泥、早强水泥
一般选用缓凝型普通硅酸盐水泥,初凝时间要求在3h以上,终凝时间不少于6h
为了有利于拌合及剂量上的控制,建议采用较低标号的水泥
3.2碎石
碎石应为坚硬、强度高、无风化的石灰岩料,其颗粒应具有规定的级配组成
碎石的有机杂质含量应小于2%,其最大粒径不应大于3115mm,压碎值小于30%
碎石粒径偏大,则粒料间的粘接力不足,受力颗粒极易松散,整体性差;若粒径偏小,基层强度不够,预防温缩、干缩裂缝的能力越弱
级配取用中值范围,且小于01075mm颗粒不宜大于5%,塑性指数宜小于4
3.3水
水应清洁不含有害杂质,凡是饮用水(含牲畜饮用水)均可用于水泥稳定碎石的施工
4水泥稳定碎石施工配合比的确定 在原材料选定后,进行混合料的配合比设计,配合比设计主要是确定水泥用量和最佳含水量
4.1根据试验资料,水泥用量宜控制在315%~610%之间
如果水泥用量过少,水泥分布不均相对偏差较大,强度难以满足要求;反之水泥用量过多,费用增加,混合料的收缩系数增大,出现裂缝的机率也就愈大
同时过多的水泥用量,其基层过高的强度和刚度与沥青面层的强度相差过大,对面层结构不利
所以要严格控制水泥用量
4.2含水量也是影响水泥稳定碎石质量的又一项重要控制指标
水分在压实过程中起润滑作用,压实时的含水量控制是否合适往往决定着压实效果
施工实践证明,含水量过低小于最佳含水量2%,基层表面松散,碾压容易起皮,混合料难以成型,压实度达不到设计要求;如果含水量大于最佳含水量2%,碾压有明显轮迹,混合料粘轮,有时还会出现局部弹簧,成型后会有明显的干缩裂缝
根据试验结果,最佳含水量应控制在5%~7%之间,考虑到混合料在运输、碾压过程中的水分散失,施工过程中对水的含量应控制在比最佳含水量大1%左右
本工程设计的水泥稳定碎石配合比如表1 水泥稳定碎石的拌和一般采用集中厂拌,不宜采用现场搅拌
因现场拌和容易将下层土勾起,进入混合料,质量难以保证,且混合料粉尘容易污染环境
厂拌有拌和设备,进料有电脑控制,精度较高
但拌前应反复测试调整,使其符合级配要求
搅拌混合料应让搅拌机连续稳定作业,严格控制搅拌时间,使拌出的混合料处于最佳的混合状态
本工程采用厂拌,拌和站距施工现场约2km,拌和质量得到较好的控制
6水泥稳定碎石的运输 为了节省倒车、拌和料摊铺时间,一般采用15t以上的自卸汽车运输较好,并要求车况良好,防止装满料后不能卸车,时间太长,引起水泥稳定碎石混合料凝固而造成浪费
同时应用蓬布覆盖,一方面减少运输途中的洒漏,污染路面,也防止雨淋;另一方面减少运输途中的水分蒸发
运输道路要求平整,运输车辆要求适当降低速度,以减少因车辆颠簸造成混合料离析
由于受水泥凝结时间的限制,应保证水泥混合料从拌和开始到摊铺结束在2个小时内完成
7水泥稳定碎石的摊铺 (1)摊铺前应对路床进行清扫,洒水湿润,但不能形成积水,避免路床表面干燥,水泥稳定碎石底基层摊铺后水分被路床吸收,使碾压时下部达不到最大密实度,影响其压实度及整体强度
(2)摊铺前应进行测量定线,沿路两侧应设置两根高程控制线,中间设置可拆除的高程控制杆,每10m长设一控制杆,两侧高程控制应设在距路面边结20cm外
(3)横向接缝的处理
人工末端混合料整齐,紧靠混合料放两根方木,方木高度与混合料同厚,方木的另一侧用碎石回填约长其高度应高出3m,方木几厘米,将混合料碾压密实
下次开始摊铺前,将碎石和方木除去,即可开始重新摊铺
(4)应避免纵向接缝
如摊铺机的摊铺宽度不够,宜采用两台摊铺机梯队作业,一前一后相隔约5~10m
(5)本工程采用摊铺机进行摊铺,松铺系数一般为1130~1135,最后以现场试验确定为1131
摊铺长度以50m左右为一段
(6)摊铺前应将螺旋布料器进行适当调整:在保证摊铺厚度的前提下,螺旋下边缘与路基的距离调到最小;选用大直径的螺旋叶片,其直径不得小于铺层虚方厚度的115倍,调整布料螺旋的转速,使其稳定在连续布料状态
(7)在摊铺过程中,由于混合料的滚动,螺旋布料器内上层混合料是一层离析层,只有粗集料
为了不使铺筑的混合料出现离析,布料器内料位应略高些,一般控制在螺旋叶片高度的2/3处,以免上层混合料影响摊铺效果
在摊铺过程中偶尔出现离析现象时,应及时调整布料器内料位等方面,通过摊铺机解决离析现象,不宜采用人工挖补
8水泥稳定碎石的碾压 (1)水泥稳定碎石应选用18t以上的压路机或重型振动压路机进行碾压,分层碾压,每层压实厚度不应超过20cm
本工程上基层分两层压实,每层厚15cm;下基层一次碾压成型
(2)压实顺序应按照先轻后重的原则
直线和不设超高的平曲线段,由两侧路肩开始向路中心碾压;在设超高的平曲线段,由内侧路肩向外侧路肩进行碾压
(3)一般的碾压工艺为静压1~2遍,小振幅弱振2遍,大振幅强振2~3遍,轻型轮胎压路机碾压1遍
碾压至要求的密实度及表面无明显轮迹为止,一般需碾压6~8遍
(4)控制压路机碾压速度,静压阶段控制在115~117km/h,振压阶段控制在210~215km/h,细压阶段控制在215km/h左右
起动和制动时,应做到慢速起动、慢速刹车
严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车
(5)在碾压过程中,前后两遍停机不应在同一断面上,要错开50~70cm
同一遍在不同的位置停机点应呈阶梯形错开,这样可以消除拥包现象,以达到良好的平整度
碾压时应重叠1/2轮宽,后轮必须超过两段的接缝处
9水泥稳定碎石的养护 (1)水泥稳定碎石基层碾压成型并经检查压实度合格后,应立即覆盖洒水养护
由于水泥稳定碎石是水硬性材料,水分参与了水泥的水化反应,水分的散失将影响其凝结硬化后形成的强度
故养护是一项十分重要的工序
施工经验表明,在同期内通过养护的水泥稳定碎石的强度是不养护的水泥稳定碎石强度的115倍~210倍;且经过养护的水泥稳定碎石出现的干缩裂缝比不经过养护出现的干缩裂缝要少得多
(2)养护方法有两种:一是采用湿砂、草袋或塑料薄膜覆盖
若用砂层覆盖的,砂层需要7~10cm厚,砂铺均匀后,在其上洒水,使基层常保持湿润,养护期不少于7d;二是沥青封层
对于基层,为了减少洒水的工作量,可于摊铺后第二天在基层洒水湿润后喷洒沥青乳液进行封面
沥青层既能保持基层湿润,又有利于后续工序进行,是一种较好的养护方法
(3)养护期间,应尽量限制车辆行驶,若遇不可避免的车辆,也必须遵循轻车慢速的原则,限制重型车通过,其他车辆的车速不能超过30km/h
10质量检测 施工过程质量管理除对外形尺寸进行控制和检查外,主要检测基层的抗压强度和压实度
(1)强度检测采用钻芯取样的方法
要求钻芯机稳定,摆动小,钻头一般采用直径15cm或10cm,一般7d强度就能取出芯样,取出芯样后,观察其完整性、密实度,并取其厚度,即可进行试压
本工程采用试件直径为10mm,经试验各试件7d无侧限抗压强度均在710MPa以上,符合规范要求
(2)压实度检测
只要芯样完整,芯样级配良好,一般可以认为路基验收、水泥剂量和压实度的控制是成功的
本工程通过灌砂法测定,上下基层分别检测了130个点,上基层压实度均在98%以上,下基层压实度均在96%以上,合格率达100%,符合设计和规范要求
(3)工程实践进一步表明,压实度要达到要求,除了控制水泥剂量、碎石级配及含水量外,更应严格控制路基的弯沉值,这就是上基层压实度很好达标,而下基层较难达标的原因,因下基层比较硬,其弯沉值较小(一般只有10~30),而路基的弯沉值会大些
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