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并指出一些相应的处理办法和加固技术【关键词】市政桥梁;结构裂缝;宽度;分析 1.裂缝宽度的计算理论 改革开放30多年来,我国的各项经济事业都在迅猛的发展,城市化进程也在不断扩大
由于我国地域辽阔,城市众多,因此在城市化进程不断加大的同时,对于许多市政桥梁在营运过程中出现的一些安全隐患,如裂缝的产生等
如何较为精确地计算出市政桥梁在荷载作用下的裂缝宽度及如何对其进行控制就显得十分的重要
这一经典裂缝理论由英国的Saligar于1936年提出,这个理论认为:钢筋应力是通过钢筋与混凝土之间的粘结应力传递给混凝土的,裂缝控制主要取决于钢筋何混凝土之间的粘结性能,由于钢筋和混凝土之间产生相对滑移,变形不再一致而导致裂缝开展
基于粘结滑移理论,各国学者对于裂缝的计算都做了大量地研究,也有不少比较适用地成果,如Hognestad公式与Tossios公式等等
由发展的粘结滑移理论可得到如下裂缝宽度的计算公式: 式中:δmax ———为最大裂缝宽度; acr ——— 构件受力特征系数; ρte——— 案截面的“有效受拉混凝土面积”计算的纵向 受拉钢筋配筋率; Ef———裂缝纵向受拉钢筋应变不均匀系数; ν———纵向受拉钢筋表面特征系数; d———钢筋直径; c——— 最外一排受拉钢筋的保护层厚度; δss ———按荷载短期效应组合计算的纵向受拉钢筋应力
2.市政桥梁结构裂缝常见原因分析 2.1非受力裂缝的分析 市政桥梁结构中混凝土的非受力裂缝与混凝土自身的性质是有着密切的关系的
混凝土是由水泥、掺和料、外加剂于与水配制的胶结材浆体将分散的砂、石经搅拌粘结在一起的工程材料,硬结的混凝土含固相、液相,气相,是多元、多相、非匀质水泥基复合材料水泥与水反应后的水化物要比原占体积有所缩减,缩减量约相当于化合水量的1/4,拌和物中石子吸水也使水泥石体积收缩,虽不至于影响混凝土的外观尺寸,但在骨料约束下可引发微小裂缝和增大孔隙率
微裂的原因可按混凝土的构造理论加以解释,即视混凝土为非均质材料(如骨料、水泥石、气体、水分等),在温度、湿度变化条等条件下,混凝土逐步硬化,同时产生体积变形,这种变形是不均匀的,水泥石收缩较大,骨料收缩很小,水泥石的热膨胀系数大.骨料较小,它们之间的变形不是自由的而产生相互约束应力
在构造理论中一种极为简单的计算模型,是假定圆形骨料不变形,且均匀地分布于均质弹性水泥石中,当水泥石产生收缩的引起内应力,这种应力而引起粘着微裂和水泥石微裂
混凝土又是弹性模量较高而抗拉强度较低的材料,在受约束条件下只要发生少许收缩,产生的拉应力往往会大于该凝期混凝土的抗拉强度,导致混凝土发生裂缝
混凝土在浇筑成型后,混凝土骨料对浆体收缩的约束,使混凝土内部从一开始就产生了微裂缝,在环境温度、湿度、荷载等因素作用下,这些混凝土就可发展为肉眼可见的宏观裂缝
2.2 受力裂缝的分析 (1)荷载引起的裂缝 混凝土市政桥梁在静、动荷载及次应力作用下产生的裂缝称为荷载裂缝
裂缝的形状与结构应力分布有着直接的关系
结构中应力值的大小是导致裂缝发展的内在因素,归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种
(2)地基变形引起的裂缝 由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,使结构中产生附加应力,超出混凝土结构的抗拉能力,导致结构开裂
3.实例分析 3.1工程概况 某市某交叉口高架桥孔径布置为:第一联、第三联均为3×30等截面预应力钢筋混凝土连续箱梁,单箱双室,梁高1.60m,底板宽度4.5m,腹板厚0.45m;第二联30+40+30预应力变截面混凝土连续箱梁,单箱双室,腹板厚0.5 0.7m,梁高从1.60~2.50m
桥面宽度16.5m,设计车道为4车道;该桥设计荷载为城一A级
箱梁混凝土设计强度为C50
在预应力混凝土连续箱梁桥面中出现了宽而长的裂缝,市政桥梁使用管理部门担心该桥的安全使用性能,要求对该桥的结构性能进行检测并预测裂缝的发展趋势
3.2裂缝普查 在汽车荷载试验之前,对该预应力混凝土连续箱梁桥的桥跨结构进行了认真的裂缝普查
普查发现该桥左右半幅(左幅靠东侧,右幅靠西侧)桥面已存在数条肉眼可见的裂缝,同时裂缝宽度较大
在左半幅桥面上,两处纵向裂缝位于距桥边防撞墙2.3m处,即腹板内,最大裂缝宽度分别为0.40、1.29mm
长分别为15m(第一联边跨跨中区域)和10m(第一联中跨跨中区域);在右半幅桥面上,一处纵向裂缝位于距桥边防撞墙2.0m处,即翼缘板端部,最大裂缝宽度分别为0.67、0.84mm,长为7.6m (第三联边跨跨中区域), 该半幅桥面存在一处横向裂缝(第二联中跨距第一内支座1/3L处),该处裂缝长0.21m,宽1.10mm
在各工况汽车荷载作用下,左右半幅桥面上各处纵横向裂缝的最大宽度基本没有变化,纵横向裂缝较稳定,观测到的最大裂缝宽度基本没有明显的发展
但是,由于结构的部分裂缝宽度超过规范的限定值,建议在市政桥梁的今后使用中应注意裂缝的定期监测
3.3裂缝宽度验算 钢筋混凝土构件的裂缝宽度的计算方法有两种,一类是力学模型为基础的半理论半经验计算法,另一类是以数理统计分析为基础的经验计算法
而在每类计算法中所依据的裂缝机理又不~ 致, 以及对影响裂缝开展宽度主要因素取舍上的差异,因此,迄今为止提出的裂缝宽度计算公式是多种多样的
其中,国内外以往的各种规范和个别部门的现行规范中所采用的半理论半经验的计算公式多是分别建立在粘结滑动理论、粘结无滑动理论、粘结理论、粘结和曲率理论基础上提出来的,而目前各种规范中使用较多的是以统计分析为基础的经验公式
1968年Gorgely和lutz根据一些实测的裂缝资料进行数理统计分析,对影响裂缝开展宽度的主要因素采取多种组合方式,经实际验证后进行优选,提出以数理统计为基础,有一定保证率且便于计算的裂缝宽度计算公式.并且在1971年被纳入美国ACI规范,1975年前苏联放弃了长期采用的以粘结滑动理论建立起来的计算公式,采用以数理统计分析为基础的适用于各种构件的钢筋重心处最大裂缝宽度计算公式
1950年我国赵国潘等人利用国内试件实测数据进行数理统计分析,提出了适用于矩形、T形、倒T形和工字形截面的各种受力构件的最大裂缝宽度计算公式,依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》计算,钢筋混凝土构件在正常使用极限状态卜的裂缝宽度,应按作用(或荷载)短期效应组合并考虑效应影响进行行验算,在I类和Ⅱ类环境下最大裂缝宽度不应超过0.20mm
求得δmax为0.043mm
3.4市政桥梁裂缝的原因解析 (1)拆模过早、混凝土龄期短、施 荷载大施工中在混凝土未达到规定强度,过早拆模,或者在混凝上未达到规定强度就上荷载等因素都可直接造成混凝土楼板的弹性变形,致使混凝土在早期强度低或无强度时承受应力,导致桥面板开裂
(2)桥面板上层钢筋位置未得到有效保护,下移严重钢筋对于结构的抗裂性能的影响主要是混凝土材料结构是非均质的,承受拉力作用时,截面中各质点受力是不均匀的,有大量不规则的应力集中点,这些点巾于应力首先达到抗拉强度极限,引起了局部塑性变形,如无钢筋,继续受力,便在应力集中处出现裂缝
(3)添加早强剂和使用泵送混凝上添加早强剂和使用泵送混凝土也是产生裂缝的一个原因,由于添加早强剂虽然可以缩短_卜期,但混凝土的抗拉强度并没有得到很大提高;而泵送混凝土由于泵送的限制,混凝土配合比较小,混凝土粒径也较小,而浇捣的市政桥梁体积较大,容易引起裂缝的产生
4. 结语 综上所述,市政桥梁裂缝产生的原因多、种类复杂,要做好裂缝的防治工作讲究科学,从源头做起;出现裂缝的要系统全面的分析和研究,制定出相应的治理解决方案
争取做到不出现裂缝,出现裂缝了能够妥善处理,为城市和人民提供一个畅通安全的市政道路 参考文献: 【1】单颖聪.浅谈市政桥梁结构裂缝分析及加固技术处理.黑龙江科技信息.2011年30期. 【2】李黎杰.有关桥梁结构裂缝的机理及其防治对策探讨【J】交通科技,2006(2). 【3】张建强.桥梁结构裂缝及常用维修法【J】.筑路机械与施工机械化,2005(6). 特别是现代交通,对其在强度、稳定性、平整度、抗滑性和扬尘性等方面均有很高的要求,这就给质量控制提出了新的问题
本文从以上要求出发,在实际工作中收集整理了大量的材料,进行了深入的研究,提出了解决的办法
关键词:沥青混凝土;路面施工;质量控制;问题研究 中图分类号:tv431+.5文献标识码: a 文章编号: 沥青混凝土路面以其强度高、行车平稳、无扬尘、无振动和噪声小等优点为乌兰察市公路建设首选,特别是它的坚实、耐久、良好的抗滑性和平整度、稳定度好,平均投资低的特点,在贫困地区旗县级公路建设中得到广泛应用
但沥青混凝土路面在施工中的质量要求高,质量控制难度大,又为公路建设提出了挑战
在实际施工中,我们进行了长期深入的研究,发现沥青混凝土路面的施工建设质量受到人员、材料、设备、技术工艺及施工水平、环境等多种因素的影响
在严格施工组织设计,严格控制每道工序的基础上,保证沥青混凝土路面的工程质量是完全可以实现的
下面对沥青混凝土路面施工建设中控制施工质量的方法,作一阐述
一、沥青混凝土路面施工准备阶段的控制 在施工准备阶段要做好以下几项工作,如熟悉设计图纸,招标文件及合同规定,合理配置管理人员,沥青砼配合比设计,搅拌厂的设置,材料准备,施工机械的安装调试等
下面分述之
要合理确定施工计划,就应该熟悉设计图纸,领会设计意图,熟知招标文件及合同规定,对设计图纸存在的问题应该提出建议,为更好的控制施工质量奠定基础
施工时要合理配置管理人员,建立一支精干高效,事业心强,懂技术会管理的组织机构,以使各工序相互联系,紧密配合
工地试验室准备沥青混凝土原材料的配合比设计应该送到业主指定的专业试验室去做,以保证施工前的准备工作顺利进行,同时获得业主的确认和支持
设置拌和场地的设置,在充分考虑场地位置方便、经济、宽大和平整的同时,要考虑到对环境、周围居民的影响,雨季施工还要注意洪水的侵扰,保障施工人员的安全
准备原材料,在采购时要随机抽检,选用满足技术标准要求的材料
如沥青混凝土所用的沥青、粗细集料、填料的技术指标必须符合《公路沥青路面施工技术规范》的要求,严禁不合格的材料进场
沥青运到工地现场工地试验室要按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的要求严格抽检
沥青的贮备要用专用贮备罐;沥青加热时要控制好温度和水分,避免沥青加热时膨胀溢罐,引起浪费或火灾
各种规格的碎石和砂石材料要随时抽检筛分,保证干燥,防雨防尘,并不断进行微小的调整,以保障沥青混合料质量的稳定性
此外,施工机械的安装调试,也应该工作到位
二、严格控制沥青混合料配合比 严格控制沥青砼配合比设计,如目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证
原则上要采用马歇尔试验法进行热拌沥青混合料配合比的设计,以确定沥青混合料材料品种、矿料级配及沥青用量,但还要视乌兰察布市的区域土质特点,通过试验室的抽提试验,提出既适合生产配合比设计的沥青混合料矿料级配要求,又能满足当地土质特点的沥青结合料配比设计
三、严格控制基层的强度,以保证对基层的刚性要求 沥青混凝土路面应铺筑在具有足够强度、坚定稳定的基层之上,要消除松散弹软,基层强度不够,平整度差,弯沉变化大等影响沥青砼面层铺筑质量的因素
基层表面要喷洒一定数量的透层油,沥青混凝土各面层之间要洒布粘层油
在摊铺沥青前要对基层进行认真的检验,其表面要保持无尘土、杂物、干净,不符合规格的要进行处理
四、沥青混凝土路面施工铺筑阶段的质量控制 铺筑阶段主要工序是:沥青混凝土混合料的拌和、运输、摊铺、碾压、检测、缺陷处理等
1、沥青混合料的拌合和控制
沥青混凝土拌和时要控制其温度、油石比及材料的级配,以提高混合料的摊铺效果
拌和时要控制好温度(160~170℃左右)和时间
矿料的进料温度(175~190℃)要控制合适,混合料出厂温度要(155~170℃)适宜
这里要特别注意拌和温度和拌和时间的控制,以降低沥青结合料的氧化和挥发成分的损耗,保证沥青的质量
2、沥青混合料的摊铺控制
施工段尽量采用摊铺机整幅摊铺
加宽段采用摊铺机梯队作业,其纵向接缝,应在前部已摊铺混合料部分留下10~20cm宽暂不碾压,作为后面摊铺的高程基准面,并有10cm左右的摊铺层重叠,以热接缝形式在最后做跨接缝碾压以消除缝迹
为确保沥青混凝土路面平整度、厚度达到设计工求,上面层摊铺采用走雪橇方式控制摊铺层厚度和平整度,摊铺机安装移动式自动找平基准装置
每天开始摊铺前,熨平板必须预热,预热温度不得低于70℃
人工修整时,不允许站在热混合料上操作
摊铺好的沥青混合料在未经压实前,施工人员不得踩踏
实际运输过程中,混合料的温度要降低,摊铺时的温度要严格控制,不得低于110-130℃,也不能高于165℃
3、沥青混合料的碾压控制
在摊铺成型及时碾压前,技术人员要认真检查,发现有局部离析及边缘不规则的要进行人工修补
压实以试铺段确定的碾压组合和速度进行,可分初压、复压、终压三个阶段进行
初压采用2台双轮轻型钢轮压路机以2~3km/h的速度至少碾压一遍,碾压时速度要均衡,行走要直,长度不超过50m
复压时,3台重型轮胎压路机以4—5km/h的速度至少碾压二遍
终压采用1台轻型双钢轮压路机和1台重型双钢轮压路机静压
4、施工缝的处理控制
沥青路面施工缝处理直接影响平整度,在检查中常见到的情形是,整体路面平整而施工缝却不平整
用3m直尺检查端部平整度,以摊铺层面直尺脱离点为界限,用切割机切缝挖除接头,然后采用斜向碾压法重新铺接缝处,适当结合人工找平,消除接缝处的不平,使前后两路段平顺衔接,保证施工质量
5、检测及缺陷处理控制 测定平整度、厚度、宽度、高程及钻芯取样等质量检测应该贯穿于沥青混凝土路面施工的全过程,特别是碾压成型后的路面必须满足设计要求
如发现有路面波浪、横缝跳车、密实度不够、局部推移、松散、隆起等现象时,要及时处理
出现波浪时要调整好摊铺机的性能,沥青混合料要保持稳定的温度和级配;出现横缝跳车现象要处理好横缝,并在接触面上浇洒粘层沥青
局部推移、松散、隆起的,要处理好基层软弱、油石比偏大、压路机起停速度太快的问题,从而确保施工质量
参考文献: 【1】叶华成,苏凯,阮华夫,摊铺机对沥青路面离析的影响及控制措施 【j】 ,中国市政工程2010(2) 【2】姜铁,赵玉宝,王庆华,卢龙,王微,沥青路面混合料离析的控制与预防 【j】 建材世界2010(5) 注:文章内所有公式及图表请用pdf形式查看
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