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市政桥梁结构一直面临的裂缝问题也是受到了广大重视可以说桥梁裂缝已经是在道桥工程中不可避免的问题
文章作者根据自己多年来的经验,通过对裂缝产生的原因进行逐步剖析及有效的采取科学的解决措施
关键词:混凝土;桥梁;处理;裂缝;措施 前言 交通事业的不断发展,带动了桥梁工程的发展,桥梁工程的施工工艺也得到飞速的提升
在桥梁的施工过程中,各种管理手段的不断完善,使桥梁工程无论从内在的质量,还是外在的视角都日渐的走向成熟
但是在桥梁工程的建设当中,桥梁的裂缝问题依然是桥梁施工中,需要得到高度重视的问题
无论是从安全系数的角度考虑,还是从施工企业的经济利益出发,对混凝土桥梁裂缝的认识都要进一步加强
只有对混凝土桥梁裂缝的产生原因进行全面的分析和研究,才能在混凝土桥梁的施工中尽量避免和预防裂缝的产生
1、混凝土桥梁施工中产生裂缝的主要原因 在混凝土桥梁的施工中出现的裂缝,通常可分为结构性裂缝和非结构性裂缝
结构性裂缝可分为设计结构性的裂缝以及施工结构性的裂缝;而非结构性的裂缝又可分为温差裂缝、塑性裂缝、龟裂缝以及长期干裂缝等
1.1结构性裂缝的产生原因 混凝土的浇灌施工中,由于各方面的不确定因素,导致裂缝的产生: 混凝土中的材料之间发生化学反应,引起体积的膨胀并产生很强的局部拉力,或者混凝土中的钢筋生锈,以及其它侵害性化学反应的发生,导致混凝土的性质发生变化,造成裂缝的产生
在施工过程中,锚板的设置没有严格按照设计进行,锚垫板没有顶牢,致使预应力结构产生拉张裂缝,如钢筋砼箱梁支架拆除后产生的裂缝都是因为这种原因
在现浇砼箱梁落架从简支梁到连续梁的受力转换过程中,由于落架的时间过长或落架的顺序不当,没有达到设计所规定的要求,而产生的张拉过强,极有可能导致横向裂缝的产生
桥梁在施工时都会对预制板及连续箱梁设置预拱,但在一定的荷载作用下,也可能产生结构的裂缝,裂缝也会出现在非预应力连续箱梁的梁顶负弯区
如果这种裂缝存在于很小的范围并在设计所允许的数值之内,可以不必处理,否则必须采取有效措施进行补救
1.2非结构性裂缝产生的原因 在混凝土的浇灌过程中,由于施工现场并不是真空封闭作业,长时间的外在环境影响,会使混凝土的性质发生一定的变化导致裂缝产生: 在混凝土的初凝时期,由于水泥的水化产生大量的热量,而热量不能得到有效的发散,使混凝土内部的温度逐步升高导致膨胀
当外部混凝土初步凝结后,内部的温度逐渐降低、冷却,混凝土又会产生一定的收缩,这种热胀冷缩效应产生的拉力,很容量导致混凝土裂缝的产生
这种情况在施工条件较差的冬季尤为严重
混凝土桥梁的施工中,需要借助大量的水作为材料融合的媒介,所以混凝土材料中水的含量与空气中水的含量相差较大,从而形成一定湿度差,当水分蒸发时,由于混凝土内部与外部水分蒸发的速度不同,混凝土表面的收缩就会比内部的收缩快,因而产生不均匀的变形,造成表面混凝土表面因受力过大而生产裂缝
2、桥梁裂缝的防治措施 2.1材料的控制 原材料的控制是保证整个桥梁工程质量中至关重要的一个因素,因此,在原材料的选择上面应该对水泥、钢筋、沙石和水进行严格的抽样分析,还要对混凝土的配合比进行对比试验
在高温的时候或者下雨天下对沙石、碎石进行含水量的检验,并且在整个工程开展之前不断的调整整个施工的配合比
在施工的时候要严格按照施工的技术规范要求来进行施工,以此达到最为理想的施工质量,防止裂缝的产生
2.2压力灌浆修补法 所谓压力灌浆修补法主要是指用化学材料来配制相应的浆液,再把这些浆液利用设备来灌注到产生裂缝的地方,以此来使裂缝达到凝固、堵漏和加固的作用,利用化学材料所制成的浆液在固化以后具有良好的粘接强度,能够和混凝土较好的粘连在一起,以此达到增强整个桥梁构件的整体性,使桥梁裂缝得到有效的治理
从目前的情况来看,大多数的施工单位较多采用的是聚氨酯和环氧树脂,在对一些细小的裂缝浆液的时候,就需要较长的时间来凝固,因此,在这个时候就应该使用单液法灌浆,单液法灌浆需要把所有的浆液和泵前混合在一起,再利用灌浆机进行灌注,对于一些较宽的裂缝就要使用双液法灌浆,这样就可以把浆液分成两个部分来把浆液输送到裂缝中
2.3掺加外加料和外加剂 在桥梁施工的过程中,在混凝土当中掺入一些粉煤灰,可以有效的增加混凝土的密实度,并且提高混凝土抗渗的能力,极大程度的改善混凝土的工作度和降低最终的收缩值,从而节约水泥的用量
有效的利用粉煤灰作为混凝土的掺合料可以在一定程度上降低混凝土的水泥水化热所引起的内部升温,防止裂缝的产生
在选择外加剂的时候,首先要看它是不是能够等量的来替换水泥,而且会不会使混凝土产生一定的膨胀,这不但可以保证混凝土的内部产生压力来抵抗混凝土所产生的拉应力,还可以确保混凝土的密实度,改善混凝土的和易性,从而降低水灰比,达到减少水化热的情况出现
2.4非结构性裂缝防治措施 对一些非结构性的裂缝,在施工的时候,支架的搭设首先要经过科学的设计,对支架要进行全面积的预压,以此来消除非弹性的变形
此外,要在砼中加减水剂以减少砼泌水,在砼施工的时候进行二次抹面,加强整个砼的养护工作,减少砼中的水分蒸发数,这样就可以有效的预防裂缝的产生
在桥梁工程施工的时候,要合理的使用海绵、覆盖麻袋等一些保护措施,并且浇水湿润养护,要合理的安排砼浇注顺序及浇筑速度,在砼浇注的过程中控制温差,特别是在夏季施工的时候,骨料一定要要洒水进行降温,而到了冬季,在施工的时候就需要在砼表面进行覆盖保温,这样才可以防止非结构性裂缝的产生
3、市政桥梁结构裂缝问题的加固技术处理 首先,市政桥梁裂缝常见的处理方法有三种,即表面封闭修补法、压力灌浆修补法、填充钢板法
由于桥梁出现裂缝的原因各种各样,所以处理裂缝的方法也须根据实际情况来进行判定
表面修补的具体做法是沿着混凝土裂缝的表面铺上薄膜材料,在施工的时候将混凝土的表面用刷子打毛,将混凝土表面的裂缝填平
也可以采用沥青进行修补缝合,但是这种方法的浆液很难灌入
表面修补的方法适合运用在裂缝很浅的桥梁上,即桥梁内部并没出现裂缝,基本稳定,为了防止出现更大的裂缝,可以采用表面修补的方法
表面修补法可以采取将混凝土或石灰填充裂缝的方法,也可以在裂缝的表面进行抹灰的方法,这些方法非常简单,工程不大
但是它不能阻止裂缝变大,从而导致桥梁的钢筋受到侵蚀,出现深层裂缝
压力灌浆法分为水泥灌浆、石灰灌浆、化学物质灌浆、沥青灌浆
喷浆修补是一种在经过处理的裂缝表面,喷射一层密实的水泥砂浆保护层,来封闭裂缝的修补方法
喷浆前,需要把结构表面的剥离部分除去
再用水冲洗清洁,并在开始喷浆之前把基层湿润,然后再开始喷浆
水泥灌浆适合桥梁的裂缝分布不均匀的情况下使用
石灰灌浆可以通过砼中不同的压力形成的孔眼将石灰浆灌入桥梁裂缝中
石灰的黏稠度可以根据桥梁裂缝的实际情况进行考虑
化学物质是一种新型的桥梁裂缝修补方法,它主要采用先进的化学材料修补裂缝,可以在很大程度上改变灌浆材料的性能
它的优势在于可以将很细的裂缝进行修补,而且操作非常简捷,修补的效果非常好
化学灌浆法现在已经在桥梁裂缝的修补方面得到了广泛的应用
填充钢板法,就是当钢筋混凝土构件产生主拉应力裂缝时,可对裂缝先进行处理之后,再在裂缝处粘结钢板,并用膨胀螺栓对钢板加压
钢板粘合方向应和裂缝方向垂直
其次,梁式结构加固增强技术也是加固技术处理的重要方法之一
梁式桥上部加固可以采用各种不同的方式,主要视桥梁的实际情况,承载能力的减弱程度以及今后的使用要求而异
一般来说,主要采取扩大原结构构件截面,以提高结构的强度和刚度;以新的结构代替旧的抗力不足的结构;改变原结构的受力体系,使控制截面变矩的峰值减小;对原结构施加预应力,改变原结构的受力图式,以达到提高桥梁刚度和强度的目的
4、结语 综上所述,在桥梁施工工程中,造成桥梁出现裂缝的原因有很多种,因此,必须首先了解产生裂缝的原因,并严格按照相关的规范和标准来采取有效的防治措施,避免危害结构的裂缝产生
除此之外,在平时也要加强对桥梁的养护和管理,要定期、定时的对桥梁进行检测,当发现桥梁产生裂缝时,要组织实测分析,进行及时的修补和补强,从而确保整个桥梁的质量
即隧道的覆盖层厚度,也叫隧道埋深
3、浅埋隧道:覆盖层较薄,围岩难以形成具有自稳能力的拱结构的暗挖隧道
H<khp, H:覆盖层厚度(m);k为经验值系数2~2.5,hp为荷载等效高度或平衡拱高度(m) 4、深埋隧道:覆盖层较厚,围岩能形成自稳能力较强的拱结构的暗挖隧道
H≥khp, H:覆盖层厚度(m);k为经验值系数2~2.5,hp为荷载等效高度或平衡拱高度(m) 5、沉埋隧道:是用沉管法修筑的水下隧道
6、明洞:采用明挖法施工的隧道,常用于埋置很浅的隧道洞口处及受塌方、落石等危害的路堑地段
7、导坑:因隧道断面较大或因围岩条件差,采用全断面开挖困难,而在隧道开挖断面内超前开挖中小断面的坑道,称为导坑或导洞
8、斜井:指在垂面上按一定倾斜角度开挖的地下通道,其作用是增加作业面、通风道、排水道、逃生道
9、竖井:指垂直开挖的坑道,可作为隧道与地表的连通道、通风道、排水道
10、衬砌:将隧道的开挖面被覆起来的结构体,具有防止围岩坍落、确保洞身稳定、阻止坑道涌水或漏水、使隧道的内空整齐美观
11、复合衬砌:指在两类嵌套的衬砌间夹有防水层的组合结构
12、一次衬砌:分两次施工衬砌时,把最初施作的叫一次衬砌
开挖后及时施作,可以防止和控制围岩松动
13、二次衬砌:隧道衬砌分两次施工时,把最后施作的叫二次衬砌
14、一次支护:分两次施工衬砌结构,把最初施作的锚喷结构叫一次支护
锚喷支护具有施作及时、快速、密贴、深入等特点,并能与围岩共同承载
15、二次支护:考虑到隧道投入使用后的服务年限长久,设计时一般要采用混凝土或钢筋混凝土作为内层衬砌,称为二次支护或二次衬砌,以保证隧道在服务过程中的稳定、耐久、减少通风阻力和美观等
16、初期支护:隧道开挖后,除围岩完全能够自稳而无须支护以外、在围岩稳定能力不足时,则需加以支护,称为初期支护
初期支护是为了解决隧道施工期间的稳定和安全的工程措施
17、锚杆:安装在隧道围岩壁面内可锚固岩块的或加固围岩的杆状构件
18、系统锚杆:指在坑道内壁面上,按照预设围的位置、长度等打锚杆,对危岩进行加固的方法
群锚将坑道四周一定深度围岩的裂隙、破裂面联结形成加固带,加大锚固区围岩强度,达到补强围岩的效果
19、局部锚杆:指在坑道内壁面上,按照判明的围岩状况而确定锚杆的位置、长度等,对危石进行加固的方法
20、矿山法:采用钻孔爆破开挖,整体模筑混凝土衬砌的隧道施工方法
21、新奥法(NATM):奥地利隧道施工方法(New Anstrian Tunnelling Method)简称,新奥法是应用岩体力学理论,以维护和利用围岩自承能力为基点,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,及时进行支护,控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支护体系的组成部分,并通过对围岩和支护进行量测来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则
22、光面爆破:利用岩石抗劈能力低,用缩小周边眼距、严格控制周边眼方向、限制装药量、正确掌握起爆顺序等措施,使爆破面沿周边眼劈裂开来,从而避免周边眼以外的岩石受到破坏,并使坑道达到规整的效果
炮眼起爆顺序:掏槽眼→辅助眼→周边眼
23、预裂爆破:是先爆破周边眼,沿设计轮廓线先炸出一个平整的预裂面,再起爆坑道断面内各部分的炮眼
由于坑道断面内各部分的爆破被预裂面所阻断,使轮廓线外的围岩受到的扰动较小
炮眼起爆顺序:周边眼→掏槽眼→辅助眼
24、落底:开挖隧道断面中的最下部断面、或路基面以下、或再开挖上鼓的部分至设计深度的施工阶段
25、预留沉降量:是组装隧道支撑到衬砌完成前的期间内,考虑到围岩荷载引起的下沉量或变形量,也是指比设计位置预先提高的量
26、高地应力:最大地应力(σy, σmax)与围岩强度(Rb)比值达到一定值时,称为高地应力
通过围岩强度比= Rb/σmax划分,我国岩强度比﹤4为极高地应力
高地应力易发生岩爆
27、盾尾密封:指安装在盾构的尾板与管片衬砌块外面之间,为防止衬背注浆材料泄漏和保持注浆压力,或作为在泥水加压盾构或局部加压盾构中保持各自压力等目的而设置的密封条
28、盾尾空隙:指盾构掘进中,盾尾脱离管片衬砌环时,管片外面和围岩间产生的空隙
盾尾空隙由盾构外板的厚度和盾尾间隙组成
29、加气施工法:指在含水围岩掘进隧道,要用适应于开挖面地下水压的压缩空气密封于洞内,利用压气压力阻止来自开挖面的涌水,并起到挡土作用,使开挖面稳定的施工方法
35 30、井点排水施工法:井点是指以降低地下水位为目的而打入地下直径5~7.5cm的集水管下端部的开孔部分
井点施工法,是按1~2m间隔,将一系列井点埋设在地下水面以下,使用强力真空泵,强制地吸取地下水的施工方法
31、注浆方法:指按设计的位置、间距、角度以及打设的注浆管,利用注浆泵压入注浆材料
32、深井排水施工法:是自地面钻取深井,利用重力导出地下水,通过泵进行排水的施工法
适用于透水系数大(10-1~10-2cm/s)、地下水量较多、或水位降低量或范围较大的地层
33、冻结施工法:指暂时用人工将软弱地层或含水砂层急速造成非渗水性冻土(固结土壤)
使围岩的强度增加,利用冻结的冻土作为承力墙或遮水墙,安全进行规定作业用的辅助施工法
34、泥水加压盾构:用加压的泥水充填盾构前面开挖面,一面确保开挖面的稳定,一面在泥水中旋转刀具开挖土层,并将带有泥水和开挖出来的泥沙用流体方式输送到洞外的机构,这就是泥水加压盾构
35、开放式盾构:是开挖面前面未封闭的盾构的总称,能适应各种地质情况的开挖面,易于对障碍物或蛇行等进行处理,方便在开挖面进行化学注浆等优点
36、机械开挖盾构:指刀具与开挖面密贴,开挖和装渣都用机械连续进行的盾构
掘进速度快、省劳动力、防挖掘面坍塌,但费用高
37、土压平衡式盾构:指由设置在机械开挖盾构前端的土压平衡室和作为弃土通路的螺旋式运输机组成的盾构
38、隧道掘进机:是利用回转刀具开挖(同时破碎和掘进)隧道整个断面的机械的总称,通常称为岩石隧道掘进机或隧道掘进机
39、切削轮式盾构施工法:在盾构的切口环部装上与盾构直径相适应的大刀盘,以进行全断面切削开挖,切削下的土石靠刀盘上的料斗装载,并卸到皮带输送机上,用矿车运出洞外
40、液压冲击锤开挖法:利用油压驱动冲击锤进行地下工程开挖的一种方法
41、围岩的初始地应力场:泛指隧道开挖前岩体的初始静应力场,她的形成与岩体构造、性质、埋藏条件及构造运动的历史有密切关系
影响岩体的初应力状态的两类因素:第一类有重力、温度、岩体的物理学性质、岩体的构造、地形等经常性因素;第二类有地壳运动、地下水活动、人类的长期活动等暂时性的局部的因素
目前主要研究运用的是有岩体的体力或重力形成的应力场,称为自重应力场
42、锚喷支护:是喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混凝土等结构组合起来的支护形式,可根据不同围岩的稳定状况,采用锚喷支护中的一种或几种结构的组合
锚喷支护结构不再把围岩仅仅视为荷载,同时还把它视为承载结构的组成部分
43、喷锚支护:是用压缩空气喷射砂浆作围岩保护层(根据情况可配置钢筋网和刚拱架),是加固隧道围岩的常见的支护形式
44、砂浆锚杆受力机理:依靠注入岩孔中的水泥砂浆将锚杆和岩壁固结起来,靠砂浆的黏结与围岩起锚固作用
45、锚杆支护结构中锚杆的作用: (1)锚杆的联结作用,联结不稳定的岩块和岩层,并深入到稳定的岩层中
(2)锚杆的组合作用,依靠锚杆将一定厚度的岩层,尤其是成层的层岩组合在一起,组成组合梁或组合拱,阻止围岩的滑移和坍塌
(3)锚杆支护的整体加固作用,通过群锚将隧道周围一定深度的围岩进行挤压和黏结加固,组成承载环
46、喷混凝土支护结构通过局部和整体稳定围岩两个方面起支护作用
(1)喷混凝土支护结构通过及时的封闭岩层表面的节理、裂隙、填平或缓和表面的凹凸不平,提高节理裂隙间的黏结力、摩阻力和抗剪强度,减少应力集中
防止岩层表面风化、剥落、松动、掉块和坍塌的产生,使围岩稳定下来,发挥围岩的自承能力
(2)薄的喷层支护柔性大,变形能力强,能在与围岩共同承载和变形过程中对围岩提供支护力,使围岩的变形得以控制,应力得以调整,从而使围岩稳定
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