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通过对我省高等级公路沥青砼路面和水泥砼路面综合经济比较、技术比较、能耗比较,以及通过专家调查、数学模型的建立,继而经过模糊数学多层次综合评判得到江苏省高等级公路适宜选用的路面类型1 前言 随着国民经济的快速发展,近年来高等级公路开始在我省大量修建
高等级公路选用沥青砼路面还是水泥砼路面,一直是困扰设计者和决策者的一个问题
对于高等级公路选用何种类型的路面存在着许多不容忽视的因素,水泥砼路面虽然具有刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好、抗疲劳特性好、使用年限长、养护费用少、施工取材方便等优点,但是水泥砼这种水硬性材料对设计强度不足、超载很敏感,或者由于施工方面的原因而达不到设计的要求,一旦出现上述情况,破坏就会迅速发展,难以维护
并且破坏后修复困难,费用也高
同时由于水泥砼路面接缝、施工等方面的原因造成的不平整度问题对高等级公路来说就显得更加突出
沥青砼路面具有可以分期修建、平整度易于得到保证、行车舒适、易于修复、噪音小等优点,目前在高等级公路上得到广泛应用
但沥青砼路面的抗灾性、对水和温度的敏感性等方面明显弱于水泥砼路面,又由于沥青与各种集料的结合性能不同,在水文、气候条件差及缺乏碱性集料的地区,很容易造成沥青的剥落、分离,从而加速路面破坏
路面铺筑技术、施工装备和人员素质直接影响着路面的质量
总体来说,沥青砼路面的铺筑设备、技术水平较水泥砼路面要先进
我省目前在高等级公路水泥砼施工方面所采用的拌和设备和摊铺设备还属于小型施工机具范畴,并没有形成象沥青砼路面那样从拌和到摊铺全过程的机械化施工设备系列
综上所述,沥青砼路面和水泥砼路面各有其优缺点,高等级公路采用何种类型路面不是一个能简单回答的问题,有必要对两种路面的施工水平、使用现状、破坏现状、养护状况、养护费用进行全面调查,综合考虑当地气候条件、土基状况、交通量大小、施工技术水平等因素,对两种路面结构进行经济、技术、社会影响等方面的综合比较,通过对现状的客观分析,以可靠的数据与科学的分析方法说明高等级公路在目前条件下应采用何种类型的路面
2 两类路面现状调查 路面长期的使用性能及建养投资是高等级公路路面选型的决定因素
路面现状调查主要包括沥青砼路面、水泥砼路面两种类型路面的破坏、路面平整度、强度、施工技术、施工工艺以及工程投资和养护维修费用等几个方面
(1)路面破损调查采用目测调查法,以1000~2000m为一个调查段落
主要内容为沥青砼路面的裂缝、车辙、坑槽、沉陷拥包等,水泥路面的断裂、唧泥、错台、和接缝破坏等
(2)路面弯沉调查以贝克曼梁为主要调查工具,少数路段采用落锤式弯沉仪FWD测试
(3)路面平整度调查采用颠簸累积(BI)仪进行调查,每100m为一个统计路段
(4)路面类型对环境的适应性主要调查受水侵害严重的低路堤路段对两类路面的适应性
(5)路面建设费用、养护费用及路况的历史资料,主要通过查阅有关文档资料获得
(6)调查路段的确定,主要考虑公路等级、路面类型、所属地区、使用年限上具有的代表性,选择了全省有代表性的高等级公路路面段共7条21段约266km,范围涉及全省11个地市
3 两类路面综合经济技术比较 3.1 路面结构的经济评价 路面设计方案的经济评价是路面设计的一项必不可少的内容,也是进行路面结构比选的重要依据
路面结构的经济评价主要考虑的因素有路面结构的寿命周期总费用现值、建筑及养护费用,还要考虑采用的方案对当地经济的影响,如使用当地材料、劳动力资源的利用等
寿命周期总费用现值法,就是把各方案在不同时间投入的费用支出,按国家规定的社会折现率,折算为现值进行比较,现值小的经济上占优
在分析期n年内,路面结构的寿命周期总费用现值公式为: 根据调查的材料单价、路面养护费用,对两类路面的初期投资及费用现值进行了计算,可以得到:两类路面的初期投资已非常接近,水泥砼路面的初期投资仅比沥青砼路面高4%~10%,而水泥砼路面的费用现值要比沥青砼路面费用现值低2%~10%
由此可见,仅从经济的角度出发,水泥砼路面和沥青砼路面具有相同的竞争力
3.2 两类路面的技术适应性 水泥砼路面的最显著特点是它具有很大的刚度以及良好的抗疲劳特性
由于砼板的弹性模量比基层材料高的多,因而水泥砼路面的承载力大部分是从板本身得到的,而沥青砼路面面层与基层的模量相差不大,由荷载产生的应力有很大一部分要依靠路面基层来承担
对于土基,水泥砼路面对土基条件不太敏感,而沥青砼路面的整体强度很大程度上取决于土基强度
对于路面所使用的集料,水泥砼路面是有水泥这种水硬性结合料胶结而成,它可以容纳各种类型的集料和砂,只要这些材料满足一定的标准(如级配、砂率、洁净等)
而沥青砼路面对集料的要求较高,除应满足规范规定的强度、耐磨耗(磨耗率、压碎值)及粗糙度(磨光值)指标要求,还应考虑沥青与石料的粘结力
气候条件对路面结构的影响主要表现为当地气温、降水以及地下水位对路面的影响
水泥砼路面对温度的敏感性较小,在炎热的夏季,水泥砼路面不会出现象沥青砼路面因温度而产生的车辙、推移、泛油等病害
水对任何一种路面均会产生破坏,水不仅对路面结构本身有影响,它对土基的影响尤甚,由于路基和基层受水侵害而造成路面破坏的例子很多
沥青砼路面的水稳性相对较差
从分期修建方面来看,沥青砼路面具有可以分期修建的优点,以适应交通量增长的需求,同时又可恢复沥青面层的使用性能和减缓老化
一般而言,水泥砼路面是不适宜分期修建的
3.3 两类路面能耗比较 国内外的大多数有关文献认为铺筑路面的能耗由原材料的生产、运输、混合料加工和摊铺能耗组成,从大的方面来说,路面能耗应包括初期修建能耗、大修罩面能耗、日常养护能耗以及汽车行驶能耗
根据计算,当不计沥青本身能量时,水泥砼路面的能耗比沥青砼路面的能耗高25%左右,当计入沥青本身能量时,沥青砼路面的能耗则比水泥砼路面高20%左右
我们不主张计入沥青本身的能量,沥青是从原油中提炼出来的,能作为能量的很多分包含成在沥青中,但沥青在传统上是作为土建材料使用的,沥青具有能量,但如果燃烧完了,它的价值也就消失了,作为土建材料的价值也就没有了
这样看来,修建沥青砼路面的能耗要比水泥砼路面少,对节约能源有利
3.4 两类路面使用性能比较 路面的平整度对路面的使用性能影响最大
路面平整度一直作为路面使用性能很重要的评价指标之一,尤其是高等级公路,由于行车速度快,为了保证路面具有良好的舒适性,延长路面的使用寿命,平整度要求则更高
一般而言,沥青砼路面的平整度易于得到保证,而且路面损坏后也容易恢复,但水泥砼路面的平整度较难保证,即使是新修建的水泥砼路面,其平整度合格率只能达到85%
与行车安全有关的指标主要是路面的抗滑能力
沥青砼路面主要采取的措施有加铺耐磨的开级配封层、磨耗层等来提高路面的抗滑能力;而水泥砼路面的防滑主要通过刻槽的方法获得
3.5 两类路面的环境评价 公路交通引起的噪声过大会危害身体健康,影响人的生理与心理状况,路面噪音对沿线居民已构成一种不断发展的公害
有关研究认为:光滑的沥青砼路面噪音最小,横槽水泥砼路面产生的噪音最大
从降低噪音的角度出发,应选用沥青砼路面
4 高等级公路路面类型选用策略 影响高等级公路路面类型选用的因素很多,路面类型的选择,并不是由单一或几个因素决定的,而应综合考虑使用要求、交通量大小及组成、当地气候、路基支承条件、材料供应、施工及养护水平、资金筹措、节约能源、环境保护等因素
在上述各因素中,有些因素是可以进行定量分析,而有些因素只能进行定性评价
对路面选型这样一个既含有定量因素,又包含定性因素的评价问题,运用传统数学方法建立起同标准的、切实可行的综合评价模型,使定性评价数量化是比较困难的
然而,利用模糊数学中的多层次综合评判原理,就能建立起相对科学、切实可行的路面类型选择的综合评判数学模型
4.1 数学模型的建立 根据多层次综合评判原理,可以对m个评判对象进行评判,最后得出各个对象的综合评判值向量: 然后根据最大隶属度原则,给出模糊综合评判结果
为了更进一步评价方案的优劣,我们对各个评语的得分进行加权平均,得到总分进行比较
设对每个评语Vj打分为Cj,则综合评判的总得分为: 这样,可以根据S的大小来进行最后的比较
4.2 影响路面选型因素的层次分析 要进行模糊评判,首先要确定因素树结构,即要分清因素间的并列关系与从属关系
影响路面选型的因素很多,通过分析彼此间的关系,确定路面选型因素层次
4.3 权重分配 由于影响路面选型的各因素的地位不等,权重分配便成了一个重要问题
权重分配的确定可以由决策者根据经验选用,也可以用统计或专家评分法
本研究中采用了专家咨询调查法确定各因素的权重
4.4 单因素评价 对于路面类型影响因素中难以用数量来定量表示的单因素评价,可通过专家评定的方法得到
在因素树中还有一部分因素为数量指标,它们均属于“越小越优”型
4.5 数据处理及分析 根据专家咨询结果,对各因素的权值进行了计算,从计算结果看:在第一层次的因素中,“行使质量”的权值最大,说明人们对高等级公路行车快速和舒适的要求越来越高,其次为“技术可行性”、“经济合理性”
在第二层次的子因素中,“初期投资”、“施工技术水平”、“舒适性”、“施工人员素质”等因素的权值相对较大
根据数学模型,编制了计算机程序来进行路面选型多层次模糊综合评判的分析计算,从两类路面的得分看,沥青砼路面的优势较为明显,沥青砼路面的得分要比水泥砼路面的得分高出20%以上,说明在目前的条件下,高等级公路应选用沥青砼路面
5 主要研究结论 在对我省高等级公路沥青砼路面和水泥砼路面全面调查和综合分析的基础上,通过对我省高等级公路沥青砼路面和水泥砼路面综合经济比较、技术比较、能耗比较,以及通过专家调查、数学模型的建立,继而经过模糊数学多层次综合评判得到如下结论: (1)在我省现有的施工技术水平下,高等级公路尤其是高速公路应优先选用沥青砼路面
水泥砼路面若采用先进施工设备,能确保路面质量及车辆行驶质量的前提下,在高等级公路中修建部分水泥砼路面也是可行的
(2)在高等级公路路面选型中,行驶质量已成优先考虑的因素
沥青砼路面在行驶质量方面明显优于水泥砼路面,水泥砼路面在我省现有施工装备、技术水平下,难以获得较好的平整度
(3)根据计算结果,我省高等级公路两类路面初期投资非常接近
一般情况下,水泥砼路面每m2造价仅比沥青砼路面高5%~9%,沥青砼路面若采用优质进口沥青,则其初期投资已超过水泥砼路面
(4)根据调查归纳,沥青砼路面路况指数要比水泥砼路面高15%左右
(5)水泥砼路面的水稳定性明显优于沥青砼路面,因此受水侵害严重的低路堤路段应优先选用水泥砼路面
(6)从节约能源的角度,应优先选用沥青砼路面
预应力技术在我国的道路桥梁建设工程中的应用越来越广泛
这些在计算检测试验设备材料和整个的施工工艺流程过程中形成了一套完整的体系
预应力钢筋混凝土施工是采用工字型钢、U型钢、H型钢等通过抗剪可靠地连接起来,同时并根据需要在钢筋混凝土施加预应力
这种道路桥梁结构具有施加预应力后扩大钢筋承载范围、增加结构承载力、节省钢筋、改善结构断裂性能等特点
本文对道路桥梁施工过程中预应力钢筋混凝土施工问题进行分析,并提出了相关处理措施
【关键词】道路桥梁工程;预应力;钢筋混凝土;施工问题;分析 1、前言 现阶段,随着我国社会经济的快速增长以及我国建筑工艺的不断进步
预应力技术在我国的道路桥梁建设工程中的应用也越来越广泛
与传统的道路桥梁工程施工工艺相比,预应力技术虽然起步比较晚,但是发展却非常迅速
尤其是在近年来,预应力技术在理论计算、检测设备和技术措施等方面有一套完整的体系,并且随着预应力技术在我国道路桥梁工程施工中的应用也越来越成熟
钢筋混凝土在道路桥梁施工中遇到的问题也就越来越多,这些问题也就亟待得到解决
2、预应力技术在道路桥梁施工中的应用 (1)在道路桥梁钢筋混凝土结构中的应用 混凝土裂缝一直一来都是钢筋混凝土结构中的质量通病,尤其是在道路桥梁的大型钢筋混凝土结构中,混凝土裂缝出现的可能性更大
因此,在钢筋混凝土结构中运用预应力技术,能够避免钢筋混凝土结构出现裂缝的现象
预应力技术在钢筋混凝土结构中的效果是十分的明显
预应力技术在钢筋混凝土结构中的具体应用方法就是,在使用道路桥梁钢筋混凝土之前,先给受拉区的混凝土施加压力,也就是在受拉区对钢筋混凝土进行张拉,然后再通过钢筋自身的回缩力,预先让混凝土的受拉区受到钢筋施加在其上面的压力
而混凝土结构在受外界和在施加的压力时,必须要先抵消掉混凝土受拉区中的预压力,接着才会使混凝土受到拉力
这样一来,就能够很有效的限制了混凝土的延伸,并由此来达到混凝土延缓或者不出现裂缝的目的
(2)在碳纤维片中的应用 道路桥梁具有跨度大、构件受弯能力要求高的特点
其受弯的结构通常来说都是一些大型的钢筋混凝土道路桥梁
道路桥梁工程中钢筋混凝土的受拉区的拉应力和压应力非常大,要想满足道路桥梁工程中钢筋混凝土结构受弯能力的要求,就要采用碳纤维片来对道路桥梁工程中的钢筋混凝土进行加固
这样不仅能够利用碳纤维片自身的高强度,其施工工艺还比较简单
因此,预应力技术在碳纤维片中逐步得到了广泛的应用
利用预应力技术,碳纤维片不仅可以充分地发挥其优点,还能够有效地提高道路桥梁工程中的钢筋混凝土的性能
所以,预应力碳纤维片在道路桥梁工程中的加固改造中的应用也越来越广泛
(3)在混凝土路面中的应用 近年来,预应力技术在道路桥梁工程中钢筋混凝土中逐渐兴起的一项创举
预应力技术的作用原理和预应力技术在道路桥梁工程中钢筋混凝土结构中的应用基本上相同,一样是通过预应力技术钢筋的配置来对钢筋混凝土路面进行约束,这样可以延缓或者不出现混凝土裂缝
在钢筋混凝土路面中应用预应力技术,首先就是要研究工作更加的覆辙,然后研究由于交通荷载以及温度湿度的变化而引起的道路桥梁工程中的钢筋混凝土路面的翘曲约束和混凝土板的板底摩擦约束, 这样道路桥梁工程中的钢筋混凝土路面施工中如何合理地施加预应力技术,并尽量避免钢筋混凝土路面的横向收缩开裂技术已经逐渐的走向成熟
3、钢筋混凝土在道路桥梁施工中遇到的问题及相关解决措施 (1)钢筋混凝土在浇筑过程中孔道漏浆、堵塞、压浆不饱满 在道路桥梁工程中,钢筋混凝土在浇筑过程中孔道漏浆、堵塞以及压浆不饱满的原因有很多,主要有以下几种
①波纹管在安装好之后,浇筑混凝土时,钢筋混凝土被振动棒碰撞容易产生破裂,波纹管接头处套接不牢或者有孔洞
②在焊接钢筋的时候,电焊火花烧坏波纹管的管壁; ③在压浆的时候,锚具处预应力钢筋间隙漏浆,孔道处理不干净,有残留物和积水; ④水泥浆的沁水率太大,膨胀率和稠度指标控制不够好; ⑤进行压浆的时候,压力不够,封堵不够严
针对这些原因,具体的解决措施主要有以下几种: ①在施工的过程中,要防止钢筋混凝土振捣直接接触波纹管; ②在进行焊接的时候,要防止电焊火花烧破波纹管的管壁,针对那些烧破的管壁要用玻璃胶封堵; ③波纹管管道中间接头、管道与锚垫板,一定要进行密封、牢固,以免漏浆; ④在对混凝土浇筑完成之后,混凝土凝固之前,一定要用高压水冲洗管道,同时还要利用通孔器来检查管道是否畅通; ⑤针对锚具外面的那些预应力钢筋的间隙,要用环氧树脂胶浆或者棉花、水泥浆等进行堵塞,避免冒浆,从而损失压浆压力,在进行封锚的时候要留有排气孔; ⑥在进行压浆的时候,要按照先低后高的顺序,慢慢地均匀地进行,要确保压浆压力
(2)钢绞线滑丝、断丝的原因及解决措施 通过预应力束张拉后检查来判断钢绞线在张拉后是否有滑丝、断丝的现象
钢绞线滑丝的原因主要有以下几种
①预应力钢绞线生锈或者表面有水泥、杂物等; ②工作夹片中的丝出现生锈、杂物或者是夹片里的丝被损伤; ③工作夹片的尺寸不合适; ④千斤顶受其他工具的抵触,受力不均
针对滑丝这一现象,常见的处理方法有:先用千斤顶拉出已经滑丝的钢绞线,然后取出旧的夹片,换上新的夹片,最后再用千斤顶张拉到设计要求
钢绞线断丝的原因主要有以下几种
①预应力束并没有按照规定的要求来编束; ②锚圈的位置不准确,支撑垫片倾斜; ③钢绞线在运输的过程中受机械损伤等造成断丝
针对断丝这一现象,具体的处理方法主要有: ①在进行穿束前,预应力钢束一定要按照规定来进行编束; ②党预应力张拉达到一定的重量后,如果油表油压回落,在再加油时会又回落,这个时候就有可能会出现断丝的现象,在这个时候要及时的更换预应力钢束
(3)混凝土强度不足的原因及防治措施 混凝土强度不足的原因主要有混凝土的收缩、外界温度的变化、模板支撑体系施工不当、预压应力对锚固部位的挤压等
针对这一现象的防治措施主要有以下几种
①混凝土收缩裂缝的防治措施 在混凝土的配置方面,首先要适当地增大骨料的粒径,减少水灰比和坍落度
在满足浇筑的基础上,坍落度要尽量的小
在施工的过程中,对于那些坍落度较大的混凝土构件,要分层浇筑
②外界温度变化引起裂缝的防治措施 主要从控制温度和规范施工两方面来进行
首先要控制温度的措施,在热天的时候要减少浇筑的厚度,在冷天的时候要进行表面降温
同时在寒冷季节要采取保温措施规范施工
严格按照要求分层进行
③模板支撑体系施工不当引起裂缝的防治措施 适当的保留支撑点模板,对保留支撑进行加固和验算
对立杆和梁底模板,进行检查,看其是否有松动
④预应力张拉引起裂缝的防治措施 在对混凝土浇筑完之后,要及时的割除台座两端的钢模,并将空隙填实
在施工的过程中,张拉的顺序也要合理,避免构建产生变为和超应力
保证结构中的构建应力值不能超过总应力值
4、结束语 预应力钢筋混凝土技术在我国道路桥梁工程中具有很大的优势,预应力技术在我国的道路桥梁工程中的应用也比较普遍
我国道路桥梁工程中,预应力钢筋混凝土技术的使用还存在有问题,因此,要想保障道路桥梁工程顺利的施工,提高施工效率,就要做好各种防治措施
参考文献: 【1】郎凯.预应力钢筋混凝土斜张桥设计、施工工艺初探【J】.黑龙江交通科技,2010(10). 【2】司炳君,张明生,孙治国,王东升.竖向配预应力钢筋混凝土桥墩抗震性能研究综述【J】.世界地震工程,2012(3). 【3】杨艳.道路桥梁工程中预应力钢筋混凝土施工常见问题研究【J】.科技风,20
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