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尽量避免工程中出现危害较大的裂缝,本人在本文针对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因较浅的作了分析、总结,以方便设计、施工找出控制裂缝的可行办法,达到防范于未然的作用关键词:桥梁施工,裂缝,应对措施 1荷载引起的裂缝 1.1设计计算阶段,结构计算时不计算或部分漏算;计算模型不合理;结构受力假设与实际受力不符;荷载少算或漏算;内力与配筋计算错误;结构安全系数不够
结构设计时不考虑施工的可能性;设计断面不足;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足;构造处理不当;设计图纸交代不清等
1.2施工阶段,不加限制地堆放施工机具、材料;不了解预制结构受力特点,梁板随意翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸施工,擅自更改结构施工顺序,改变结构受力模式;不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等
1.3在设计外荷载作用下,由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑,从而在某些部位引起次应力导致结构开裂
例如两铰拱桥拱脚设计时常采用布置“X”形钢筋同时削减该处断面尺寸的办法设计铰,理论计算该处不会存在弯矩,但实际该铰仍然能够抗弯,以至出现裂缝而导致钢筋锈蚀
1.4桥梁结构中经常要凿槽、开洞、设置牛腿等,在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算,一般根据经验设置受力钢筋
研究表明,受力构件挖孔后,力流将产生绕射现象,在孔洞附近密集,产生巨大的应力集中
在长跨预应力连续梁中,经常在跨内根据截面内力需要截断钢束,设置锚头,而在锚固断面附近经常可以看到裂缝
因此,若处理不当,在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝
1.5实际工程中,次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因
次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质
次应力裂缝也是由荷载引起,仅是按常规一般不计算,但随着现代计算手段的不断完善,次应力裂缝也是可以做到合理验算的
这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位
但必须指出,如果受压区出现起皮或有沿受压力方向的短裂缝,往往是结构达到承载力极限的标志,是结构破坏的前兆
2温度变化引起的裂缝 2.1日照、桥面板、主梁或桥墩侧面受阳光照晒后,温度明显高于其它部位,温度梯度呈非现行分布
由于受到自身约束作用,导致局部拉应力较大,出现裂缝
2.2水化热
出现在施工过程中,大体混凝土(厚度超过2.0m)浇筑之后由于水泥水化放热,致使内部温度限高,内外温差太大,致使表面出现裂缝
2.3预制T梁之间横隔板安装时,支座预埋钢板与调平钢板焊接时,若焊接措施不当,铁件附近混凝土容易烧伤开裂
3收缩引起的裂缝 3.1性收缩:发生在施工过程中、混凝土浇筑后4-5小时左右,此时水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩
塑性收缩所产生量级很大,可达1%左右
捣要密实,竖向变截面处宜分层浇筑
3.2缩水收缩(干缩)
混凝土结硬以后,随着表层水分逐渐蒸发,温度逐步降低,混凝土体积减小,称缩水收缩(干缩)
3.3炭化收缩
大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形
炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生,且随二氧化碳的浓度的增加而加快
炭化收缩一般不做计算
4钢筋锈蚀引起的裂缝 由于混凝土质量较差或保护层厚度不足,混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面,使钢筋周围混凝土碱度降低,或由于氯化物介入,钢筋周围氯离子含量较高,均可引起钢筋表面氧化膜破坏,钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应,其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍,从而对周围混凝土产生膨胀应力,导致保护层混凝土开裂、剥离,沿钢筋纵向产生裂缝,并有锈迹渗到混凝土表面
由于锈蚀,使得钢筋有效断面面积减小,钢筋与混凝土握裹力削弱,结构承载力下降,并将诱发其它形式的裂缝,加剧钢筋锈蚀,导致结构破坏
5冻胀引起的裂缝 大气气温低于零度时,吸水饱和的混凝土出现冰冻,游离的水转变成冰,体积膨胀9%,因而混凝土产生膨胀应力;同时混凝土凝胶孔中的过冷水(结冰温度在-78度以下)在微观结构中迁移和重分布引起渗透压,使混凝土中膨胀力加大,混凝土强度降低,并导致裂缝出现
尤其是混凝土初凝进受冻最严重,成龄后混凝土强度损失可达30%~50%
冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝
6施工材料质量引起的裂缝 混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成
配置混凝土所采用材料质量不合格,可能导致结构出现裂缝
7施工工艺质量引起的裂缝 在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理、施工质量低劣,容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝,特别是细长薄壁结构
裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异
8防止混凝土产生裂缝的措施 8.1严格控制粗细骨料的质量,砂中的含泥量不应大于1%,粒径应先择上偏粗的中砂
碎石应控制粉尘含量使其不应大于2%,并应选择级配良好的石子以减少空隙率和孔隙率
采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;加强对混合料的控制,尤其是水灰比和搅拌时间的控制,以免拌合不均影响混凝土的质量造成混凝土中含水量局部过大而产生收缩裂缝
8.2拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;热天浇筑混凝土进减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;混凝土中埋设水管,通入冷水降温;规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧温度梯度;施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施
8.3优化振捣工艺确保混凝土振捣密实,振捣时间以混凝土表面呈现泛浆,混凝土不再下沉,表面无气泡为止
浇筑厚度应严格控制,对于无模板的顶层混凝土表面应在混凝土终凝之前抹面压实
8.4加强水泥质量的控制,使其各项指标均要达到国家标准的要求;改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要的,应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工过程应以预防贯穿性裂缝的发生为主
8.5当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间,以免引起混凝土表面的早期裂缝
新浇筑混凝土早期拆模,在表面引起很大的拉应力,出现“温度冲击”现象
在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度比气温高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力迭加,再加上混凝土干缩,表面的拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险,但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料,如泡沫海棉等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著的效果
8.6加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小,因为大体积混凝土的含筋率极低,只是对一般钢筋混凝土有影响
在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下,钢的各项性能是稳定的,而与应力状态、时间及温度无关
钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小,在温度变化时两者间只发生很小的内应力
由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7—15倍,当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时,钢筋的应力将不超过100~200MPa
因此,在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难
但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了,而且如果钢筋的直径细而间距密时,对提高混凝土抗裂性的效果较好
混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝,其中大多数属于干缩裂缝
虽然这种裂缝一般都较浅,但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响
8.7正确使用外加剂 ①混凝土中存在大量毛细孔道,水蒸发后毛细管中产生毛细管张力,使混凝土干缩变形
增大毛细孔径可降低毛细管表面张力,但会使混凝土强度降低,这个表面张力理论早在六十年代就已被国际上所确认
②水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%
水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素,掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量,其体积用增加骨料用量来补充
减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少沉缩变形
提高水泥浆与骨料的粘结力,提高混凝土抗裂性能
③混凝土在收缩时受到约束产生拉应力,当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生
减水防裂剂可有效的提高混凝土抗拉强度和抗裂性能
掺加外加剂可使混凝土密实性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,减少碳化收缩
掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当,在有效防止水泥迅速水化放热基础上,避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加
8.8混凝土的早期养护
主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到两个方面的效果,一方面使混凝土免受不利温、湿度变化的侵袭,防止有害的冷缩和干缩;另一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力
适宜的温湿度条件是相互关联的,混凝土的保温措施常常也有保湿的效果
9总结 在桥梁施工过程中,出现裂缝的原因是多种多样的
只有掌握出现裂缝的原因,才能在施工中采取合理的措施,严格控制好材料质量,采取合理的施工工艺,加强现场的施工管理,根据现场条件、材料特点、气温等多种因素,采取合理的措施,就能有效地控制裂缝的产生,确保工程质量
为了更好地实现对于道路地基工程的垫层工作,则需要使用土料来进行相应的回填工作
除此之外,在选用填料的要求时为了更好地保证地基工程的质量,工作人员在选用填料时应当注重严格的遵守相应的要求,既分别对于素土地基和灰土地基以及砂垫层甚至是砂石垫层地基的选料进行合理的分析
在这一过程中不同的填料往往会具有不同的选择要求,因此这需要施工人员根据道路工程自身的实际需要来结合不同填料具有的不同特点来选择更加合适的填料
2施工中含水量的要求 施工中含水量有着自身较为明确的要求,例如在工程的地基施工过程中施工人员应当注重应用垫层法来对于地基进行相应的加固工作,从而能够在此基础上更好地保证道路地基自身的坚固性
除此之外,在施工中含水量的要求中,施工人员往往会发现在具体的施工过程中需要对于地基的含水量进行合理的控制
一般而言施工人员需要进行含水量的控制工作主要包括了3个方面的工作内容
首先是应当在素土地基的使用过程中尽可能的对于含水量的数值进行控制,从而能够使地基处于最良好的状态
与此同时,在进行拌合的过程中,每当存在水分过多或者是水分不足的情况下工作人员应当通过灰土的晾晒或者是进行洒水来对于其水分进行有效的调节
3控制垫层质量的因素 3.1环刀法的应用 环刀法的应用是控制垫层质量的因素的基础和前提
在环刀法的应用过程中工作人员应当注重保证垫层的质量并且对于一些可能存在的影响因素进行合理的控制
除此之外,在环刀法的应用过程中工作人员应当首先应用200cm3容积的环刀来进行地基垫层中填料的抽取工作,然后将抽取出的样本作为代表来进行测样,从而能够实现其对于干密度的有效测定
3.2灌砂法的应用 灌砂法的应用对于控制垫层质量的因素的重要性是不言而喻的
在灌砂法的应用过程中,施工人员应当针对无法有效应用环刀法来实现的地基干密度的测量工作来进行灌砂法的有效应用
例如在道路地基工程的实际施工过程中施工人员应当通过选择部分具有较好代表性的地基部位,通过试坑的合理挖设来将挖出的卵石进行合理的保存,然后通过试坑工作的有效进行来确保路基的深度被控制在240mm到320mm之间
4道路地基工程中砂垫层的作用 4.1提高浅层地基的承载力 提高浅层地基的承载力是路地基工程中砂垫层作用的核心内容之一
在提高浅层地基的承载力的过程中地基的质量一直有着非常重要的地位,并且始终是影响到道路的正常使用和道路使用安全的因素之一
除此之外,在提高浅层地基的承载力过程中工作人员应当通过垫层的使用来替代被剪切破坏的软土,从而能够在增强道路工程中地基的整体承载力并且有效避免道路地基中破坏出现的同时促进道路地基工程施工效率的不断提升
4.2减少道路地基的沉降量 减少道路地基的沉降量是路地基工程中砂垫层作用的重中之重
在减少道路地基的沉降量的过程中施工人员应当针对可能存在的裂缝现象来有效控制具体的沉降比例
除此之外,在减少道路地基的沉降量的过程中,施工人员应当注重对于道路基础下浅层出现的沉降比例进行有效的判定
从而有效减少其对于道路路面正常使用和安全使用可能带来的影响
4.3加速软土层的排水固结 路地基工程中砂垫层作用之所以能够得以体现与加速软土层的排水固结有着非常密切的联系
在加速软土层的排水固结过程中施工人员应当注重确保荷载的具体作用,从而有效避免固结困难问题的出现,并且合理的减少相应的孔隙水压力并且促进道路地基的工程强度被控制在一个令人满意的范围内,最终促进道路地基工程施工精确性和可靠性的持续进步
4.4清除膨胀土的胀缩作用 如果道路工程施工过程中,地基的性质是膨胀土性质,应用垫层法,可以在一定的范围内实现对地基基础底面和两侧膨胀土的挖除
然后,换填非膨胀性土,可以消除道路地基中产生的胀缩作用
施工人员在进行垫层施工时,应该先对需要换填断面的厚度和宽度进行科学的计算,在满足道路地基稳定性和变形要求的基础上,还有适应施工的要求,避免慢盲目施工,有效节约成本才能发挥道路工程的价值
5总结 垫层是道路工程地基施工中一项常用的施工方法,可以提高道路地基的施工质量,增加道路的坚固性,在一定程度避免道路损毁现象的出现,保证了道路工程的使用安全,提高了我国道路的施工水平,促进了我国道路工程的建设和发展
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重庆奉节SX2023年信托计划