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水泥混凝土路面裂缝是当前道路工程的质量通病,它直接影响着道路的耐久性和使用功能,危害性极大。因此对路面裂缝产生的原因进行分析并提出合理的预防措施,是每位监理工程师的重要职责。因果分析图法是利用因果分析图来系统整理分析某个质量问题与其产生原因之间关系的有效工具。运用该方法对水泥混凝土路面产生裂缝的原因进行科学分析,采取具体措施加以预防,对保证道路工程质量能起到良好效果。
1路面裂缝的现象
水泥混凝土路面裂缝的形态具有多样性,主要有横向裂缝、纵向裂缝、龟裂、角隅裂缝、化学反应引起的裂缝、检查井周围的裂缝等几种情况,现象如下:①横向裂缝:沿着与道路中心线大致垂直的方向产生裂缝,在行车荷载与温度的作用下,裂缝会逐渐扩展并最终贯穿板厚。②纵向裂缝:沿着与道路中心线平行或重合的方向产生裂缝,在运营一段时间后,裂缝往往会变成贯穿裂缝。③龟裂:在路面表层出现网状、深度一般在5~10mm之间、浅而细的发丝裂缝,呈小的六角形花纹。④角隅裂缝:在混凝土路面板角处,沿着与角隅等分线大致垂直的方向产生裂缝,在胀缝处更易发生。⑤化学反应引起的裂缝:由碱-骨料反应或钢筋锈蚀引起,呈现杂乱的“地图”状裂缝和顺筋开裂,在裂缝处有白色沉淀胶体和锈斑出现。⑥检查井周围裂缝:在检查井或收水井周边转角处呈现放射线裂缝,或在检查井周边呈现纵横向裂缝。这些路面工程的裂缝,是当前建筑施工的一个薄弱环节,其预防措施效果不明显。
2路面产生裂缝的原因分析
2.1人员的素质。①生产工人技术素质低下。目前不少的工人来自农村,没有操作经验和受过系统的岗前培训,没有掌握操作要领,违反操作规程。②一些类别较低的施工队伍承接工程,技术管理、质量管理薄弱,很多项目专职质检员不到位,对工人违反操作规程的行为纠正不及时,且力度不足。③很多项目在夜间加班施工,工人疲劳,造成施工工艺粗糙。
2.2工程材料。
2.2.1原材料的质量问题。①水泥品种的选择直接影响工程质量。水泥强度低、抗冻性差、抗干缩能力差、安定性不合格、游离Cao超标等直接造成混凝土路面早期裂缝断板。②粗集料级配不合理,级配波动较大。粗集料最大粒径控制不严,大粒径集料的混凝土抗弯拉强度相对偏小。粗集料的强度、坚固性不符合设计要求,针片状含量偏大,软弱颗粒含量偏高,从而影响混凝土强度。③细集料级配不符合要求,细集料含泥量超标降低了混合料的粘结度,降低了混凝土的质量,引起裂缝断板。2.2.2混凝土本身品质的问题。①水灰比偏大或偏小。水灰比偏大,使混凝土内部密实度降低,强度也随之降低。同时,水灰比偏大,混凝土干缩徐变增大,易造成干缩裂缝。水灰比偏小,和易性差,影响施工操作,也难以振捣密实,使混凝土强度降低。②计量不准确。施工中配料计量不准确将影响砂石料的级配,混凝土的密实度就难以保证。混凝土中水泥剂量不足或水泥剂量太大,拌和不均匀等都会直接导致混凝土板体内部强度不一致,使混凝土存在薄弱面,这些薄弱面处就是产生裂缝直至断板的根源。
2.2.3钢筋质量问题。边缘、角隅、传力杆及检查井四周加固钢筋的设置与数量不符合设计要求,造成路面抗弯拉强度不足而出现裂缝。钢筋的锈蚀会产生体积膨胀,导致混凝土开裂。2.2.4检查井四周回填土质量问题。检查井四周回填土不密实,其沉降使板体产生附加应力而出现裂缝。
2.3机械设备。机具设备对工程质量也有重要的影响。施工机具设备的类型是否符合工程施工特点,性能是否先进稳定,操作是否安全方便等,都会影响混凝土路面的施工质量。如混凝土运输设备落后,使混合料产生离析、泌水、漏浆等现象;混凝土振捣设备不配套,出现漏振或过度振捣现象;面层抹光机性能不稳定,抹光效果差;切缝机性能不符合要求造成切缝深度过浅等,都会导致混凝土路面出现裂缝。
2.4方法。
2.4.1基层施工的质量问题引起的裂缝断板。基层整体强度不符合设计要求,在行车荷载与水温的作用下,产生塑性变形导致各种形式的裂缝和断板。基层标高控制不好,顶面高程高于设计高程,导致混凝土路面厚度不足,或表面平整度差,导致面层厚度不均匀,增大了面层与基层间的摩阻力,当摩阻力大于混凝土板抗拉应力时就会产生裂缝断板。另外,基层裂缝没有处理修复,也使面层产生反射裂缝。
2.4.2混凝土施工时,基层干燥,混凝土中的水分很快被基层吸收,会引起较大的收缩而产生裂缝。
2.4.3施工时,混凝土欠振、漏振,使板体强度不均匀,过度震荡或抹平,使水泥和细骨料过多上浮至表面易产生收缩裂缝。
2.4.4切缝不及时引起裂缝断板。切缝时间没有准确控制,或作业面广,切缝不及时,在混凝土板薄弱部位收缩开裂,出现不规则断裂。切缝深度过浅,由于横断面没有明显削弱,应力没有释放,因而在临近缩缝处产生新的收缩缝。
2.4.5混凝土浇筑完成后,养护不及时、不充分造成混凝土板内水分大量丢失,产生干缩裂缝,或过早开放交通,强度达不到设计要求,导致混凝土路面开裂破坏。
2.5环境条件。
2.5.1高温天气施工,水泥水化作用加快,内部水化热不及时散开而产生温度裂缝,同时,因水分蒸发加快,而使混凝土迅速干燥而收缩,易产生裂缝。
2.5.2雨季施工,刚浇筑完成的混凝土板体受雨淋湿,增大了收缩开裂的可能性。
2.5.3大风天气施工,由于水分蒸发快,混凝土表面产生塑性收缩裂缝。
3因果分析图法的原理及绘制步骤
因果分析图法,也称为质量要因分析法,其基本原理是对每一个质量特性或问题,采用图示的方法,逐层深入排查可能原因,然后确定其中最主要原因,进行有的放矢地处理和管理,以达到控制事故发生的目的。它是工程质量控制的统计分析方法之一,是控制工程质量的一种有效的工具。因果分析图绘制的具体步骤如下:①明确质量问题——结果。作图时首先由左至右画出一条水平主干线,箭头指向一个矩形框,框内注明研究的问题,即结果。②根据影响质量问题的各种因素,分析确定影响质量特性大的方面原因。③将每种大原因进一步分解为中原因、小原因,直至分解的原因可以采取具体措施加以解决为止。④检查图中的所列原因是否齐全,对初步分析结果广泛征求意见,做必要的补充和修改。⑤选择出影响大的关键因素,做一标记,以便重点采取措施加以控制。用因果分析图来归纳上述水泥混凝土路面裂缝质量问题的因果关系,见图1。
4预防路面裂缝的措施
在水泥混凝土路面施工中,针对路面裂缝、断板的质量缺陷的成因,提出采取有效的防治措施。在管理上要采取“防范于未然”的事前控制;施工中对每个环节要采取有效的控制手段和监控措施,着重抓好事中控制;加强对成品的把关检查以及事后控制工作,从而从根本上解决水泥混凝土路面裂缝断板的问题。
4.1事前控制。
4.1.1挑选素质好的混凝土工,加强岗前培训和技术交底工作。
4.1.2监理在审核混凝土施工方案时,应重点对防治混凝土路面裂缝的技术措施进行合理性和有效性审核。
4.1.3严把原材料的质量关。水泥使用前,必须进行化验,确保水泥各项指标满足规范要求,同时应尽量采用低水化热、抗冻性好、收缩量小的硅酸盐道路水泥或普通硅酸盐水泥。对已备好的粗细集料,应抽样检测其含泥量、有害物质含量、坚固性、级配等,对粗集料还应抽检其强度、软弱及针片状颗粒含量和磨耗等是否满足规范要求。水泥混凝土路面用钢材的规格、品种、数量应符合设计要求,钢筋表面不得有裂缝、断伤、刻痕等缺陷,对进场的钢筋应进行力学性能检测。
4.1.4控制好基层的质量。在水泥混凝土路面铺筑前,应对其基层施工质量进行检测,基层质量的好坏将直接影响混凝土路面的使用性能和使用寿命。因此,监理人员应对基层的各项指标进行检查验收。基层的压实度、平整度、厚度、纵断高程、横坡度以及强度等必须符合质量检验评定标准的要求,尤其须进行基层弯沉测定,以便验算基层整体模量能否满足设计要求。基层检测时,当发现有不符合要求或出现损坏的部位,应进行整修,采用相同的材料修补压实,需要加宽的部分,新旧部分的强度应一致。标高高出设计要求或规范要求的部位,应进行凿除,以确保混凝土面层的厚度、宽度达到设计要求。
4.1.5严格控制施工机械的配置。在混凝土施工前,要审查混凝土搅拌、运输、摊铺与振捣等设备是否配套,数量是否足够,能否保证施工质量等。
4.2事中控制。
4.2.1在混凝土施工过程中,要严格执行施工工艺,按施工工序认真检查验收,还要经常分析总结过程中存在的问题,研究制定改正措施,不断提高工人技术素质,加强施工管理,坚决贯彻上道工序不合格不准进入下道工序施工的工序交验制。
4.2.2严格按配合比要求进行混凝土控制。在满足施工和易性保证混凝土密实平整的前提下,尽量减少水灰比,采用较低的单位用水量。这样会提高混凝土的强度,尤其是早期强度,降低收缩裂缝。尽量采取真空吸水工艺,降低水灰比,并能提高混凝土的密实度。混凝土配合比计量要准确,并应根据天气情况及粗细集料含水率调整配合比。
4.2.3混凝土施工前,应对基层均匀洒水,将基层和模板湿透,避免吸收混凝土中的水分。施工时,加强振捣工作,不漏振,不过振,保证混凝土面层强度均匀。
4.2.4避开高温、大风天气施工。如果施工,可根据早、中、晚调整用水量,防止混凝土干缩裂缝。并应尽量避开夜间施工,严禁雨天施工。
4.2.5检查钢筋的安装质量。钢筋网、角隅钢筋、传力杆、加固筋等安装应牢固,位置准确。钢筋安装后应进行检查验收。
4.2.6合理布置检查井的位置,对检查井四周要进行加固处理,回填土进行密实度检测,使井及周边不易沉降,减少附加应力。
4.2.7严格控制混凝土的切缝时间和切缝深度。当混凝土达到设计强度的25～30%时,应采用切缝机进行切割。气温高,混凝土强度增长快,切割时间要提早。温差大,切割时间也要提早。切缝的最佳时机一般按250～300℃h来掌握。切缝深度应为板厚的1/4～1/3。
4.3事后控制。
4.3.1水泥混凝土路面为刚性路面,纵横向缝应及时进行填充,填料应与板的粘结力强,适应混凝土板的收缩,如氯丁橡胶、沥青玛蹄脂等。
4.3.2水泥混凝土面层成活后,应及时养护。可选用保湿法和塑料薄膜覆盖等方法养护。气温较高时,养护期不宜少于14d;低温时,养护期不宜少于21d。在面层混凝土弯拉强度达到设计强度,且填缝完成前,不得开放交通。
4.3.3对已完工的水泥混凝土面层进行检查验收。水泥混凝土的抗压强度、抗折强度、厚度、平整度、相邻板高差、纵断高程、横坡度、板长度、板宽度、总宽度、井框与路面高差、顺直度、板边垂直度、板边蜂窝麻面面积等项目应满足设计要求和施工规范规定。对检查验收中发现的质量缺陷,应要求施工单位进行认真的返修整改,并跟踪复查,直至解决问题为止。
1路面裂缝的现象
水泥混凝土路面裂缝的形态具有多样性,主要有横向裂缝、纵向裂缝、龟裂、角隅裂缝、化学反应引起的裂缝、检查井周围的裂缝等几种情况,现象如下:①横向裂缝:沿着与道路中心线大致垂直的方向产生裂缝,在行车荷载与温度的作用下,裂缝会逐渐扩展并最终贯穿板厚。②纵向裂缝:沿着与道路中心线平行或重合的方向产生裂缝,在运营一段时间后,裂缝往往会变成贯穿裂缝。③龟裂:在路面表层出现网状、深度一般在5~10mm之间、浅而细的发丝裂缝,呈小的六角形花纹。④角隅裂缝:在混凝土路面板角处,沿着与角隅等分线大致垂直的方向产生裂缝,在胀缝处更易发生。⑤化学反应引起的裂缝:由碱-骨料反应或钢筋锈蚀引起,呈现杂乱的“地图”状裂缝和顺筋开裂,在裂缝处有白色沉淀胶体和锈斑出现。⑥检查井周围裂缝:在检查井或收水井周边转角处呈现放射线裂缝,或在检查井周边呈现纵横向裂缝。这些路面工程的裂缝,是当前建筑施工的一个薄弱环节,其预防措施效果不明显。
2路面产生裂缝的原因分析
2.1人员的素质。①生产工人技术素质低下。目前不少的工人来自农村,没有操作经验和受过系统的岗前培训,没有掌握操作要领,违反操作规程。②一些类别较低的施工队伍承接工程,技术管理、质量管理薄弱,很多项目专职质检员不到位,对工人违反操作规程的行为纠正不及时,且力度不足。③很多项目在夜间加班施工,工人疲劳,造成施工工艺粗糙。
2.2工程材料。
2.2.1原材料的质量问题。①水泥品种的选择直接影响工程质量。水泥强度低、抗冻性差、抗干缩能力差、安定性不合格、游离Cao超标等直接造成混凝土路面早期裂缝断板。②粗集料级配不合理,级配波动较大。粗集料最大粒径控制不严,大粒径集料的混凝土抗弯拉强度相对偏小。粗集料的强度、坚固性不符合设计要求,针片状含量偏大,软弱颗粒含量偏高,从而影响混凝土强度。③细集料级配不符合要求,细集料含泥量超标降低了混合料的粘结度,降低了混凝土的质量,引起裂缝断板。2.2.2混凝土本身品质的问题。①水灰比偏大或偏小。水灰比偏大,使混凝土内部密实度降低,强度也随之降低。同时,水灰比偏大,混凝土干缩徐变增大,易造成干缩裂缝。水灰比偏小,和易性差,影响施工操作,也难以振捣密实,使混凝土强度降低。②计量不准确。施工中配料计量不准确将影响砂石料的级配,混凝土的密实度就难以保证。混凝土中水泥剂量不足或水泥剂量太大,拌和不均匀等都会直接导致混凝土板体内部强度不一致,使混凝土存在薄弱面,这些薄弱面处就是产生裂缝直至断板的根源。
2.2.3钢筋质量问题。边缘、角隅、传力杆及检查井四周加固钢筋的设置与数量不符合设计要求,造成路面抗弯拉强度不足而出现裂缝。钢筋的锈蚀会产生体积膨胀,导致混凝土开裂。2.2.4检查井四周回填土质量问题。检查井四周回填土不密实,其沉降使板体产生附加应力而出现裂缝。
2.3机械设备。机具设备对工程质量也有重要的影响。施工机具设备的类型是否符合工程施工特点,性能是否先进稳定,操作是否安全方便等,都会影响混凝土路面的施工质量。如混凝土运输设备落后,使混合料产生离析、泌水、漏浆等现象;混凝土振捣设备不配套,出现漏振或过度振捣现象;面层抹光机性能不稳定,抹光效果差;切缝机性能不符合要求造成切缝深度过浅等,都会导致混凝土路面出现裂缝。
2.4方法。
2.4.1基层施工的质量问题引起的裂缝断板。基层整体强度不符合设计要求,在行车荷载与水温的作用下,产生塑性变形导致各种形式的裂缝和断板。基层标高控制不好,顶面高程高于设计高程,导致混凝土路面厚度不足,或表面平整度差,导致面层厚度不均匀,增大了面层与基层间的摩阻力,当摩阻力大于混凝土板抗拉应力时就会产生裂缝断板。另外,基层裂缝没有处理修复,也使面层产生反射裂缝。
2.4.2混凝土施工时,基层干燥,混凝土中的水分很快被基层吸收,会引起较大的收缩而产生裂缝。
2.4.3施工时,混凝土欠振、漏振,使板体强度不均匀,过度震荡或抹平,使水泥和细骨料过多上浮至表面易产生收缩裂缝。
2.4.4切缝不及时引起裂缝断板。切缝时间没有准确控制,或作业面广,切缝不及时,在混凝土板薄弱部位收缩开裂,出现不规则断裂。切缝深度过浅,由于横断面没有明显削弱,应力没有释放,因而在临近缩缝处产生新的收缩缝。
2.4.5混凝土浇筑完成后,养护不及时、不充分造成混凝土板内水分大量丢失,产生干缩裂缝,或过早开放交通,强度达不到设计要求,导致混凝土路面开裂破坏。
2.5环境条件。
2.5.1高温天气施工,水泥水化作用加快,内部水化热不及时散开而产生温度裂缝,同时,因水分蒸发加快,而使混凝土迅速干燥而收缩,易产生裂缝。
2.5.2雨季施工,刚浇筑完成的混凝土板体受雨淋湿,增大了收缩开裂的可能性。
2.5.3大风天气施工,由于水分蒸发快,混凝土表面产生塑性收缩裂缝。
3因果分析图法的原理及绘制步骤
因果分析图法,也称为质量要因分析法,其基本原理是对每一个质量特性或问题,采用图示的方法,逐层深入排查可能原因,然后确定其中最主要原因,进行有的放矢地处理和管理,以达到控制事故发生的目的。它是工程质量控制的统计分析方法之一,是控制工程质量的一种有效的工具。因果分析图绘制的具体步骤如下:①明确质量问题——结果。作图时首先由左至右画出一条水平主干线,箭头指向一个矩形框,框内注明研究的问题,即结果。②根据影响质量问题的各种因素,分析确定影响质量特性大的方面原因。③将每种大原因进一步分解为中原因、小原因,直至分解的原因可以采取具体措施加以解决为止。④检查图中的所列原因是否齐全,对初步分析结果广泛征求意见,做必要的补充和修改。⑤选择出影响大的关键因素,做一标记,以便重点采取措施加以控制。用因果分析图来归纳上述水泥混凝土路面裂缝质量问题的因果关系,见图1。
4预防路面裂缝的措施
在水泥混凝土路面施工中,针对路面裂缝、断板的质量缺陷的成因,提出采取有效的防治措施。在管理上要采取“防范于未然”的事前控制;施工中对每个环节要采取有效的控制手段和监控措施,着重抓好事中控制;加强对成品的把关检查以及事后控制工作,从而从根本上解决水泥混凝土路面裂缝断板的问题。
4.1事前控制。
4.1.1挑选素质好的混凝土工,加强岗前培训和技术交底工作。
4.1.2监理在审核混凝土施工方案时,应重点对防治混凝土路面裂缝的技术措施进行合理性和有效性审核。
4.1.3严把原材料的质量关。水泥使用前,必须进行化验,确保水泥各项指标满足规范要求,同时应尽量采用低水化热、抗冻性好、收缩量小的硅酸盐道路水泥或普通硅酸盐水泥。对已备好的粗细集料,应抽样检测其含泥量、有害物质含量、坚固性、级配等,对粗集料还应抽检其强度、软弱及针片状颗粒含量和磨耗等是否满足规范要求。水泥混凝土路面用钢材的规格、品种、数量应符合设计要求,钢筋表面不得有裂缝、断伤、刻痕等缺陷,对进场的钢筋应进行力学性能检测。
4.1.4控制好基层的质量。在水泥混凝土路面铺筑前,应对其基层施工质量进行检测,基层质量的好坏将直接影响混凝土路面的使用性能和使用寿命。因此,监理人员应对基层的各项指标进行检查验收。基层的压实度、平整度、厚度、纵断高程、横坡度以及强度等必须符合质量检验评定标准的要求,尤其须进行基层弯沉测定,以便验算基层整体模量能否满足设计要求。基层检测时,当发现有不符合要求或出现损坏的部位,应进行整修,采用相同的材料修补压实,需要加宽的部分,新旧部分的强度应一致。标高高出设计要求或规范要求的部位,应进行凿除,以确保混凝土面层的厚度、宽度达到设计要求。
4.1.5严格控制施工机械的配置。在混凝土施工前,要审查混凝土搅拌、运输、摊铺与振捣等设备是否配套,数量是否足够,能否保证施工质量等。
4.2事中控制。
4.2.1在混凝土施工过程中,要严格执行施工工艺,按施工工序认真检查验收,还要经常分析总结过程中存在的问题,研究制定改正措施,不断提高工人技术素质,加强施工管理,坚决贯彻上道工序不合格不准进入下道工序施工的工序交验制。
4.2.2严格按配合比要求进行混凝土控制。在满足施工和易性保证混凝土密实平整的前提下,尽量减少水灰比,采用较低的单位用水量。这样会提高混凝土的强度,尤其是早期强度,降低收缩裂缝。尽量采取真空吸水工艺,降低水灰比,并能提高混凝土的密实度。混凝土配合比计量要准确,并应根据天气情况及粗细集料含水率调整配合比。
4.2.3混凝土施工前,应对基层均匀洒水,将基层和模板湿透,避免吸收混凝土中的水分。施工时,加强振捣工作,不漏振,不过振,保证混凝土面层强度均匀。
4.2.4避开高温、大风天气施工。如果施工,可根据早、中、晚调整用水量,防止混凝土干缩裂缝。并应尽量避开夜间施工,严禁雨天施工。
4.2.5检查钢筋的安装质量。钢筋网、角隅钢筋、传力杆、加固筋等安装应牢固,位置准确。钢筋安装后应进行检查验收。
4.2.6合理布置检查井的位置,对检查井四周要进行加固处理,回填土进行密实度检测,使井及周边不易沉降,减少附加应力。
4.2.7严格控制混凝土的切缝时间和切缝深度。当混凝土达到设计强度的25～30%时,应采用切缝机进行切割。气温高,混凝土强度增长快,切割时间要提早。温差大,切割时间也要提早。切缝的最佳时机一般按250～300℃h来掌握。切缝深度应为板厚的1/4～1/3。
4.3事后控制。
4.3.1水泥混凝土路面为刚性路面,纵横向缝应及时进行填充,填料应与板的粘结力强,适应混凝土板的收缩,如氯丁橡胶、沥青玛蹄脂等。
4.3.2水泥混凝土面层成活后,应及时养护。可选用保湿法和塑料薄膜覆盖等方法养护。气温较高时,养护期不宜少于14d;低温时,养护期不宜少于21d。在面层混凝土弯拉强度达到设计强度,且填缝完成前,不得开放交通。
4.3.3对已完工的水泥混凝土面层进行检查验收。水泥混凝土的抗压强度、抗折强度、厚度、平整度、相邻板高差、纵断高程、横坡度、板长度、板宽度、总宽度、井框与路面高差、顺直度、板边垂直度、板边蜂窝麻面面积等项目应满足设计要求和施工规范规定。对检查验收中发现的质量缺陷,应要求施工单位进行认真的返修整改,并跟踪复查,直至解决问题为止。