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【摘要】通过对混凝土桥梁常见的问题及其影响成因的分析,提出了我国道桥工程建设过程中如何解决混凝土施工问题的对策建议。
【关键词】道桥工程;项目管理;混凝土施工
一、混凝土桥梁常见的问题及成因分析
1、桥梁裂缝分析
混凝土桥梁裂缝是桥梁面临的最主要的问题,它产生的原因复杂多变,有多种因素的相互影响,但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因,就其产生的原因,大致可划分为以下几类:
(1)荷载引起的裂缝
混凝土桥梁荷载引起的裂缝主要分为直接应力裂缝和次应力裂缝两种。直接应力裂缝产生的原因有:设计阶段:计算模型不合理;结构受力假设与实际情况不吻合;结构安全系数不够;结构刚度不足;构造处理不当;荷载少算或漏算;设计断面不足;内力与配筋计算错误;钢筋设置偏少或布置错误;结构设计没有考虑施工的可能性;设计图纸交代不清等;施工阶段:不加限制地堆放施工机具、材料;不了解预制构件的结构受力特点,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,改变结构受力模型;不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等;使用阶段:超出设计载荷的重型车辆过桥;受车辆、船舶的接触和撞击;发生大风、大雪、地震、爆炸等。
次应力裂缝产生的原因有: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考虑不周,从而在某些部位引起次应力导致结构开裂;桥梁结构中经常需要开槽、凿洞、设置牛腿等,在常规计算中难以用准确的图形进行模拟受力计算,通常都根据经验布置受力钢筋,而大量研究表明,受力构件挖孔之后,力流将会产生绕射现象,在孔洞附近密集,产生巨大的应力集中。
(2)温度变化引起的裂缝
众所周知,混凝土具有热胀冷缩的特性。当环境或结构内部温度发生变化时,混凝土会发生变形。引起混凝土温度变化的主要因素有:年温差,一年四季温度不断变化,由于变化相对缓慢,对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移产生;桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后,温度会大大高于其它部位,导致温度梯度呈明显的非线形分布,由于受到自身约束力的作用,导致局部的拉应力较大,出现裂缝;有时候突降大雨、冷空气侵袭、日落等可以导致桥梁混凝土结构外表面温度突然下降,而内部的温度变化相对较慢而产生温度梯度,由此造成应力变化而出现裂缝。
(3)收缩引起的裂缝
在大量的桥梁工程施工过程中,混凝土因收缩而引起的裂缝是最普遍的。在混凝土收缩的种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和炭化收缩两种情形。
塑性收缩。混凝土浇筑施工后的4~5h左右,此时水泥的水化反应开始剧烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发现象,混凝土发生失水收缩,同时骨料因自重下沉,形成收缩。在构件的竖向变截面处如T梁、箱梁的腹板与顶板、底板的交接处,因硬化前沉实的不均匀多会产生表面的顺腹板方向的裂缝。
缩水收缩(干缩)。混凝土结硬以后,随着表层水分的不断蒸发,湿度逐步降低,导致混凝土的体积减小,称为缩水收缩(干缩)。由于混凝土表层的水分损失快,而内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受的拉力超过其抗拉强度时,即会产生收缩裂缝。
2、桥梁混凝土表面蜂窝麻面问题及成因分析
混凝土桥梁表面蜂窝状也是桥梁的一大问题。它形成的主要原因是:混凝土含气量过大,而且引气剂质量欠佳。由于目前使用的各种引气剂性能有较大的差异,因此在混凝土中呈现的状态也不尽相同,有的引气剂在混凝土中会形成较大的气泡,而且表面能较低,很容易形成联通性大气泡,如果再加上振动不合理,大气泡不能完全排出,肯定会给硬化混凝土结构表面造成蜂窝麻面。
混凝土配合比不当,混凝土过于黏稠,振捣时气泡很难排出。由于混凝土配合比不当,导致新拌混凝土过于粘稠,使混凝土在搅拌时就会裹入大量气泡,即使振捣合理,气泡在粘稠的混凝土中排出也十分困难,因此导致硬化混凝土结构表面出现蜂窝麻面。由于混凝土和易性较差,产生离析泌水。为了防止混凝土分层,混凝土入模后不敢充分振捣,大量的气泡排不出来,也会导致硬化混凝土结构表面出现蜂窝麻面。不合理使用脱模剂也是造成硬化混凝土结构表面蜂窝麻面的重要原因。
二、混凝土桥梁常见的问题的解决对策
1、改进施工技术,加强技术管理
桥梁施工技术管理是消除桥梁常见问题的前提条件。我们可以在施工前加强原材料的检验、试验工作,施工中严格按照方案及交底的要求指导施工,明确分工,责任到人,加强计量监测工作,定时检查并做好详细记录,认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝,并采取措施加以杜绝,在实施的过程中,必须严格根据施工方案落实到位,加强插筋位置的振捣、抹压、养护,同时加强初凝前的抹压,可以消除初期裂缝,并可提高混凝土的抗拉强度。
2、对桥梁裂缝的解决措施
温度控制是预防桥梁产生裂缝的主要措施,主要有以下几种:拌合混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。夏天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热。在混凝土中埋设水管,通入冷水进行內部降温。严格控制混凝土的入模温度。桥梁的大体积混凝土浇筑最宜选在春秋季节施工,如果必须在夏季施工应采取有效措施降低入模温度,同时浇筑混凝土时最好不要让混凝土在太阳下直接暴晒。控制好拆模时间,气温骤降时进行表面保温,避免混凝土表面产生急剧的温度梯度。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。新浇筑的混凝土如早期拆模,在表面会引起很大的拉应力,出现“温度冲击”现象,与水化热应力叠加后再加上混凝土的干缩,表面的拉应力会达到很大的数值,有导致裂缝产生的危险。如果需要早期拆模,则在拆除模板后应及时在表面覆盖一层轻型保温材料,这些对于防止混凝土表面产生过大的拉应力有着显著的效果。
3、加强混凝土的早期养护
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度、湿度变形的侵袭,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。
随着混凝土桥粱的应用推广,它的施工中遇到的问题日益受到重视。经过几年时间的研究,我们已取得了相当的成果。今后相信通过广大桥梁工作者的努力,我国混凝土桥梁的施工技术会取得更大的进步。
【关键词】道桥工程;项目管理;混凝土施工
一、混凝土桥梁常见的问题及成因分析
1、桥梁裂缝分析
混凝土桥梁裂缝是桥梁面临的最主要的问题,它产生的原因复杂多变,有多种因素的相互影响,但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因,就其产生的原因,大致可划分为以下几类:
(1)荷载引起的裂缝
混凝土桥梁荷载引起的裂缝主要分为直接应力裂缝和次应力裂缝两种。直接应力裂缝产生的原因有:设计阶段:计算模型不合理;结构受力假设与实际情况不吻合;结构安全系数不够;结构刚度不足;构造处理不当;荷载少算或漏算;设计断面不足;内力与配筋计算错误;钢筋设置偏少或布置错误;结构设计没有考虑施工的可能性;设计图纸交代不清等;施工阶段:不加限制地堆放施工机具、材料;不了解预制构件的结构受力特点,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,改变结构受力模型;不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等;使用阶段:超出设计载荷的重型车辆过桥;受车辆、船舶的接触和撞击;发生大风、大雪、地震、爆炸等。
次应力裂缝产生的原因有: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考虑不周,从而在某些部位引起次应力导致结构开裂;桥梁结构中经常需要开槽、凿洞、设置牛腿等,在常规计算中难以用准确的图形进行模拟受力计算,通常都根据经验布置受力钢筋,而大量研究表明,受力构件挖孔之后,力流将会产生绕射现象,在孔洞附近密集,产生巨大的应力集中。
(2)温度变化引起的裂缝
众所周知,混凝土具有热胀冷缩的特性。当环境或结构内部温度发生变化时,混凝土会发生变形。引起混凝土温度变化的主要因素有:年温差,一年四季温度不断变化,由于变化相对缓慢,对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移产生;桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后,温度会大大高于其它部位,导致温度梯度呈明显的非线形分布,由于受到自身约束力的作用,导致局部的拉应力较大,出现裂缝;有时候突降大雨、冷空气侵袭、日落等可以导致桥梁混凝土结构外表面温度突然下降,而内部的温度变化相对较慢而产生温度梯度,由此造成应力变化而出现裂缝。
(3)收缩引起的裂缝
在大量的桥梁工程施工过程中,混凝土因收缩而引起的裂缝是最普遍的。在混凝土收缩的种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和炭化收缩两种情形。
塑性收缩。混凝土浇筑施工后的4~5h左右,此时水泥的水化反应开始剧烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发现象,混凝土发生失水收缩,同时骨料因自重下沉,形成收缩。在构件的竖向变截面处如T梁、箱梁的腹板与顶板、底板的交接处,因硬化前沉实的不均匀多会产生表面的顺腹板方向的裂缝。
缩水收缩(干缩)。混凝土结硬以后,随着表层水分的不断蒸发,湿度逐步降低,导致混凝土的体积减小,称为缩水收缩(干缩)。由于混凝土表层的水分损失快,而内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受的拉力超过其抗拉强度时,即会产生收缩裂缝。
2、桥梁混凝土表面蜂窝麻面问题及成因分析
混凝土桥梁表面蜂窝状也是桥梁的一大问题。它形成的主要原因是:混凝土含气量过大,而且引气剂质量欠佳。由于目前使用的各种引气剂性能有较大的差异,因此在混凝土中呈现的状态也不尽相同,有的引气剂在混凝土中会形成较大的气泡,而且表面能较低,很容易形成联通性大气泡,如果再加上振动不合理,大气泡不能完全排出,肯定会给硬化混凝土结构表面造成蜂窝麻面。
混凝土配合比不当,混凝土过于黏稠,振捣时气泡很难排出。由于混凝土配合比不当,导致新拌混凝土过于粘稠,使混凝土在搅拌时就会裹入大量气泡,即使振捣合理,气泡在粘稠的混凝土中排出也十分困难,因此导致硬化混凝土结构表面出现蜂窝麻面。由于混凝土和易性较差,产生离析泌水。为了防止混凝土分层,混凝土入模后不敢充分振捣,大量的气泡排不出来,也会导致硬化混凝土结构表面出现蜂窝麻面。不合理使用脱模剂也是造成硬化混凝土结构表面蜂窝麻面的重要原因。
二、混凝土桥梁常见的问题的解决对策
1、改进施工技术,加强技术管理
桥梁施工技术管理是消除桥梁常见问题的前提条件。我们可以在施工前加强原材料的检验、试验工作,施工中严格按照方案及交底的要求指导施工,明确分工,责任到人,加强计量监测工作,定时检查并做好详细记录,认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝,并采取措施加以杜绝,在实施的过程中,必须严格根据施工方案落实到位,加强插筋位置的振捣、抹压、养护,同时加强初凝前的抹压,可以消除初期裂缝,并可提高混凝土的抗拉强度。
2、对桥梁裂缝的解决措施
温度控制是预防桥梁产生裂缝的主要措施,主要有以下几种:拌合混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。夏天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热。在混凝土中埋设水管,通入冷水进行內部降温。严格控制混凝土的入模温度。桥梁的大体积混凝土浇筑最宜选在春秋季节施工,如果必须在夏季施工应采取有效措施降低入模温度,同时浇筑混凝土时最好不要让混凝土在太阳下直接暴晒。控制好拆模时间,气温骤降时进行表面保温,避免混凝土表面产生急剧的温度梯度。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。新浇筑的混凝土如早期拆模,在表面会引起很大的拉应力,出现“温度冲击”现象,与水化热应力叠加后再加上混凝土的干缩,表面的拉应力会达到很大的数值,有导致裂缝产生的危险。如果需要早期拆模,则在拆除模板后应及时在表面覆盖一层轻型保温材料,这些对于防止混凝土表面产生过大的拉应力有着显著的效果。
3、加强混凝土的早期养护
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度、湿度变形的侵袭,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。
随着混凝土桥粱的应用推广,它的施工中遇到的问题日益受到重视。经过几年时间的研究,我们已取得了相当的成果。今后相信通过广大桥梁工作者的努力,我国混凝土桥梁的施工技术会取得更大的进步。