橋面鋪裝裂縫產(chǎn)生的原因和防治措施

吳建松

摘要:本文分析了橋面鋪裝裂縫成因產(chǎn)生的原因,并提出了預(yù)防裂縫的產(chǎn)生措施,進(jìn)行科學(xué)的修補(bǔ)。

關(guān)鍵詞:橋面鋪裝層;裂縫;引氣劑

1 前言

橋面鋪裝層可防止車輪或履帶直接磨耗行車道板,保護(hù)主梁免受雨水的侵蝕。并分布車輪的集中力。橋面鋪裝的破壞將直接影響到其使用功能的正常發(fā)揮。一方面橋面破損造成跳車,影響行車舒適,降低運(yùn)營服務(wù)水平;另一方面跳車產(chǎn)生沖擊力加劇橋面鋪裝的破壞,嚴(yán)重時導(dǎo)致單板受力,降低耐久性,甚至導(dǎo)致橋梁破壞。由橋面鋪裝層破壞而造成的橋梁結(jié)構(gòu)的安全使用和耐久性同題已越來越受到工程界的關(guān)注。

橋面鋪裝裂縫產(chǎn)生的原因機(jī)理涉及到材料及施工工藝等多個方面,現(xiàn)階段在對橋面鋪裝裂縫的后期處理上比較重視,而對引發(fā)產(chǎn)生裂縫的其他因素重視不夠。只有在弄清橋面鋪裝裂縫產(chǎn)生的機(jī)理之后,才能做到有的放矢,更好地避免和預(yù)防質(zhì)量問題的發(fā)生。

2 橋面鋪裝層裂縫產(chǎn)生的原因

剛性路面是根據(jù)彈性半無限地基上的小撓度薄板理論進(jìn)行設(shè)計的。橋面鋪裝層設(shè)計與普通混凝土路面設(shè)計基本一樣,但由于其是剛性預(yù)制板上澆筑的混凝土,受力情況發(fā)生了很大的變化,使得橋面鋪裝層裂縫產(chǎn)生原因較為復(fù)雜。根據(jù)裂縫產(chǎn)生原因可將裂縫分為干縮裂縫、溫度裂縫和疲勞裂縫。

2.1 干縮裂縫

在水泥混凝土中,水在水泥石中以化學(xué)結(jié)合水、層間水、物理吸附水和毛細(xì)水等狀態(tài)存在,當(dāng)這些水在混凝土硬化過程中失去時,水泥漿體就會收縮,如果自由收縮,一般不會導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生,唯有收縮受到限制產(chǎn)生收縮應(yīng)力時,才會產(chǎn)生裂縫。橋面鋪裝層產(chǎn)生收縮應(yīng)力主要是由于受到兩方面的限制:一方面,水泥漿干縮的內(nèi)部限制,主要是集料對水泥漿體的約束。在普通水泥混凝土中,水泥漿體的收縮率以限制了90% ,所以混凝土經(jīng)常處于有干縮裂縫的應(yīng)力狀態(tài);另一方面,鋪裝層干縮的外部限制,主要是預(yù)制板和側(cè)面路面的約束。處于限制狀態(tài)下的混凝土板塊結(jié)構(gòu),只有當(dāng)混凝土硬化干燥過程中的自由收縮不相適應(yīng)時,混凝土?xí)a(chǎn)生裂縫。而實際中,混凝土硬化干燥過程中的自由收縮總比混凝土本身防止裂縫出現(xiàn)的自由收縮大,故鋪裝層常常產(chǎn)生干縮裂縫。

2.2 溫度裂縫

水泥混凝土具有熱脹冷縮的性能,橋面鋪裝層的熱脹冷縮是在相鄰的部分成整體性限制條件下發(fā)生的,混凝土材料的抗折強(qiáng)度較抗壓強(qiáng)度小,因而當(dāng)鋪裝層中產(chǎn)生拉伸變形時,很容易引起開裂。溫度裂縫的產(chǎn)生一般是在溫度降低過程中產(chǎn)生的,溫度降低時,鋪裝層發(fā)生翹曲,翹曲應(yīng)力的大小取決于板的溫度梯度和結(jié)構(gòu)約束情況。

混凝土鋪裝層受到急劇降溫時,應(yīng)考慮兩種情況:一是鋪裝層受預(yù)制板的約束而不能自由收縮;二是當(dāng)鋪裝層較厚時,沿厚度方向?qū)a(chǎn)生溫度梯度,這兩種情況導(dǎo)致橫向裂縫產(chǎn)生。

2.3 疲勞裂縫

橋面板經(jīng)常處于振動變形中,由于在混凝土材料內(nèi)部存在局部缺陷或不均勻性,在荷載作用下會發(fā)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)微裂紋。當(dāng)應(yīng)力反復(fù)作用時,使微裂紋逐步擴(kuò)展,從而不斷減少承受應(yīng)力作用的有效面積,終于在車輛的重復(fù)荷載反復(fù)作用一定次數(shù)后導(dǎo)致破壞,使混凝土出現(xiàn)疲勞裂縫。

3 預(yù)防處置措施

3.1 設(shè)計上的措施

由于橋面越來越寬,而且橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)復(fù)雜,所以在設(shè)計上要對箱體進(jìn)行整體受力分析和剛度變化分析,對靠近支座一定范圍內(nèi)的箱體進(jìn)行抗彎、抗扭疊加分析與驗算,適當(dāng)增加構(gòu)造鋼筋。還需要進(jìn)行橋面橫向不對稱荷載對箱體產(chǎn)生不利影響的受力分析,當(dāng)然盡可能從不同角度對應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行研究后復(fù)核,通過進(jìn)行試驗來證實設(shè)計是正確的后方可進(jìn)行施工。

另外箱筋的設(shè)計應(yīng)盡量做到制作和安裝方便,這樣才能保證施工質(zhì)量,使橋梁實際受力與設(shè)計相符合,通過對多座橋梁成功經(jīng)驗與教訓(xùn)的總結(jié),認(rèn)為形成比較切合實際受力狀態(tài)的假設(shè)理論,是保證橋梁使用壽命的先決條件。

3.2 施工時需要注意的環(huán)節(jié)

橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量好壞,最終要看其施工質(zhì)量。首先在施工過程中,要把好材料質(zhì)量這一關(guān)。除按操作規(guī)程施工外,要認(rèn)真做好鋼船骨架的制作與安裝,保證骨架就位的幾何尺寸符合設(shè)計要求,根據(jù)構(gòu)件的不同要求,設(shè)計相應(yīng)的配合比。不同的配合比采取不同的施工程序,從而保證混凝土質(zhì)量及強(qiáng)度的均勻性和耐久性。

橋面鋪裝層施工質(zhì)量要好,橋面鋪裝層施工的關(guān)鍵是控制水灰比與含砂率。在安裝鋼船網(wǎng)時?？衫枚啼摻铑^支撐鋼船網(wǎng).以防鋼筋網(wǎng)被踩壓到底層。另外,使用泵送混凝土澆注鋪裝層可減少施工車輛和施工人員的現(xiàn)場干擾,保證鋼筋網(wǎng)的有效位置。

要認(rèn)真驗算支架的穩(wěn)定性,并采取相應(yīng)的措施防止支架下沉和變形。嚴(yán)格按照設(shè)計要求的拆架程序,認(rèn)真做好整個拆架過程中的每一步工作,防止拆架產(chǎn)生過大的瞬時荷載,引起不應(yīng)有的施工裂縫。

為減少控制橋面裂縫的發(fā)生,要認(rèn)真抓好每一工序的施工質(zhì)量,根據(jù)實際情況,確定合理的工期,在已定工期的前提下安排好施工程序,從而保證結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用安全。

4 修補(bǔ)措施

4.1 摻加鋼纖維、聚合物和膨脹劑試驗和計算機(jī)

模擬在混凝土基體中摻加。定數(shù)量的膨脹劑、早強(qiáng)劑、聚合物和鋼纖維對混凝土進(jìn)行改性,從而提高了初裂強(qiáng)度、韌性指數(shù)及界面粘結(jié)強(qiáng)度,可較好阻止裂縫的產(chǎn)生,試驗采用的配合比為水泥:砂:碎石 1:1.81:2.71,水泥用量為400kg/m3實驗表明,摻和20%、體積摻量1.5%鋼纖維, 早強(qiáng)微膨脹劑R-24為8%的混凝土彎曲韌性是普通混凝土的45倍,界面粘結(jié)強(qiáng)度提高了一倍,有效阻止干縮,抗彎初裂強(qiáng)度達(dá)到9.10MPa。

4.2 引入引氣劑對于砼這種剛性路面而言,降低材料的剛性,增加其柔韌性,但不降低抗折強(qiáng)度,是科研部門追求的路用砼品質(zhì)之一。引氣劑的加入,可顯著改善道路混凝土的工作性,抗折強(qiáng)度、變形性能及耐久性等多項指標(biāo)提高。引入2%～5%的含氣量,抗折強(qiáng)度可提高10%～15%,適量的含氣量可獲得高抗折強(qiáng)度和抗折彈性模量,因此,在對橋面鋪裝層進(jìn)行修補(bǔ)時,引入適量引氣劑,含氣量控制在3%,可以顯著減少砼的干縮變形和溫度變形,提高鋪裝層的使用壽命。

4.3 對預(yù)制板進(jìn)行預(yù)處理。為了提高鋪裝層與預(yù)制板的界面粘結(jié)力,主要采用預(yù)制鋼筋網(wǎng)和添加連接筋的辦法,但是,由于橋面鋪裝層一般較薄,有的厚度僅為4cm,因此不能采用添加連結(jié)筋的辦法。研究發(fā)現(xiàn),采用預(yù)制板上涂刷聚合物與水泥按1:1比例配置的界面粘結(jié)的方法,新舊混凝土層問粘結(jié)強(qiáng)度增加了近1.5倍, 此法對橋面鋪裝層的修補(bǔ)可產(chǎn)生十分理想的效果。

結(jié)束語

橋面鋪裝結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了病害雖然在一定程度上不影響整體橋梁結(jié)構(gòu)的安全,但卻直接影響橋梁的外觀質(zhì)量及驗收評定和行車的安全性、舒適性,在實際實施過程中應(yīng)重視其設(shè)計和施工,嚴(yán)格控制橋面鋪裝質(zhì)量。避免或減少病害的產(chǎn)生。橋面鋪裝結(jié)構(gòu)除日常正常養(yǎng)護(hù)外,當(dāng)出現(xiàn)病害時,應(yīng)及時對癥處治,確保橋梁安全運(yùn)營,延長橋梁的使用壽命。