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        橋面混凝土調(diào)平層開裂原因及其處理預(yù)防措施

        2021-10-28 05:33:34李明博
        山西交通科技 2021年4期
        關(guān)鍵詞:橋梁混凝土檢測

        李明博

        (山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心(有限公司),山西 太原 030032)

        0 引言

        近年來我國交通運(yùn)輸業(yè)蓬勃發(fā)展,橋梁工程作為重要的一環(huán),發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。調(diào)平層作為橋梁上部結(jié)構(gòu)重要的一環(huán),起到承上啟下的作用,上承橋面鋪裝,下接預(yù)制梁,既起到調(diào)整控制標(biāo)高的作用,又有傳遞壓力,防水防腐的作用,是影響橋梁耐久性的一個(gè)重要因素[1]。在運(yùn)營的公路中,橋面混凝土調(diào)平層被橋面鋪裝覆蓋著,其裂縫往往被忽視;在施工過程中,混凝土調(diào)平層開裂已經(jīng)非常普遍,尚未引起監(jiān)管部門的重視。該文對某在建高速公路橋梁的混凝土調(diào)平層開裂情況進(jìn)行調(diào)查,對其開裂原因進(jìn)行分析并提出合理的處理方案和預(yù)防措施。

        1 工程背景

        某新建高速公路橋梁100余座,總長40.8 km,設(shè)計(jì)橋面調(diào)平層為厚度10 cm的C40混凝土?;炷猎牧习ǎ航瘊椗芇·O42.5R水泥,細(xì)度模數(shù)為2.75的河砂,級(jí)配良好的5~10 mm和10~20 mm石灰?guī)r碎石。配合比為水泥∶砂∶10~20 mm碎石∶5~10 mm碎石∶水∶減水劑=459∶734∶846∶211∶170∶5.05,實(shí)測坍落度170 mm,和易性良好,滿足現(xiàn)場施工要求。成型混凝土試件,經(jīng)過室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),7 d抗壓強(qiáng)度為46.3 MPa,28 d抗壓強(qiáng)度49.1 MPa,強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

        2 混凝土調(diào)平層裂縫調(diào)查及檢測

        對某在建高速公路新建橋梁混凝土調(diào)平層進(jìn)行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)混凝土調(diào)平層開裂非常普遍。根據(jù)裂縫類型,可以分為橫向裂縫、縱向裂縫和網(wǎng)狀裂縫。其中60%的裂縫為寬度小于0.5 mm的裂縫,需要仔細(xì)觀察才能發(fā)現(xiàn),這類裂縫分布廣泛,在跨中和端部均有分布;40%的裂縫為大于0.5 mm的無規(guī)則裂縫,灑過水后非常明顯,且這些裂縫長度較長,主要集中在梁的端部,見圖1。

        圖1 混凝土調(diào)平層網(wǎng)狀裂縫

        為深入分析混凝土調(diào)平層開裂的原因,對混凝土調(diào)平層強(qiáng)度進(jìn)行檢測,并通過取芯查看裂縫深度和內(nèi)部鋼筋位置。

        2.1 混凝土調(diào)平層混凝土強(qiáng)度檢測

        a)為檢測混凝土調(diào)平層強(qiáng)度,在調(diào)平層施工過程中現(xiàn)場取樣混凝土并成型試塊,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測,檢測結(jié)果顯示,調(diào)平層混凝土試塊抗壓強(qiáng)度滿足C40設(shè)計(jì)要求。

        b)對混凝土調(diào)平層表面進(jìn)行回彈強(qiáng)度檢測(齡期超過28 d),尤其是混凝土開裂位置的周邊。該文選取6處裂縫寬度大于0.5 mm位置進(jìn)行回彈檢測,檢測結(jié)果經(jīng)過換算后分別為:46.8 MPa、43.9 MPa、42.6 MPa、44.7 MPa、45.8 MPa、41.2 MPa。檢測結(jié)果顯示,混凝土調(diào)平層回彈強(qiáng)度滿足C40設(shè)計(jì)要求。

        2.2 混凝土調(diào)平層裂縫取芯

        選取其中5座大橋6處代表性裂縫位置鉆取芯樣(梁的端部位置),芯樣見圖2。用鋼尺測量裂縫深度及鋼筋位置,具體檢測結(jié)果見表1。

        圖2 交叉開裂和貫通開裂芯樣圖

        表1 混凝土調(diào)平層芯樣檢測結(jié)果匯總表

        由表1可知:

        a)6個(gè)芯樣厚度與設(shè)計(jì)要求偏差較大,混凝土調(diào)平層厚度嚴(yán)重不均勻。

        b)裂縫開裂深度(裂縫平均深度與芯樣厚度的比值) 分別是:80%、100%、100%、73.3%、67.5%、66.7%,其中兩個(gè)芯樣貫通開裂,其他4個(gè)芯樣開裂深度均大于60%,整體平均開裂深度為81.2%。

        c)芯樣的鋼筋高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)要求6.4 cm,實(shí)測平均高度3.1 cm。

        d)芯樣圖2的a~c圖,底部平整,芯樣與梁頂分離,梁頂浮漿較厚,未嚴(yán)格鑿毛。

        3 混凝土調(diào)平層開裂原因分析

        3.1 混凝土調(diào)平層厚度不均勻

        箱梁或T梁在梁場預(yù)制時(shí),不能保證梁高度完全一樣,尤其在張拉后預(yù)制梁存放梁場時(shí)間不同,導(dǎo)致預(yù)制梁上拱值差距較大。在混凝土調(diào)平層施工時(shí),考慮調(diào)坡以及標(biāo)高因素,使得混凝土調(diào)平層厚度不均勻,在薄厚交界處形成薄弱斷面,混凝土收縮時(shí)產(chǎn)生拉應(yīng)力容易在薄弱面開裂[2]。該文鉆取的芯樣中,最小厚度僅7.5 cm,最大厚度為14 cm,混凝土調(diào)平層厚度相差較大,很容易產(chǎn)生不規(guī)則裂縫。

        3.2 混凝土調(diào)平層與梁頂黏結(jié)弱

        施工單位在施工混凝土調(diào)平層時(shí),沒有按要求在梁頂拉槽或鑿毛,導(dǎo)致梁頂存在浮漿或油污,新、舊混凝土沒有黏結(jié)好,破壞了水泥混凝土的整體性,受到車輪的沖擊荷載容易產(chǎn)生裂縫。該次混凝土調(diào)平層芯樣中,就有3個(gè)芯樣底部平整,可以看到明顯的分離,與梁頂沒有緊密黏結(jié)。

        3.3 混凝土調(diào)平層鋼筋網(wǎng)放置不當(dāng)

        鋼筋網(wǎng)在施工時(shí)要全橋綁扎,然后用墊塊將鋼筋墊起。若墊塊布置不均,間距較大,使部分鋼筋網(wǎng)緊貼梁頂,或沉到混凝土調(diào)平層底部,甚至有鋼筋網(wǎng)未設(shè)置定位鋼筋,在施工過程中因人機(jī)踩踏或者拌和物自重導(dǎo)致混凝土調(diào)平層內(nèi)鋼筋網(wǎng)偏移,鋼筋不能發(fā)揮作用進(jìn)而使混凝土調(diào)平層開裂。該文混凝土調(diào)平層抽取的芯樣,鋼筋高度設(shè)計(jì)要求為6.4 cm,但實(shí)測鋼筋高度普遍低于4.0 cm,平均高度為3.1 cm。

        3.4 早期荷載對裂縫發(fā)展有重大影響

        橋梁施工存在一個(gè)普遍的問題,因?yàn)楣て趬毫^早開放交通。混凝土調(diào)平層往往養(yǎng)護(hù)7 d就會(huì)開放交通,有的甚至不到7 d,就允許施工車輛通過,施工車輛大部分為滿載的罐車或卡車,這給混凝土調(diào)平層帶來了致命的破壞。過大的荷載造成混凝土調(diào)平層局部應(yīng)力增大,從而產(chǎn)生開裂或者促使裂縫不斷發(fā)育。

        選取該高速的其中10座主線上在建橋梁,其中前5座因?yàn)槁访媸┕すて趬毫ΓB(yǎng)護(hù)7~15 d就允許水穩(wěn)運(yùn)料車等重型車通過,后面5座養(yǎng)護(hù)7~15 d未開放交通,直至兩個(gè)月后才有重車通過。對這10座主線橋梁混凝土調(diào)平層裂縫調(diào)查發(fā)現(xiàn):前5座橋梁裂縫較多基本覆蓋整個(gè)混凝土調(diào)平層,且裂縫寬度大于0.5 mm,很多裂縫已經(jīng)貫通開裂,見圖1和圖2;后5座橋梁裂縫數(shù)量較少,局部發(fā)現(xiàn)裂縫寬度大都小于0.5 mm,鉆取芯樣發(fā)現(xiàn)裂縫僅停留在表面未深入下去,見圖3所示,裂縫深度僅2.3 cm。

        圖3 細(xì)小裂縫芯樣圖

        3.5 梁的端部負(fù)彎矩影響

        混凝土調(diào)平層在梁的端部位置受負(fù)彎矩的影響,使得混凝土調(diào)平層上部受拉,進(jìn)而導(dǎo)致混凝土調(diào)平層開裂。

        4 調(diào)平層開裂處理及預(yù)防措施

        4.1 混凝土調(diào)平層開裂處理方案

        針對該文混凝土調(diào)平層開裂情況提出處理方案,具體如下。

        4.1.1 細(xì)小裂縫封閉處理

        對于寬度小于0.5 mm裂縫,一般都是干縮裂縫,開裂方向不規(guī)則,開裂深度較淺,可以只進(jìn)行表面封閉處理。處理前將混凝土調(diào)平層裂縫周邊清掃干凈,然后在表面撒一層熱瀝青,起到防水作用,并延緩混凝土調(diào)平層裂縫向?yàn)r青面層反射。

        4.1.2 較大裂縫注漿處理

        對于寬度大于0.5 mm的裂縫,采用改性環(huán)氧樹脂進(jìn)行注漿處理,用鋼絲刷清除裂縫周邊并用高壓氣筒清除裂縫內(nèi)的灰塵,保持其干燥,再用小針管吸取配置好的改性環(huán)氧樹脂進(jìn)入注射,每道裂縫注射3次,每次注射使樹脂從裂縫溢出,注射時(shí)間間隔15 min,確保裂縫內(nèi)注漿充滿密實(shí)[3]。

        4.1.3 貫通裂縫返工處理

        針對裂縫較寬的網(wǎng)狀開裂,且范圍較長的裂縫,經(jīng)過取芯判定已經(jīng)貫穿開裂,直接鑿除返工處理。

        4.2 混凝土調(diào)平層開裂預(yù)防措施

        針對該文裂縫產(chǎn)生的原因,提出預(yù)防混凝土調(diào)平層開裂的措施,具體如下:

        a)澆筑調(diào)平層混凝土前應(yīng)認(rèn)真鑿毛,清除干凈梁頂?shù)母{和油污,以保證新、老混凝土良好結(jié)合。

        b)鋼筋網(wǎng)在混凝土調(diào)平層中起到傳遞荷載和防裂的作用,施工過程中設(shè)置定位鋼筋,保證鋼筋網(wǎng)片的保護(hù)層厚度。

        c)改進(jìn)混凝土,采用抗拉性能較好的鋼纖維混凝土,可有效抑制裂縫的發(fā)展。

        d)嚴(yán)格落實(shí)混凝土養(yǎng)生措施,保證混凝土施工質(zhì)量。

        e)加強(qiáng)交通管控,嚴(yán)禁重型車過早通行。

        5 結(jié)語

        一直以來,混凝土調(diào)平層開裂情況較為普遍,卻沒有得到重視?;炷琳{(diào)平層的裂縫如果任由其發(fā)展,在公路運(yùn)營過程中會(huì)逐漸反射到橋面鋪裝層導(dǎo)致路面開裂,使得后期維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用增加,所以在施工階段采取相關(guān)措施,在一定程度上可以有效降低運(yùn)營成本,延長橋面使用壽命。

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