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【摘 要】通过调查宁夏部分高速公路完工通车2年后的使用情况,发现水泥混凝土桥面铺装易出现混凝土开裂松散、唧浆等病害,严重影响行车安全及舒适性。主要从施工、设计的角度对引起水泥混凝土桥面铺装破坏的原因进行了分析,对其防治措施谈几点看法,仅供同行参考。
【关键词】桥面铺装；破损原因；防治措施
1.引言
目前宁夏高速公路桥梁工程桥面铺装一般均采用复合型桥面铺装层,即下层采用水泥混凝土铺装层,上层为沥青混凝土铺装层。桥面铺装层是车轮直接作用的部分,其作用是防止车轮直接磨耗行车道板,保护主梁免受雨水侵蚀,并对车辆轮重的集中荷载起分布作用; 桥面铺装层应有一定的强度,并能满足抗裂、抗冲击、耐磨性能等要求。水泥混凝土桥面铺装虽然在设计过程中不考虑直接参与受力的要求,但却对荷载分布起到重要作用,因此其质量不能忽视。下面主要从施工设计的角度对出现混凝土裂纹的情况进行分析,找出造成水泥混凝土桥面铺装层过早开裂的主要原因,并对桥面铺装早期损坏的防治措施进行了论述。
2.水泥混凝土桥面铺装过早破损的原因分析
2.1桥面铺装层施工厚度不足
在梁板施工过程中,施工单位和监理单位的质量保证体系不完善,验收各环节把关不严,造成成型的梁板尺寸过高;以及支座的高程控制不严,高于设计高程;或者梁板的倾斜度过大,或者由于调整桥面纵横坡等因素均可能造成梁板顶面高程高出设计值,因此造成了桥面铺装层厚度局部过薄,设计一般为8 ～12 cm,且规范要求不宜小于8 cm。但由于上述原因,造成桥面铺装局部厚度不足,其刚度、耐磨耗的功能大大降低,进而引起桥面铺装的早期损坏。
2.2桥面铺装层与主梁表面混凝土结合差,不能形成一体
在桥面铺装施工前,对梁板顶部的清理不彻底,梁板凿、刷毛效果差,表层的浮浆、泥、油污、松散混凝土清理不净,主梁表面未凿毛或凿毛的密度和深度不够,这些都严重影响桥面铺装层与梁顶面混凝土之间的结合力,破坏了水泥混凝土的整体性,在车辆荷载的反复作用下,桥面铺装层就容易出现开裂、松散等情况。
2.3桥面铺装层钢筋网变形、定位不准确
桥面铺装钢筋网一般设计要求在3 ∶7,即处在中上部,但在实际施工过程,钢筋定位不准确,采用的支垫措施不到位,或贴于梁顶面、或位于下部;以及在浇注水泥混凝土过程中,由于不能经受施工人员人为踩踏、运输机具碾踏等因素的影响,导致钢筋网严重变形,严重削弱了钢筋网承受荷载的能力,尤其是负弯矩区的桥面铺装层,更容易因之而出现桥面裂缝等早期损坏现象。
2.4梁板设计断面过小,梁板中部预拱度过大
在梁板设计过程中,为满足经济的要求,尤其是T梁,断面越来越小,这样刚度比度受影响,预拱度很大,在运营过程中挠度也很大。这样如果按照规范要求安放梁板,在保证了支座处的铺装厚度的情况下,梁跨中的厚度就得不到保证;同时由于施工过程中,混凝土的离散性较大,对预应力的施加不均匀等原因的影响, 这样同批生产的梁板, 跨中拱度不同。
2.5防水混凝土强度过低
由于设计普遍存在的梁板强度与铺装防水混凝土的强度不同的情况,比如很多桥面铺装的混凝土强度设计等级为C30,而梁板的混凝土强度为C40、C50,在车辆荷载的作用下,桥面铺装混凝土受力状态很复杂,由于强度低,也易造成破坏;同时在施工过程中,对桥面铺装混凝土的施工质量重视不足,采用的原材料质量低劣、砂率过大、水灰比控制不严、砂石料的级配控制差、抗渗强度不足、混凝土拌和物和易性差以及施工过程中振捣不够等因素造成混凝土出现蜂窝、气孔过多等缺陷,造成其强度降低,耐久性不足,均破坏了铺装层的整体性,降低了其抗裂、抗冲击、抗弯曲及耐磨的能力。
2.6养生措施不到位,混凝土干缩影响
桥面铺装若赶在大风天气施工,或施工完成后不及时进行全覆盖、全湿润养生,或刚施工完成后,认为踩踏外露钢筋等因素,都易出现早期裂缝,裂缝深度多在5 ～20 mm 之间,施工质量将大受影响。目前普遍存在着忽视混凝土养生现象,这更加促使温度收缩和干缩裂缝的发育,造成桥面的过早损坏。
目前大桥桥面铺装多采用泵送混凝土工艺,为满足泵送混凝土坍落度较大的要求,一般该值为12～16 cm,除掺入外加剂外,还加大了水泥用量和水灰比,这样混凝土干缩将大大增加。同时水泥用量大时水化热增大,引起行车道板和桥面铺装的温差而产生变形约束。由于混凝土硬化初期的抗拉强度小,若干缩和冷缩产生的拉应力超过其抗拉强度,则将导致混凝土内部及表面产生裂缝。
2.7施工缝处理不当
桥面铺装应力求少设施工缝,需设置施工缝的也应设在墩台顶的位置。桥面不宽时以全幅一次性浇注为好,桥面宽度大的可以分隔带为分界面。但不少施工单位在进行桥面铺装时随意设置施工缝,且对施工缝的处理也不当(如不按规范凿毛等) 。此外,浇注混凝土过程中出现的间歇时间太长(一般不宜超过1 h) ,又没有按规定设置施工缝。这些都严重地影响混凝土的连续性和整体性。
3.水泥混凝土桥面铺装过早破损的防治措施
(1)抓好前期设计工作,保证最小设计厚度,且设置厚度均匀,达到较为理想的受力状态;防水混凝土的强度宜与梁体同强度或低一个强度。对于需要调整横坡的桥梁,应在盖梁处及梁板顶面进行调整,不宜最后在桥面铺装内一次调整,这样既不利于厚度施工,又影响了钢筋的布设。
(2)抓好施工质量的控制,桥面铺装工程应作为独立的单元工程实行专项管理,成立专项领导小组,安排专业队伍组织施工。适先进行技术交底,从钢筋绑扎、顶面清理、钢筋支垫、混凝土浇筑方法、采用的工艺、设备、养生措施等各环节入手,可先进行试验段的施工,通过检测平整度、厚度等指标发现工艺中存在的问题而后进行总结。尤其是施工质量保证体系的建立和监理工程师的验收不得松懈。具体的施工质量控制应抓好以下几个施工环节:
①桥面铺装施工前,应认真检查梁板顶面的高程,特别应注意标高最高的梁板顶混凝土的高度,不能影响钢筋的正确位置。梁板顶面的高程必须满足桥面铺装的厚度要求,应满足设计、规范要求,对超高的部分、负弯矩张拉齿板处多余的混凝土、不密实的混凝土必须提前进行凿除处理。 ②梁板上凡是刷毛不到位,未达到混凝土结合露出小石子且密实处必须进行凿毛处理。
③认真做好桥面清理工作,把梁板顶面的松散混凝土、油污、张拉槽内的杂物浮浆等进行清理,清理干净后用高压水枪冲洗。
④严格按照图纸及技术规范要求进行钢筋绑扎,位置要准确,间距要均匀,钢筋要顺直,绑扎要牢固,钢筋网的整体尺寸及网眼的尺寸、对角线长度均应符合规范要求。注意做好钝角处加强钢筋的绑扎工作。钢筋不能有锈皮、油污等。钢筋网的高度控制,可用在钢筋下垫钢筋的方法解决,不宜使用砂浆垫块,钢筋绑扎完毕经检验合格后,应尽快进行桥混凝土的浇筑,浇筑混凝土前,禁止一切车辆和闲杂人员在绑扎好的钢筋上通行,以避免钢筋扭曲变形。
⑤桥面铺装浇筑混凝土时单幅宜全幅或应分两幅浇筑,纵缝的位置要错开纵向横接缝不少于20 cm,宜留在梁的中心线上,并且要避开车轮碾压最大受力处。浇注混凝土时应顺桥向推进。施工横缝禁止留在负弯矩区内,在施工横缝处桥面纵向钢筋不得断开。
⑥为严格控制桥面铺装的高程与平整度,两侧滑道宜采用5 cm 的槽钢, 槽钢沿桥纵向每间隔60 cm左右用一颗膨胀螺栓将槽钢与桥面牢固地固定,并利用膨胀螺栓来调整槽钢的高度及平整度。槽钢还用来作为浇筑混凝土时两侧模板用。为防止施工时滑道下面漏浆,可采用外堵水泥砂浆的方法堵塞滑道下面的缝隙,但砂浆绝对不能侵占桥面混凝土截面的位置,桥面混凝土的中间施工缝必须是垂直立面的竖接缝,并在下次浇筑混凝土前凿毛处理合格。
⑦混凝土开始浇注前要对桥面再次清理和洒水湿润,使梁板顶混凝土充分湿润保证能与新浇筑的混凝土充分粘接,上料应使用泵车或吊车,不能使用罐车等直接在钢筋上行走,防止破坏桥面铺装的钢筋网。混凝土的坍落度在满足施工机具和规范要求的同时应尽量减小到下限,上料后及时进行人工摊平,高度应略高于高程滑道。
⑧混凝土的振捣,大桥宜使用三辊轴提浆机组、振捣棒、平板振捣器,并尽量配合使用真空吸水,抹面机抹平;中小桥可使用振捣梁振捣,使用滚杠配合整平,振捣时发现低洼处,及时用混凝土找平,严禁事后用水泥砂浆找补。
⑨抹面时应用脚手板搭于两侧滑道上,木板数量、刚度要足够,工人站在木板上进行抹面,边抹边用3 m直尺,纵向、横向校核平整度,保证桥面铺具有良好的大面平整度,严禁出现坑洼集水现象。收浆抹面完成后,待表面混凝土已基本失去塑性达到一定强度后进行刷毛处理,刷毛要将表面浮浆全部刷去,露出小石子尖为宜,边刷毛,边清扫,并用塑料薄膜全覆盖,并及时洒水养生,养生以保持混凝土表面湿润为原则,以防止风干或气温变化而产生收缩裂纹,桥面防水混凝土的强度达到100%以前,禁止任何施工机械在上面作业。
⑩施工完成后拆除高程滑道,把用于堵漏的砂浆和漏出的混凝土及时凿除、清扫干净。当第一条桥面混凝土的强度达到25MPa以上时,可以浇注第二条混凝土。第二条混凝土铺装浇筑时,两条混凝土中间的纵接缝处要按照施工缝进行处理,必须清除砂浆、废物,凿成垂直面,凿毛,洒水充分湿润。当铺好混凝土后,接缝处要二次抹面,二次收浆,精心施工,加强两次浇筑混凝土的有效结合,此处桥面横向钢筋不断开。
(3)严格控制混凝土的施工质量及梁板的几何尺寸,保障同跨的梁板的混凝土强度基本相同,预应力的施加适合,同跨梁板的预拱度基本相同,从而保证厚度基本一致。
(4)控制好施工时间,采用覆盖透水土工织物的方法养生效果较好。在施工时间上要错开大风、雨天的天气,在夏季施工时要错开中午炎热时间。养生过程在施工期7 d内要做到“全覆盖、全湿润、全天候”养生,也可采用塑料管喷雾状养生的方法。
目前水泥混凝土桥面铺装施工在我国很多省市仍未引起足够的重视,部分路段早期病害较为严重,通过在宁夏经历的几个工程中作为重点工程来抓,通车后使用效果较为理想。
【关键词】桥面铺装；破损原因；防治措施
1.引言
目前宁夏高速公路桥梁工程桥面铺装一般均采用复合型桥面铺装层,即下层采用水泥混凝土铺装层,上层为沥青混凝土铺装层。桥面铺装层是车轮直接作用的部分,其作用是防止车轮直接磨耗行车道板,保护主梁免受雨水侵蚀,并对车辆轮重的集中荷载起分布作用; 桥面铺装层应有一定的强度,并能满足抗裂、抗冲击、耐磨性能等要求。水泥混凝土桥面铺装虽然在设计过程中不考虑直接参与受力的要求,但却对荷载分布起到重要作用,因此其质量不能忽视。下面主要从施工设计的角度对出现混凝土裂纹的情况进行分析,找出造成水泥混凝土桥面铺装层过早开裂的主要原因,并对桥面铺装早期损坏的防治措施进行了论述。
2.水泥混凝土桥面铺装过早破损的原因分析
2.1桥面铺装层施工厚度不足
在梁板施工过程中,施工单位和监理单位的质量保证体系不完善,验收各环节把关不严,造成成型的梁板尺寸过高;以及支座的高程控制不严,高于设计高程;或者梁板的倾斜度过大,或者由于调整桥面纵横坡等因素均可能造成梁板顶面高程高出设计值,因此造成了桥面铺装层厚度局部过薄,设计一般为8 ～12 cm,且规范要求不宜小于8 cm。但由于上述原因,造成桥面铺装局部厚度不足,其刚度、耐磨耗的功能大大降低,进而引起桥面铺装的早期损坏。
2.2桥面铺装层与主梁表面混凝土结合差,不能形成一体
在桥面铺装施工前,对梁板顶部的清理不彻底,梁板凿、刷毛效果差,表层的浮浆、泥、油污、松散混凝土清理不净,主梁表面未凿毛或凿毛的密度和深度不够,这些都严重影响桥面铺装层与梁顶面混凝土之间的结合力,破坏了水泥混凝土的整体性,在车辆荷载的反复作用下,桥面铺装层就容易出现开裂、松散等情况。
2.3桥面铺装层钢筋网变形、定位不准确
桥面铺装钢筋网一般设计要求在3 ∶7,即处在中上部,但在实际施工过程,钢筋定位不准确,采用的支垫措施不到位,或贴于梁顶面、或位于下部;以及在浇注水泥混凝土过程中,由于不能经受施工人员人为踩踏、运输机具碾踏等因素的影响,导致钢筋网严重变形,严重削弱了钢筋网承受荷载的能力,尤其是负弯矩区的桥面铺装层,更容易因之而出现桥面裂缝等早期损坏现象。
2.4梁板设计断面过小,梁板中部预拱度过大
在梁板设计过程中,为满足经济的要求,尤其是T梁,断面越来越小,这样刚度比度受影响,预拱度很大,在运营过程中挠度也很大。这样如果按照规范要求安放梁板,在保证了支座处的铺装厚度的情况下,梁跨中的厚度就得不到保证;同时由于施工过程中,混凝土的离散性较大,对预应力的施加不均匀等原因的影响, 这样同批生产的梁板, 跨中拱度不同。
2.5防水混凝土强度过低
由于设计普遍存在的梁板强度与铺装防水混凝土的强度不同的情况,比如很多桥面铺装的混凝土强度设计等级为C30,而梁板的混凝土强度为C40、C50,在车辆荷载的作用下,桥面铺装混凝土受力状态很复杂,由于强度低,也易造成破坏;同时在施工过程中,对桥面铺装混凝土的施工质量重视不足,采用的原材料质量低劣、砂率过大、水灰比控制不严、砂石料的级配控制差、抗渗强度不足、混凝土拌和物和易性差以及施工过程中振捣不够等因素造成混凝土出现蜂窝、气孔过多等缺陷,造成其强度降低,耐久性不足,均破坏了铺装层的整体性,降低了其抗裂、抗冲击、抗弯曲及耐磨的能力。
2.6养生措施不到位,混凝土干缩影响
桥面铺装若赶在大风天气施工,或施工完成后不及时进行全覆盖、全湿润养生,或刚施工完成后,认为踩踏外露钢筋等因素,都易出现早期裂缝,裂缝深度多在5 ～20 mm 之间,施工质量将大受影响。目前普遍存在着忽视混凝土养生现象,这更加促使温度收缩和干缩裂缝的发育,造成桥面的过早损坏。
目前大桥桥面铺装多采用泵送混凝土工艺,为满足泵送混凝土坍落度较大的要求,一般该值为12～16 cm,除掺入外加剂外,还加大了水泥用量和水灰比,这样混凝土干缩将大大增加。同时水泥用量大时水化热增大,引起行车道板和桥面铺装的温差而产生变形约束。由于混凝土硬化初期的抗拉强度小,若干缩和冷缩产生的拉应力超过其抗拉强度,则将导致混凝土内部及表面产生裂缝。
2.7施工缝处理不当
桥面铺装应力求少设施工缝,需设置施工缝的也应设在墩台顶的位置。桥面不宽时以全幅一次性浇注为好,桥面宽度大的可以分隔带为分界面。但不少施工单位在进行桥面铺装时随意设置施工缝,且对施工缝的处理也不当(如不按规范凿毛等) 。此外,浇注混凝土过程中出现的间歇时间太长(一般不宜超过1 h) ,又没有按规定设置施工缝。这些都严重地影响混凝土的连续性和整体性。
3.水泥混凝土桥面铺装过早破损的防治措施
(1)抓好前期设计工作,保证最小设计厚度,且设置厚度均匀,达到较为理想的受力状态;防水混凝土的强度宜与梁体同强度或低一个强度。对于需要调整横坡的桥梁,应在盖梁处及梁板顶面进行调整,不宜最后在桥面铺装内一次调整,这样既不利于厚度施工,又影响了钢筋的布设。
(2)抓好施工质量的控制,桥面铺装工程应作为独立的单元工程实行专项管理,成立专项领导小组,安排专业队伍组织施工。适先进行技术交底,从钢筋绑扎、顶面清理、钢筋支垫、混凝土浇筑方法、采用的工艺、设备、养生措施等各环节入手,可先进行试验段的施工,通过检测平整度、厚度等指标发现工艺中存在的问题而后进行总结。尤其是施工质量保证体系的建立和监理工程师的验收不得松懈。具体的施工质量控制应抓好以下几个施工环节:
①桥面铺装施工前,应认真检查梁板顶面的高程,特别应注意标高最高的梁板顶混凝土的高度,不能影响钢筋的正确位置。梁板顶面的高程必须满足桥面铺装的厚度要求,应满足设计、规范要求,对超高的部分、负弯矩张拉齿板处多余的混凝土、不密实的混凝土必须提前进行凿除处理。 ②梁板上凡是刷毛不到位,未达到混凝土结合露出小石子且密实处必须进行凿毛处理。
③认真做好桥面清理工作,把梁板顶面的松散混凝土、油污、张拉槽内的杂物浮浆等进行清理,清理干净后用高压水枪冲洗。
④严格按照图纸及技术规范要求进行钢筋绑扎,位置要准确,间距要均匀,钢筋要顺直,绑扎要牢固,钢筋网的整体尺寸及网眼的尺寸、对角线长度均应符合规范要求。注意做好钝角处加强钢筋的绑扎工作。钢筋不能有锈皮、油污等。钢筋网的高度控制,可用在钢筋下垫钢筋的方法解决,不宜使用砂浆垫块,钢筋绑扎完毕经检验合格后,应尽快进行桥混凝土的浇筑,浇筑混凝土前,禁止一切车辆和闲杂人员在绑扎好的钢筋上通行,以避免钢筋扭曲变形。
⑤桥面铺装浇筑混凝土时单幅宜全幅或应分两幅浇筑,纵缝的位置要错开纵向横接缝不少于20 cm,宜留在梁的中心线上,并且要避开车轮碾压最大受力处。浇注混凝土时应顺桥向推进。施工横缝禁止留在负弯矩区内,在施工横缝处桥面纵向钢筋不得断开。
⑥为严格控制桥面铺装的高程与平整度,两侧滑道宜采用5 cm 的槽钢, 槽钢沿桥纵向每间隔60 cm左右用一颗膨胀螺栓将槽钢与桥面牢固地固定,并利用膨胀螺栓来调整槽钢的高度及平整度。槽钢还用来作为浇筑混凝土时两侧模板用。为防止施工时滑道下面漏浆,可采用外堵水泥砂浆的方法堵塞滑道下面的缝隙,但砂浆绝对不能侵占桥面混凝土截面的位置,桥面混凝土的中间施工缝必须是垂直立面的竖接缝,并在下次浇筑混凝土前凿毛处理合格。
⑦混凝土开始浇注前要对桥面再次清理和洒水湿润,使梁板顶混凝土充分湿润保证能与新浇筑的混凝土充分粘接,上料应使用泵车或吊车,不能使用罐车等直接在钢筋上行走,防止破坏桥面铺装的钢筋网。混凝土的坍落度在满足施工机具和规范要求的同时应尽量减小到下限,上料后及时进行人工摊平,高度应略高于高程滑道。
⑧混凝土的振捣,大桥宜使用三辊轴提浆机组、振捣棒、平板振捣器,并尽量配合使用真空吸水,抹面机抹平;中小桥可使用振捣梁振捣,使用滚杠配合整平,振捣时发现低洼处,及时用混凝土找平,严禁事后用水泥砂浆找补。
⑨抹面时应用脚手板搭于两侧滑道上,木板数量、刚度要足够,工人站在木板上进行抹面,边抹边用3 m直尺,纵向、横向校核平整度,保证桥面铺具有良好的大面平整度,严禁出现坑洼集水现象。收浆抹面完成后,待表面混凝土已基本失去塑性达到一定强度后进行刷毛处理,刷毛要将表面浮浆全部刷去,露出小石子尖为宜,边刷毛,边清扫,并用塑料薄膜全覆盖,并及时洒水养生,养生以保持混凝土表面湿润为原则,以防止风干或气温变化而产生收缩裂纹,桥面防水混凝土的强度达到100%以前,禁止任何施工机械在上面作业。
⑩施工完成后拆除高程滑道,把用于堵漏的砂浆和漏出的混凝土及时凿除、清扫干净。当第一条桥面混凝土的强度达到25MPa以上时,可以浇注第二条混凝土。第二条混凝土铺装浇筑时,两条混凝土中间的纵接缝处要按照施工缝进行处理,必须清除砂浆、废物,凿成垂直面,凿毛,洒水充分湿润。当铺好混凝土后,接缝处要二次抹面,二次收浆,精心施工,加强两次浇筑混凝土的有效结合,此处桥面横向钢筋不断开。
(3)严格控制混凝土的施工质量及梁板的几何尺寸,保障同跨的梁板的混凝土强度基本相同,预应力的施加适合,同跨梁板的预拱度基本相同,从而保证厚度基本一致。
(4)控制好施工时间,采用覆盖透水土工织物的方法养生效果较好。在施工时间上要错开大风、雨天的天气,在夏季施工时要错开中午炎热时间。养生过程在施工期7 d内要做到“全覆盖、全湿润、全天候”养生,也可采用塑料管喷雾状养生的方法。
目前水泥混凝土桥面铺装施工在我国很多省市仍未引起足够的重视,部分路段早期病害较为严重,通过在宁夏经历的几个工程中作为重点工程来抓,通车后使用效果较为理想。