客运专线铁路工程施工质量验收标准应用指南

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植丽开（广州市芳村区市政设施维护工程有限公司，广东  广州  510370）      【摘   要】文章对混凝土温度裂缝产生的原因、现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施等进行了阐述。　　【关键词】混凝土；温度应力；裂缝；控制    【中图分类号】 TU755                        【文献标识码】 A                    【文章编号】 1008-1151(2006)07-0028-02      混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而在今天，混凝土的裂缝较为普遍，在桥梁工程中裂缝几乎无所不在。尽管我们在施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍然时有出现。究其原因，我们对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性；其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施作一探讨。　　一、裂缝的原因　　混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其他外荷载所引起的应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。　　二、温度应力的分析　　根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：　　（一）早期。自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。　　（二）中期。自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，在这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。　　（三）晚期。混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。根据温度应力引起的原因可分为两类：　　１．自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥梁墩身，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。　　２．约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松弛，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响。　　三、温度的控制和防止裂缝的措施　　为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手：　　（一）控制温度的措施　　１．采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；　　２．拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；　　３．热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；　　４．在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；　　５．规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；　　６．施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施；　　（二）改善约束条件的措施　　１．合理地分缝分块；　　２．避免基础过大起伏；　　３．合理地安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。　　此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。　　在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。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。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海绵等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。　　加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7～15倍，当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100～200kg／cm2。因此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝，其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅，但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。　　（三）减少开裂的措施　　为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如使用减水防裂剂，笔者在实践中总结出其主要作用为：　　１．混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低。这个表面张力理论早在20世纪60年代就已被国际上所确认。　　２．水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25％。　　３．水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15％的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。　　４．减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。　　５．提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。　　６．混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效地提高混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。　　７．掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。　　８．掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。　　９．掺外加剂混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩。许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能，我们在工程实践中应多进行这方面的实验对比和研究，比单纯的靠改善外部条件，可能会更加简捷、经济。　　四、混凝土的早期养护　　实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：　　第一，防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。　　第二，防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。　　第三，防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。　　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、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。混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。从理论上分析，新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而推迟或妨碍水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应切实重视起来。　　五、结语　　以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨，虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。

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砼路面病害主要表现为裂缝、沉陷、严重破碎板、板角断裂、唧泥、错台、接缝材料破损等。针对这些病害如果不及时养护维修，其路面使用性能将迅速下降。因此，这十多年来针对路面不同病害，采取相应的养护措施，在多年的水泥路养护中，不断总结教训积累了一定的经验。下面就水泥砼面养护维修问题谈谈具体的看法和做法，以求共同探讨。
　　一、主要病害的成因
　　从目前产生的病害来分析，主要原因有以下五种：（1）水的防治不够，路基土质差及路基地下水位高；（2）路基不均匀沉降；（3）路面基层，面层强度不足；（4）超重荷载的作用；（5）设计和施工缺陷。
　　（一）水的防治不及时，是产生病害的主要原因。水泥路面的横向缝都是采用沥青灌塞，纵缝为施工缝不灌沥青。路肩盲沟排水的设置基本没有设置。经过多年的行车作用，路面板块间相互挤压，原路面横缝的填缝料已剥落破损。路面的地表水通过裂缝接缝渗入基层，由于渗水无法从路肩渗出，造成基层软化。在车辆荷载的重复作用下，产生唧泥现象将基层细料冲走导致板端脱空、路面板块松动、错台、板角冒浆，最后开裂断板破碎。
　　（二）路基不均匀沉降造成板断裂和破碎。病害大部分分布在路基填挖交界段，高填方路段及路面与桥涵等构造物交接路段，造成路面病害的主要原因是路基的不均匀沉降引起的，因为路基的不均匀沉降造成路面的沉陷，在车辆高速冲击作用下造成错台渗水、唧泥导致断裂和破碎板。
　　（三）路面基层和面层强度不够也是造成破碎板的原因。现在公路路面面层厚度为24㎝、基层厚度为25～30㎝，采用石灰与粉煤灰稳定碎石结构。作为砼路面基层，首先要求强度高、整体性和水稳性好。从现场观察到的二灰基层来看，其强度本身不是很好，加上基层施工拌和不够均匀，压实不够等施工原因造成基层不板结，局部地方还有松散现象，基层强度难以满足设计要求。在行车荷载作用下，砼板底的拉应力增大，甚至在超载超限车的作用下，砼板可能产生过大的荷载应力而造成强度破坏。另外，由于种种原因原砼路面施工局部地段厚度达不到设计厚度，砼配合比也达不到设计要求，从而降低砼路面的强度，在荷载强作用下，砼路面无法承受荷载带来的竖向剪切力从而导致路面断板、碎破板。
　　（四）超重荷载的作用也是造成砼路面断板、碎板的主要原因。随着经济的发展，车流量不断增加，如行驶在我区南梧公路上的通量由原来通车时的3000～4000车辆/昼夜，猛增到目前的12000～14000辆/昼夜，加上绝大部分的车辆已经进行改装，加高车厢，加厚大梁等等，严重超载的荷载远远超过了设计承受车轮的作用压力，造成砼板块疲劳，形成断裂和破碎，大大缩短正常使用年限。据我局去年上路稽查超限车辆统计有80%车辆超限超载，有70%的车辆已进行改装。一昼夜严重超限载车辆有2000～3000辆，其中有些挂车载重量为100多吨，大大超过路面设计荷载。
　　（五）设计和施工方面缺陷隔敢导致砼路面各种病害的产生。观察车流量大的路段，路面病害变化最快，原因是设计对交通量预测计算不够准确，基层、面层设计厚度设计偏薄，设计时当量轴载由于都按当地车型额定载重进行换算，而近几年来交通量迅增，超载超限车辆不断增多，这种设计换算当量轴载已不适应，按当时砼路面设计规范，设计中采用下式换算系数进行标准轴载换算：K=αi（）16其中αi为轴数系数，单轴时αi=1，双轴时αi=1.46×10-5Pi-0.3767，从上式可看出，当车辆轴载增加时，换算轴载作用的次数按16次方递增，这样会大大影响砼路面的寿命。
　　二、针对目前存在的病害采用不同的处治方法
　　（一）路面日常性养护维修方法：这种方法主要有沥青灌缝和沥青碎石罩面两种
　　1．适用砼路面病害：（1）沥青灌缝适用于轻微的裂缝，板角断裂，横向伸缩缝，纵向接缝张开和已作灌浆处理的唧泥，板底脱空等；（2）沥青碎石罩面适用于错台，沉陷，严重板角断裂，中等、严重裂缝。
　　2．使用的材料及技术要求：（1）沥青灌缝采用沥青为A90#或A100#和过筛干净石粉及0.3～0.5㎝石屑；（2）沥青碎石罩面采用的碎石为S14型，沥青标号为A90#～200#，其它技术指标应符合沥青路面施工技术要求。
　　3．施工要求和操作方法：（1）沥青灌缝：A．首先把老化的填料及缝内杂物清扫干净，深度达3～4㎝，如遇过深时，缝的下部可填2.5～3.0㎝高的泡沫塑料支撑条；B．加热沥青注意控制好温度，一般控制在140～160℃之间，同时要在灌缝沥青加入10%～20%的A60#沥青，防止夏季温度高时缝中沥青冒出，污染路面，甚至被车轮带走。C．灌缝前先撒一些石粉，以便收集多余的沥青，灌缝后撒上一层石粉防止沥青被车轮带走。对板角断裂、轻微裂缝或已作灌浆处理过的轻型唧泥和板底脱空，灌沥青后应撒上0.3～0.5㎝石屑处理。（2）沥青碎石罩面：A．采用热拌法进行拌和均匀同时注意控制料和沥青的温度，用油量采用6%～8%（油石比）；B．处理病害铺装前注意清扫干净后，并涂抹上一层热沥青作为粘层油，用量为0.4～0.6㎏/㎡。C．铺装时注意与旧路面的衔接平顺，线形美观，中等、严重裂缝，罩裂缝宽度要求不小于20㎝；D．刮平后，用车子碾压几遍，并撒上一层石粉。
　　（二）钻孔压浆处治法
　　1．适用范围：脱空板、沉陷、错台、破碎板（未出现松动现象）等。
　　2．使用的材料和技术要求：（1）灌浆所用的材料为：普通硅酸盐水泥425#、粉煤灰、膨胀剂、早强剂和水；（2）配合比（重量比）为：水泥：粉煤灰：膨胀剂：早强剂：水=1:1:0.07:0.015:1(单位㎏)。
　　3．施工要求和操作方法：（1）用空压钻孔机在处治的板块面钻2～4小贯穿板厚的洞孔，孔径约为5㎝，灌浆孔的布设一般为品字型；（2）灌浆机械可压力灌浆机或压浆泵，灌浆压力为3～5Mpa，利用压浆泵把流动式的水泥浆合物，从上述的钻孔压到板底空隙；（3）灌浆作业应先从沉陷量大的地方灌浆孔开始，逐步由大到小，由近到远，直到水泥板达到预定的高度或裂缝冒出浆为止（一般灌注压力为1.5～2.5Mpa），用木楔堵孔；（4）待砂浆搞压强度达到5Mpa时，用高强砂浆堵孔，抗压强度10Mpa后开放交通（一般保养5～7天即可）；（5）压浆后进行弯沉检测，实测弯沉应不大于0.2㎜，否则应重新进行压浆处理。
　　（三）清除破碎板再浇筑新路面法
　　1．适用范围：适用于严重破碎板、沉陷、严重板角断裂等。
　　2．使用的材料及技术要求：（1）水泥使用普硅425#或525#，碎石最大粒径不大于31.5㎜，砂的细度模数不小于2.5，含泥量小于1%，外掺料，高早强、收缩小、耐久性好的混凝土快速修补剂；（2）35#水泥砼配合比：水泥：中（粗）砂：碎石：早强剂：水=370㎏：715㎏：1315㎏：3.7㎏：190㎏（坍落度控制在1～2㎝之间）。
　　3．施工要求及操作方法：（1）凿除破碎板块清理干净处理好基层使其具有足够的强度和稳定性，如果出现基层、软弹、松散、不板结现象，则要求全部挖除软弹基层并用C15#砼调平，待浇筑路面时布设Φ12钢筋网补强，规格间距为20×20㎝；（2）其它施工工序与一般水泥路面施工程序相同；（3）由于渗入早强剂，24小时内用薄膜或稻草覆盖养生，一般4～5天即可开放交通。
　　三、对砼路面养护的经验和教训
　　水泥砼路面养护工作必须贯彻“预防为主、防治结合”方针根据路面的实际情况和具体条件，以及水文、地质、气候、交通和公路等级情况，采取预防性和经常性的保养和相应修补，确保路面处于良好状况，保障行车安全、舒适、畅通。我觉得砼路面的养护首先应该坚持“预防为主，以治水、养护及时到位为主”。从上述砼路面病害成因分析来看：水是最主要的，其它方面的原因也是相继影响的。
      （一） 在教训方面主要从以几点分析
　　1．养护灌缝不及时，水泥砼板缩缝、胀缝、施工缝，施工时均是采用沥青灌缝，使用年限一般2～3年，应进行更换。如果接缝养护不及时，大量的地表水极易通过接缝下渗，基层顶层积水、浸泡、软化造成板底淘空，产生断板、破碎板。
　　2．砼路面早期一些病害处理方法不当不及时，如砼板断裂，板角断裂等病害就没处理及时，而当时只侧重处理严重病害而忽视对板裂缝的灌缝封水处理，这使地表水渗入，加剧其它病害的产生。
　　3．对砼路面中、晚期严重病害投入资金和力量不够，前几年路面养护中是停留在日常养护，小面积人工修补，而对一些板底脱空、错台严重破碎的养护没有得到及时有效的处理，这也是导致各种病害进一步发展的原因。
　　（二）经验成效
　　1．加强对砼路面病害的监控：为了正确地掌握砼路面的各种病害数量和变化规律，每月组织有关人员对砼路面进行调查，详细记录路面病害的桩号、类型和工程数量，并描绘砼板块病害图，及时将数据整理存档，依据数据和病害类型进行修复和处理。
　　2．加强预防性养护和经常性养护：首先做好路基路面排水工作，做到经常上路巡查及早发现病害，并针对性对病害进行适当的养护和维修，做到见缝必封，在每年雨季到来之前，对老化、失效的路面纵横缝及时进行换缝、灌缝。对裂缝、错台、沉陷等病害进行修补，对水泥路面修补主要采用沥青碎石罩面和条形罩面，这样处治大大减少地表水渗入路基、路面，防止砼板块病害进一步扩大。从经济方面来讲，这些处治方法投入资金少，简单易操作，起到的效果和范围也较大。
　　3．加大对砼路面严重病害的处理：对砼路面严重病害，日常养护难以恢复其使用功能，特别是错台、脱空板、沉陷，严重破碎板等病害。做到见空必灌，对砼路面的脱空、沉陷、错台等病害进行压浆处理，避免造成板面裂缝，裂缝扩大板体变形，形成严重破碎板。
　　四、对水泥路养护的一些建议
　　1. 必须做好预防性和经常性养护工作，做好“防水、治水”工作，做到“四见”即见水必排，见缝必补，见空必灌，见碎必补，不仅要排路面上的水，也要处理路面下的水。
　　2. 加大对砼路面养护资金的投入，每年都要对砼路面那些靠日常养护无法恢复砼路面使用权功能的严重病害的处治，巩固和提高路况，确保行车安全、交通畅通。
　　3. 加大对超限超载车辆的稽查力度，从避免砼路面受超荷超载作用方面延长砼路面的使用年限。

binhai

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binhai

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invincible

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秦蓝

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秦蓝

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