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时间:2022-08-09 19:51:07
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【关键词】钢纤维混凝土;施工技术;路桥工程;应用;特点;施工工艺
新市场经济体制下,交通运输行业的发展将对国民经济的增长造成极大的影响,这也是国家重视公路桥梁建设的直接原因。路桥工程施工中材料与技术是其确保质量的主要因素,为此,施工单位必须重视施工材料的选用与技术水平的提升。钢纤维混凝土作为新型复合建筑材料,目前已经在桥梁道路工程、建筑工程等多个领域得到了广泛地应用与推广。相比普通混凝土,钢纤维混凝土具有良好的抗拉、抗剪、抗裂及耐冲击性能,其性能增强机理已经得到了符合力学理论和纤维间距理论的证实。
一、钢纤维混凝土的特点
1、具有较强的抗拉、抗弯及抗压能力。据相关试验显示,将适量钢纤维拌入混凝土内,可以对单轴抗拉极限强度进行40%到50%的有效提升,而抗弯极限强度则可以有效提升50%到150%之间。当钢纤维适量掺加到混凝土后,将改变混凝土抗压破坏的形式,遭到损坏破碎后则不会出现散落的现象,进而达到抗压能力提升的作用。
2、具有良好的抗冲击能力。当纤维掺量在0.8%到2.0%范围时,与普通混凝土相比钢纤维混凝土的抗冲击能力可高出50到100倍,极大提升了抗冲击韧性指标。
3、抗裂、抗疲劳及抗剪性能良好。在开裂荷载与极限荷载方面,普通混凝土具有一致性,而钢纤维混凝土产生开裂荷载后,则会增加其荷载。在钢纤维体积率增大后,将增加其初裂荷载、极限荷载与韧性。根据直接剪切试验研究表明,基体错动后,钢纤维混凝土仍具有良好的承载能力。
二、钢纤维混凝土施工技术在路桥工程中的施工工艺
1、工程案例
某路桥工程以水泥混凝土作为主要路面材料(图1),需要修补的路段长度为112米,宽度为6米。路面在修补前主要呈现出破碎、断裂等状况,其原有路面为普通混凝土浇筑,少量板底基层出现下沉等情况。为提高其质量,先选用钢纤维混凝土修补路面,选取C15素混凝土浇筑进行基层补强,旧路面平均凿除深度为25厘米,路面浇筑需选用厚度为12厘米的C30钢纤维混凝土进行施工。
2、路基处理
当路基承载力特征值在120kpa以上时,应先将全部杂填土清理干净,同时开挖到底部标高300毫米以下,碾压时则选用压路机(15吨)进行3遍碾压施工,将其速度控制在每分钟20到25米的范围内,轮迹搭接宽度为20到30厘米。完成一层碾压后,利用环刀法进行试验,将基土压实度控制在0.95以上,部分位置压路机无法碾压时,应通过打夯机进行有效夯实。
将级配碎石铺设到上部位置,其厚度应控制在200到300毫米,碎石粒径则应控制在5毫米到25毫米之间,铺设前应确保拌和的均匀度,碎石层覆盖时,应利用震动压路机(15吨)进行碾压作业,确保其密实度符合施工要求。如新填土不符合施工相关规定,应彻底清除,随后遵循相关规定进行级配碎石回填施工。为避免碎石将塑料薄膜刺破,应将一层细沙覆盖到级配碎石上面,随后进行洒水作业,保持其湿润度。将双层塑料膜铺设到钢纤维混凝土下面,起到隔水的作用,确保单层厚度在0.08毫米左右。如特殊位置,应增加钢筋的安装量。
3、定位放样与支模
对槽钢侧模标高进行有效控制是本工程施工定位放样的主要目的,将混凝土设计厚度定在250到300毫米之间,并选用槽钢侧模进行施工。首先将灰饼设置在侧模下方,确保其间距在1500毫米以下,进而对标高进行有效控制。挂通线应在模板安装前进行,根据挂线位置在基层上进行侧模板的放置,对其位置进行初步固定,通过水准仪对模板顶部标高的准确度进行检查,确保其与设计要求相符合,并对模板的平直度进行详细检查,当侧模顶标高与设计要求相符后,利用钢筋棍钉入地面下和侧模焊接,达到槽钢水平固定的作用。
4、钢纤维的掺加
在现场添加钢纤维,通过计算机对每次投放量进行严格计量,应严格遵循设计规定对掺量进行有效控制。确保选用的混凝土标号与塌落度与施工要求相符合,在钢纤维投放过程中,应指派专人选用罐车进行运输。搅拌机在钢纤维掺加过程中处于旋转状态,一般选用钢纤维分散机与手工的方式进行钢纤维的掺加,将掺加速度控制在40kg/min。掺加完成后对搅拌罐进行3到5分钟全速转动。
5、铺设钢纤维混凝土
混凝土选用跳仓浇筑,设置时施工缝应与伸缩缝相结合。每个区段内短向(6米)隔跨支模,进而实现隔跨浇筑混凝土,当混凝土强度与设计要求符合时,将第一次浇筑的混凝土地面作为第二次浇筑混凝土的侧模,并进行第二次浇筑施工。
选用商品混凝土作为混凝土材料,按照设计配合比进行混凝土拌和作业,通过混凝土罐车进行运输,并把混凝土自卸入模,出料与铺筑过程中,应在1.5米范围内严格控制卸料高度,进而对离析状况进行有效控制。通过纵向分条的方式进行钢纤维混凝土铺设作业,相比分隔缝,纵向分条宽度应与其具有一致性。从端部进行摊铺施工,在膜内倒入混凝土拌合物后,要集中卸料,保持较慢的速度,厚度应比模板高出2厘米左右,特殊情况下应增、减材料,以此确保纵横断面与施工要求相符,混凝土摊铺过程中不能出现中断情况,应确保其持续性。
6、振捣钢纤维混凝土
在浇筑混凝土时,必须振捣钢纤维混凝土,以此提高混凝土的密实度,并确保混凝土与钢纤维之间的密合度。在施工过程中应及时进行钢纤维混凝土表面提浆作业,选用的工具一般为振动棒与振动梁。同时选用浆头在混凝土初凝前将露出的钢纤维进行覆盖。在振捣过程中应对振捣时间进行严格控制,并确保移动距离与插入深度符合施工要求,避免漏振与过振等情况的产生。
7、钢纤维混凝土抹光和养护
整平、振实混凝土后,应停止施工4小时,也可以根据具体的天气情况、塌落度进行时间的确定,为确定混凝土是否处于初凝状态,可选用脚踩上面,出现5毫米脚印下沉为标准。在混凝土表面选用抹光机进行一到两遍粗抹,随后进行提浆、搓毛及压实作业。一次抹光作业完成后,下次抹光作业应在混凝土表面水分蒸发后进行,同时选用人工的方式对部分凹陷与不平整位置进行补浆与抹平,随后选用机械设备进行全面抹平作业。确保抹平与压实整个面层后,应复核其平整度,检查工作应在机械抹光后利用靠尺完成,进而对面层平整度进行良好控制。在钢纤维混凝土养护中,主要选用的材料为薄膜、草包等,确保其表面具备14天的湿润程度,并将其养护周期控制在28天。
三、路桥工程中钢纤维混凝土施工技术的应用
在路桥施工中,钢纤维混凝土施工技术是重要的施工方式之一,可以有效提高路桥防腐蚀性与耐久性。钢纤维混凝土是一种新型的优质水泥基复合材料,具有施工简便、性能好、价格低等优点,可广泛应用于路桥工程施工中。
1、桥面铺装中钢纤维混凝土施工技术的应用
通常情况下都会选用钢纤维混凝土进行路桥工程桥面铺装作业,这种施工技术的应用,可以有效提升完成铺装作业桥面的舒适度、耐久性及抗裂性能,并对桥梁本身的刚度及抗压能力进行了有效地提升,并对路桥铺装的厚度、自重结构及受力情况进行有效降低。
2、路桥结构加固中钢纤维混凝土施工技术的应用
选用二号转子喷射机作为路桥结构加固喷射的主要工具,钢纤维混凝土喷射范围为5到20厘米,进而对动载原因产生的表面剥落、桥梁墩台等现象进行及时修补,这种加固技术的应用不仅可以对路桥施工中的抗震需求进行有效满足,还可以起到路桥工程桥梁整体结构加固的作用。传统路桥施工中钢纤维整修中主要选用剪切方式进行,掺合比例为1:100,为有效提高施工前期的抗裂性能,应选用硫铝酸盐与TS速凝剂进行施工。
3、桩基础加固中钢纤维混凝土施工技术的应用
为增强路桥工程局部硬度,可选用钢纤维混凝土对路桥施工中桩顶进行施工,这种技术的应用,可以对桩的穿透性进行极大程度的提升,还可以明显改善打击速度,降低锤击的次数,并起到节约人力、物力及财力的作用。在防止桩顶破裂中,钢纤维混凝土的应用可以对桩尖自身的入土能力进行有效提高,并确保打击的质量。
四、结束语
综上所述,钢纤维在路桥混凝土施工中的掺加,可以有效提升路桥工程的抗拉性能及承载能力,进而增强了路桥工程的强度、使用寿命及降低了工程施工的投资成本。随着社会主义市场经济发展水平的不断提升,要求不断提高钢纤维混凝土施工技术水平,规范路桥施工工艺,有效提升现代路桥品质的衡量标准。
参考文献
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关键词:路桥工程施工;钢纤维混凝土;技术;
中图分类号:TU7文献标识码:A 文章编号:
一、钢纤维混凝土性能
将钢纤维均匀地乱向分布于普通混凝土中,经过硬化所得即为钢纤维混凝土。钢纤维混凝土与普通混凝土相比,其物理特性在各方面都明显优于后者:
(一)在质量相同情况下,钢纤维混凝土的强度远高于普通混凝土。
(二)钢纤维混凝土具有很高的抗弯、抗压和抗拉强度。将适量钢纤维掺入混凝土中,可以极大的提高其抗弯极限强度,一般提升程度在50%―150%,同时其单轴抗拉强度约有40%―50%的增幅。
(三)钢纤维混凝土具有优良的抗冲击性能。在钢纤维掺入量为0.8―2.0时,钢纤维混凝土的冲击韧性指标与普通混凝土相比,提高了50―100倍,有时这个数值会更高。
(四)抗裂性能有非常明显的提升,且抗疲劳性也有很大改善。
(五)与普通混凝土相比,钢纤维混凝土抗剪能力十分优越。
(六)极大地改善了混凝土主体的变形性能,对混凝土抗拉弹性模量有非常明显的提升。同时,普通混凝土块会在使用过程中逐渐收缩变形,在掺入钢纤维后,混凝土收缩率有了很大降幅,约为10%―30%。
(七)温度应力会导致普通混凝土产生裂缝并使之扩展,钢纤维混凝土对此有较好的抑制能力。
某高速公路空心板简支中桥建筑过程中,由于施工人员的失误,导致空心板梁顶厚度严重不足,造成了极大的安全隐患。各方技术人员对现场展开调查分析,最终确定使用C50钢纤维混凝土代替普通的C50混凝土对桥面进行铺装作为补救方案,而另一种在桥面增加D8带肋冷轧钢筋网片并增设铺装层以提高梁顶板抗弯强度的方案由于受铺装层厚度影响,效果不能充分发挥,因此被淘汰。以下是两种混凝土的性能对照表:
钢纤维混凝土与普通混凝土性能对照表(掺量为2%)
二、路桥工程中钢纤维混凝土的应用
(一)道路施工中钢纤维混凝土的应用
钢纤维混凝土具有诸多优点,如优良的冻融性和耐磨性能、横向缩缝好、纵缝少设或不设,还能降低路面的铺装厚度等等,对路面使用年限也有较大提升。因而,钢纤维混凝土在路面工程中的应用极为广泛。
新建全截面钢纤维混凝土路面
与普通混凝土路面厚度相比,全截面使用钢纤维混凝土的路面厚度降低了40%―50%,其中钢纤维的掺入量为0.8%―1.2%。对双车道的路面来说,其横缝间距约为20m―30m,极限值为50m,一般不设纵缝。
新建复合式钢纤维混凝土路面
复合式路面的建造可分为两种,即双层式和三层式。双层式路面通常是指在全路面板厚上层,约全厚的40%―60%处铺设钢纤维混凝土。三层式复合路面通常适用于机械化施工条件较高的区域,三层式复合路面中,上下两层为钢纤维混凝土层,中间则是普通混凝土夹层,这种结构相对合理,但是施工难度较大,过程复杂。
钢纤维混凝土罩面
在旧的混凝土路面损坏后,常采用钢纤维混凝土进行罩面层的铺筑。罩面层的铺筑分为分离式、直接式和结合式三种。分离式是指罩面层与旧路面各自独立,两者之间设置有隔离层;直接式顾名思义,即直接在旧路面上加设钢纤维混凝土罩面层,这种罩面层通常适合用于修复轻微受损的路面;结合式的罩面层通常与旧的混凝土路面粘结在一起,成为一个整体,进而恢复路面的结构强度。
碾压钢纤维混凝土路面
在碾压混凝土中掺入钢纤维,增强路面韧性和强度,对碾压混凝土在力学方面的性能也有很大改善。
(二)钢纤维混凝土在桥梁施工中的应用
1、桥面铺装
桥面铺装层采用钢纤维混凝土为材料,桥面的耐久性与抗裂性都有很大增强,同时,桥梁本身刚度和受力状况都得到较大改善,结构自重也明显降低,桥梁抗折强度随之增强。
2、桥梁墩台等部分的局部加固
收长期动载作用的影响,桥梁墩台和桥面板会出现表层剥落或裂缝的病害。为解决此类现象,应使用5cm ―20cm的钢纤维混凝土来满足结构的整体性与抗震性要求;为提高其早期抗裂性能,应使用TS型速凝剂和硫铝酸盐快硬水泥;为增加新旧混凝土的整体性,应在铺设新混凝土之前,在旧的混凝土表层进行凿毛或者喷砂作业。
3、桥梁上部承受荷载部位
在桥梁主拱圈部位或其他应力集中区,采用钢纤维混凝土对其进行局部加强,对其结构性能予以改善,能够实现对结构变形的有效控制,并减轻桥梁结构自重,推动桥梁向轻型优质化方向发展,造价成本也能有效降低,经济效益相应也有所提高。
4、钢筋混凝土桩加强
通常,施工人员会在桩顶和桩尖位置加设钢纤维混凝土做局部增强,以此来提高桩的穿透力,锤击次数减少而打击速度大大提高,还可保证桩在打入预设深度前不损坏,加大了桩尖的破土能力。
(三)钢纤维混凝土在隧道工程中的应用
在隧道工程中,隧道的支护和加固作业通常都会采用钢纤维混凝土来完成,这对其承载能力有很大提高,并对隧道的结构整体性进行有效的加强。与此同时,钢纤维混凝土在隧道工程中的使用,可以有效降低衬砌结构的厚度,使隧道在抗震方面的性能更为突出,并有效降低了隧道开挖量,削减了工程成本,提高了工程的经济效益。
三、钢纤维混凝土施工技术
(一)桥面铺装施工前的准备工作
1、对超过设计标准高度的浮浆混凝土予以凿除,并对桥面板标高进行复测作业,从而对桥面铺装层厚度做出保障。
2、将梁(空板)顶面凿毛,此项工作必须要彻底,为桥面板与铺装层充分结合创造条件。
3、桥面应展开彻底的清洗作业,保持桥面湿润,且表面干净无杂物。
(二)桥面铺装施工流程
1、准备工作:在铺装作业开始前,对生产资源进行合理调配,统筹安排机械设备、材料和施工人员等。
2、钢筋铺设:遵循固定牢靠、定位准确、捆扎密实的原则,严格依照设计要求对构造钢筋进行捆扎。
3、模板安装作业:按照设计要求对模板的高程和平面位置进行设置,模板接头应平顺紧密,支力稳固。
4、搅拌作业:在混凝土搅拌环节中,要对投料顺序、搅拌时间、搅拌方法进行严格控制,充分保证钢纤维均匀分布于混凝土中,不致在施工中结团。这是钢纤维混凝土区别于普通混凝土的关键所在,是施工中直接关系到施工质量的重要一环。在混凝土搅拌时为确保搅拌质量,应将水泥、钢纤维和粗细骨料进行1.5min的干拌作业,之后再加水进行3min的湿拌作业。
5、运输:钢纤维混凝土的运输时间不能太长,应采用卸料快捷的搅拌运输车,当钢纤维混凝土出现离析现象时,应考虑做二次搅拌。
6、铺筑:在铺筑过程中应注意均匀进行摊铺,对结团的钢纤维要及时将其剔除,同时拌合料卸出后,在浇筑作业完成前60min以内就应投入使用,若超出这个时限,拌合料会发生离析现象。另外,应采用振动梁和平板振捣器进行振捣作业,遵循不漏振、不过振的原则,保持振动密实,最后用刮尺刮平,进而收浆抹面。
7、表面拉毛:在桥面浇筑作业完成后,要保证钢纤维混凝土铺装层的紧实度,又要在桥面收浆后进行拉毛处理,保证其足够的粗糙度。
8、养护:钢纤维混凝土浇筑作业完成后应及时封闭交通,展开养护工作,其养护时间应≥7天。工程方应派出相关人员负责,若实际情况需要,可加盖塑料薄膜进行湿养,防止干缩和裂纹的产生。
四、结语
钢纤维自出现以来,在社会经济快速发展的前提下,广泛应用于桥面,道路、涵洞隧道和机场跑道等大型工程中,其社会效益和经济效益良好。钢纤维混凝土以其优越的物理力学特性推动了各种路桥工程的建设工作,并使道路路面与桥梁结构在始终能保证良好工作状态,并推动其结构设计不断发展、不断优化。目前,钢纤维生产技术不断进步,其基础理论也在不断地自我完善,相信在将来的路桥工程中,钢纤维混凝土的应用能得到更深层次的拓展。
参考文献:
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[5]胡森林.钢纤维混凝土桥面施工技术要点[J].科技情报开发与经济,2004,14(7)
论文摘要:建筑施工技术是建筑业发展的原动力,新技术的不断应用,解决了建筑施工中的诸多难题。作者整理了一些近年来在建筑施工中应用的比较好的新技术,以简洁的语言对装饰施工技术、混凝土施工技术以及防水技术中的先进经验进行概括讲述。
建筑施工技术的任务是按照设计要求,依据技术规范,结合工程条件,选择合理的施工方案和操作工艺,建成满足使用功能的综合效益好的建筑物、构筑物。因此,建筑施工技术决定建筑物的功能和质量。
一、建筑装饰施工技术
改革开放政策的实施使中国建筑行业得到了飞速发展,与之发展同行的建筑装饰行业也随之得到快速发展,并且在社会经济发展中做出了重要贡献。与此同时,建筑装饰施工技术在科技与环保理念的引导下,也取得了很大的发展。
一直以来,国内的装饰施工技术已经接近国外的先进技术,但是遇到了发展的瓶颈,始终徘徊在国内领先的水平停滞不前,导致国内装饰行业的发展缓慢。进入21世纪,装饰行业的企业市场意识不断增强,通过分析国内市场的需求,他们走出国门寻找国外成熟而国内没有的工艺技术,并且经过改造后在国内达到领先水平,接近国际水平的新工艺技术。如:背栓系列、石材干挂技术、组合式单体幕墙技术、点式幕墙技术、金属幕墙技术、微晶玻璃与陶瓷复合技术、木制品部品集成技术、石材毛面铺设整体研磨等。
高科技元素在装饰行业不断涌现,许多工业产品直接在装饰工程应用,金属材料装饰、玻璃制品的装饰、复合性材料的装饰、木制品部品集成装饰等技术的出现,从本质上改变了装饰施工,其时代感强,产品精度高,工程质量好,施工工期短,无污染的优点使它们在装饰施工中得到更多展示机会。
连接和固定是装饰施工过程中必须面临的问题,各种高性能的黏结剂的问世彻底改变了传统的钉销连接紧固方式,在保证使用强度的基础上,弹性黏结消除了钢性黏结的弊病。
免漆饰面工艺与环保油漆的应用,根本改变了现场油漆作业所带来的化学污染的状况,免漆饰面的出现,现场全部取消油漆工的作业,从生产方式的变革直接反映施工水平的提高与发展。环保油漆的使用,不但使施工人员的健康得到了保障,同时也避免因为油漆产生的有害气体儿耽误工程竣工即刻使用,也为业主的健康提供了保证。
二、新技术新材料在混凝土施工中的应用
1、清水混凝土施工技术
由于人口的增加,人均可占用空间的减小,为了获得更大更优的居住条件,高层建筑发展成为必然;为了满足高层建筑对工艺的要求,现浇钢筋混凝土结构越累越多的应用到建筑施工中。清水混凝土技术是现浇钢筋混凝土技术中的一项新技术,它是将原始浇筑面直接作为装饰性表面的混凝土,质朴自然,体现出人类回归自然的追求理念。按装饰效果可以分为三类:普通清水混凝土、饰面清水混凝土、装饰清水混凝土。
清水混凝土技术作为混凝土技术的一项新技术,因其直接以原始浇筑面作为装饰表面,使施工更简单方便,成本也随之降低,工程进度大大加快,而且缩减了工程使用后的维修工作量,维修费用更低。
2、混凝土施工的新材料--钢纤维砼
随着建筑行业的不断发展,人类对建筑的要求越来越高,不仅仅只为了居住,而且还要求具有强烈的时代气息,让建筑呈现出艺术美感。为了达到这种效果,对混凝土施工技术的要求就提高了。为了使建筑的艺术感和实用性都能得到体现,我国建筑行业的专家研究出了钢纤维砼。
钢纤维砼是在普通砼中掺人适量钢纤维经拌合而成的一种复合材料,它不仅能改善砼抗拉强度低的缺点,而且能增强砼构件的抗剪、抗裂能力、耐久能力,能使脆性砼具有较好的延性特征。另外,钢纤维砼具有较好的能量吸收能力,因而它使构件具有优良的抗冲击能力,对于结构抗震性能有极大改善。钢纤维砼的应用,是混凝土施工技术中的一项突破,它弥补了建筑施工中建筑材料抗拉能力不足的问题,推动了建筑施工技术的发展。
三、防水施工技术
1、防水施工技术
(1)、防水混凝土结构
防水混凝土结构是指以本身的密实性而具有一定防水能力的整体式混凝土或钢筋混凝土结构,它兼有承重、围护和抗渗的功能,还可满足一定的耐冻融及耐侵蚀要求。与卷材防水层等相比,防水混凝土结构具有材料来源广泛、工艺操作简便、改善劳动条件、缩短施工工期、节约工程造价、检查维修方便等优点。
(2)、复合式衬砌防水结构
当前,多数地铁区间隧道采用了复合式衬砌结构,防水一般共设三道防线,第一道是初期支护加背后注浆;第二道是设置封闭防水板,;第三道是二次衬砌,并对施工缝、变形缝等作专门处理。大量工程实践表明,复合式衬砌结构的防水效果基本是可靠的,但由于防水材料本身和防水施工工艺等方面的问题,导致第二道防水线时常会出现严重的缺陷。因此,为提高隧道复合式衬砌防水的可靠性,必须选用合适的防水层(缓冲层)材料,采用适当的防水层结构设计以及严格的防水施工工艺。
2、防水材料的更新发展
运用防水材料达到防水效果的传统作业方式是沥青防水,现在通过科研专家的不懈努力,已经发展出高分子卷材、新型防水涂料、密封膏等高效弹性防水作业。防水施工在向冷作业方向发展,综合机械化水平也在不断提高。
新型防水材料的应用以水泥基渗透非结晶型防水材料为例,它是以高强度水泥为载体,经特有活性物质和微硅粉改性而成,以此为基础,我们已经开发了聚合物改性水泥基渗透非结晶型防水涂料、混凝土外加剂、结构修补砂浆等多种产品。目前在我国建筑施工中已经得到广泛应用。
通过在建筑施工中的应用实践验证,水泥基渗透非结晶防水材料渗透性强,防水性能持久,具有其他材料无法比拟的自我修复功能,整体防水性强,能抵御化学物质的侵蚀,并对钢筋起保护作用;而且环保无毒,不产生危害气体,施工简单,对复杂混凝土基面适应性好。在复杂环境下尤其是水位经常波动、变化,以及经常受到机械震动的环境下,如溢洪道、水池、地铁隧道、地下室等结构,水泥基渗透型非结晶防水材料优越性能更加突出,解决了一般防水材料无法解决的难题。
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投本刊《安全工程》栏目的文章将优先发表
关键词:预应力;连续箱梁;箱外加固;工艺要求
一、概述
某特大型桥梁,全长2352m,主桥上部结构为双幅单箱单室预应力混凝土连续箱梁,跨径组合为65+100+65m。设计荷载:汽超-20级,挂车-120级。主桥变截面箱梁高度介于220~560cm之间,箱梁顶板厚25cm,腹板厚42cm,底板厚度介于18~80cm之间变化。
桥梁经过若干年运营后,出现了箱梁截面开裂、跨中下挠等病害,且病害日趋严重。
二、主要病害及成因分析
该桥主要病害如下:
(1)该桥在前期检查中发现边跨及中跨腹板出现近45°斜裂缝,中跨跨中合拢段出现U形裂缝,裂缝贯通左右腹板,历次检查结果对比显示该桥原有裂缝继续发展且不断有新的裂缝产生。
(2)原线形测量结果显示,以设计标高为参照并考虑基础沉降后,左幅主桥跨中下挠较多,预应力损失较为明显,主跨跨中截面预应力度不满足全预应力结构的要求。
(3)实际桥面铺装厚度过大,且沥青铺装厚度分布离散严重,实际铺装厚度非常不均匀,并且分布在主跨跨中附近。
经分析,施工误差引起箱梁恒荷载过大及汽车超载等因素导致箱梁预应力度不足,是箱梁下挠的主要原因。
三、连续箱梁体外索加固施工
3.1 箱梁体外索布置
箱梁加固采用的体外预应力钢束为两股沿底板的曲线束和两股箱内的直线束。
底板束锚固构造特点:在箱梁底板两侧四分之一跨的位置浇筑新齿板,通过在箱梁底板凿出剪力槽,新旧混凝土接触面种植钢筋,使结构共同受力。底板束均通过齿板锚固于底板上并靠近底板布置。直线长束则锚固于主墩墩顶对应的横隔梁上。
3.2 体外索加固施工总体工艺
(1)根据设计要求,在设置齿板处植入直径16mm的钢筋,植入深度为20cm,并与齿板钢筋焊接,设置可更换索式的TSK15-12型锚具,外径为102×5mm的钢管。预应力钢束轴线应与锚垫板垂直。
(2)齿板混凝土按照设计要求强度进行配合比设计。齿板混凝土采用商品混凝土。7天强度大于80%的设计强度,28天强度大于50MPa。每立方米齿板混凝土内掺入钢纤维78.5kg,掺入纤维素纤维0.9kg。为尽量减少车辆震动影响混凝土初凝以及新老混凝土的结合效果,浇筑前进行充分准备,确保一次浇筑成形,不允许产生施工缝。混凝土浇筑过程中封闭桥面交通。混凝土浇筑采用地泵接管泵送工艺。
(3)体外索的张拉顺序为先张拉主梁底板曲线短束A1号束,后张拉主梁底板直线长束A2号束。
3.3 体外索安装工艺
(1)按照设计图纸计算无粘结钢绞线下料长度,在厂内进行无粘结钢绞线的切断下料工作。下料长度的计算应考虑钢束曲线长、锚夹具长度、千斤顶长度及外露工作长度等因素。
(2)布索完成后,按图纸要求在相应位置设置减震器或减震支座。
(3)穿束前首先要准确计算张拉端的PE护套剥除的长度,无粘结预应力筋张拉段范围内PE层先行去掉,将内部油脂全部清除干净,以确保夹片与钢绞线的咬合。穿束过程中必须小心,防止碰坏刮伤体外索的索体PE护套。穿束完成后方能安装锚头。千斤顶及其辅助设备(如工作锚、限位板、悬浮式张拉支撑撑脚)要求配套安装与使用,相关的加工尺寸及参数须准确一致。
3.4 体外索张拉工艺
(1)体外索张拉原则
混凝土养护龄期达7天及混凝土强度达到设计强度的90%后,方可张拉预应力钢束。
张拉过程实行分级张拉工艺,最后锚下控制应力为1209MPa。根据体外索设计张拉力,选择YCW250B型千斤顶进行张拉。
张拉荷载采用“双控”法进行控制,预应力钢束的张拉顺序,应使结构基本上保持受力均匀、同步,所以在张拉过程中应遵循同步、对称、两端同时张拉的原则。
(2)第一对索的张拉
将第一对索作为试验索进行张拉。选择2根编号为A1的短体外索做为试验索。为了保证第一对索张拉施工的安全,张拉过程需分级进行。
考虑到桥梁通车过程中有一个动菏载的作用,使得齿板张拉完成后的混凝土开裂有一个过程,第一对索张拉完成后需根据具体情况再观察1天,以观察裂缝是否产生与已出现的裂缝的开展情况。张拉前后观察过程确保连续进行,并记录观察结果。
(3)另一对体外索的张拉
根据第一对索的张拉情况与观测结果,来安排另一对索的张拉施工。为了保证张拉施工作业安全,另一对索的张拉时参照第一对索张拉工艺也分级进行。
3.5 体外索防护工艺
体外索张拉完成后,为了保证体外索的锚固安全可靠,在锚具连接筒内灌注环氧砂浆进行锚固,安装锚具防护罩并涂刷防腐油脂封锚作业。
用砂轮切割机切除多余的钢绞线,然后安装锚具保护罩,并将与锚垫板接触面四周进行密封。锚具保护罩表面需要进行防腐涂装处理。
四、体外索加固过程的施工监控
4.1 监控内容
(1)裂缝监控
该桥运营阶段在中跨跨中附近腹板出现了斜裂缝,加固过程中随着不同施工阶段的进行,裂缝会出现不同的反应,为掌握结构加固过程中过程中梁体裂缝的闭合情况,选取主要截面的典型裂缝进行监测。根据前期检查结果,在跨中两侧各选取2条裂缝进行监测。裂缝测点随预应力张拉分级测试。
(2)桥面线形监测
桥面线形测量点取用原防撞墙上布设的长期观测点,在边跨的L/4及中跨的L/8断面布设线形测点。
(3)预应力筋永存应力监测
为获得体外预应力束张拉后产生的有效预应力值,为后期运营阶段预应力筋的二次张拉提供依据,在体外预应力束上安装磁通量传感器以测试预应力筋的实际预应力值。每根体外预应力束安装两个传感器,全桥合计共安装8个磁通量传感器。
4.2 监测工况安排
(1)重做桥面铺装前后,完成以下测试:桥面线形测试与A截面内埋应力测点测试。
(2)张拉A1体外预应力束过程中完成以下测试:桥面线形测量;A、B、C截面外贴测点安装测试及内埋测点测试;D、E截面裂缝监测测点安装测试;锚下应力监测磁通量传感器测试。
(3)张拉A2体外预应力束过程中完成以下测试:桥面线形测量;A、B、C截面外贴测点安装测试及内埋测点测试;D、E截面裂缝监测测点安装测试;锚下应力监测磁通量传感器测试。
结束语
该变截面连续梁桥梁体采用增设体外索等维护加固措施,各截面中性轴高度明显上升,桥面铺装参与了结构受力,结构整体刚度有了一定程度的提高,维持桥梁的运营桥面线形,在试验荷载作用下各截面测试指标均正常。加固后满足设计荷载汽-超20、挂-120的正常使用要求,延长了桥梁的使用寿命,确保了运营期间桥梁结构的安全,该工艺对旧危桥加固维修领域应用推广价值较大。
参考文献
论文摘要:水泥混凝土路面的病害对于行车速度、安全及舒适性具有重要影响。本文分析了水泥混凝土路面的四大类病害:断裂类病害、竖向位移类病害、接缝类病害、表层类病害,对各类病害的类型及轻重程度分级进行了详细讨论,而后探讨了水泥混凝土路面病害的处治对策,并提出了相应的预防建议。
1 水泥混凝土路面的病害概述
水泥混凝土路面损坏可分为:断裂类、竖向位移类、接缝类和表层类四种类型。断裂类主要指纵、横、斜向裂缝和交叉裂缝、断裂板等;竖向位移类主要指沉陷和胀起;接缝类主要指裂缝的填缝料损坏、唧泥、错台和拱起等;表层类主要指坑洞、露骨、网裂和起皮、粗集料冻融裂纹、修补损坏等。
2 水泥混凝土路面病害的处治对策
2.1 裂缝修补
水泥混凝土路面裂缝型式多样,处治时要根据具体情况采用相应的技术措施。缝宽不足0.5mm的非扩展性表面裂缝,采用压注灌浆法;局部性裂缝,且缝口较宽时,采取扩缝灌浆法;对贯穿全厚的裂缝,采用条带罩面法。对裂缝宽度大于3mm的裂缝,用环氧树脂与固化剂搅拌均匀后直接灌注。
2.2 接缝修补
接缝施工时,为保证清缝质量,对杂物充填较多的纵缝,必须用切缝机切割,其它缝也应用铁铲对杂物和老化的填料进行清理,然后用高压气体吹净。对加热型填缝材料,按规定进行熔化,使其具有较好的流动性,加热温度不宜过高、过低,时间不宜过长,以避免材料老化或流动性较差。用黄油枪或扁嘴铁壶沿缝方向均匀浇灌加热后的填缝料至缝填满为止(不宜过高或过低),灌缝深度至少应大于1.5cm。灌缝应在路面干燥及路面板下没有积水时进行,保证填料与缝壁粘接牢固且不被高压水剥离、挤出。根据填缝料性质,做好施工交通控制工作,待填缝料冷却后开放交通(一般需30min),以免其被行车粘掉。坚持周期性养护,根据填料有效使用寿命,对全部构造缝进行全面清缝和普灌,其后每年入冬和雨季之前进行补灌,保证构造缝全部密封。
2.3 局部修补
对出现错台的板块,先采用压浆调整,恢复平顺,调整后仍有高差,且错台量小于10mm,可用建筑磨平机打磨掉高出的部分或人工凿除高出部分,凿除(打磨)宽度一般为10~30cm。错台量大于10mm的,在低的一侧用沥青砂或细粒式沥青碎石衬平,衬补长度按高差的1~2%,也可用聚合物水泥砂浆薄层修补。修补前应用钢丝刷将原路面清理干净。大面积麻面、露骨、平整度差等结构性病害,常采用沥青混凝土罩面处理,处理厚度应大于2.5cm,罩面前要对破碎板及整个路面进行修补和压浆处理。一般的麻面可不作处理,只对露骨严重部分作整段处理,可用聚合物砂浆作薄层处理。
2.4 破碎板块修补
采取换板方式处理水泥混凝土路面严重破碎板,即挖除整块破碎板,然后浇筑水泥混凝土,板厚与原面板厚度一致,但一般不宜小于24cm,否则可采用钢筋混凝土进行修复。板角断裂等破损采用局部修补方式,即对板角断裂的部分渐除成正方形或矩形,在原板壁上加装传力杆后,在凿除位置浇筑混凝土。其具体工艺流程为:板块破碎、凿除基底清理补设拉杆、传力杆混凝土拌和及运输钢筋网制作混凝土浇筑接缝设置养生。
2.5 脱空板块处治技术
路面使用期间出现的裂缝、破碎板儿乎都与板底脱空有关。即使一些当时看来既没有破碎又没有裂缝的板块,其板底仍可能存在脱空,这种病害较隐蔽,但其危害性却非常之大。在路面修复中,若脱空板不处理,即使加铺层达到20cm以上,也无法防止反射裂缝的出现。板底脱空可使用钻孔压浆法处理,此法是借鉴后张法预应力构件的孔道压浆原理,在混凝土面板底部有脱空处钻孔,通过孔洞利用高强压力将流质材料压入脱空空隙,流质材料凝固后产生一定的强度,对面板产生均匀承托的作用,进而达到稳固板块的目的。
2.6 加铺沥青层
加铺沥青层是旧水泥混凝土路面有效的补强措施之一,不仅提高了路面的承载能力,消除了原有接缝处易产生卿泥、断裂、脱空等多种病害的不利影响,同时也提高了路面平整度和抗滑能力,改善了路面使用性能,提高了路面服务水平,目前在城市道路水泥混凝土路面维修工程中逐渐推广应用。
旧水泥混凝土路面沥青加铺层的施工主要环节为:(1) 处理破碎板:将原路面严重破碎板、严重裂缝、板角断裂等破碎板块挖除,用早强混凝土或早强钢筋混凝土进行修补至与原路面齐平,原路涵洞盖板铺装层出现破碎的也应一并处理。(2) 稳定原路面板:对唧泥、脱空的混凝土面板及轻微、中等裂缝的面板进行板底压浆处理,使混凝土面板处于稳定状态。对使用时间较长,原路面基层为石灰土等水稳定性不良结构的路段,为保险起见,可对全部原有的混凝土面板进行压浆处理。(3) 提高原路面防水能力:对所有缩缝、纵缝、裂缝清缝后,用填缝料灌缝。然后在原混凝土路面上加铺土工布隔离层或加铺1.5~2.5cm沥青混和料隔离层,不做隔离层的应洒布粘层油,以减少路表水下渗并提高加铺层与原路面的结合能力。(4) 加铺沥青层:在隔离层(粘层)上加铺沥青混凝土面层一般应分为二层,下面层较厚(一般4~8cm),采用热稳定性较好的开级配粗粒式或中粒式沥青碎石或沥青混凝土,上面层较薄(一般厚2~4cm),采用防水性能较好的密级配细粒式或中粒式沥青混凝土。原水泥混凝土路面横坡较小时,通过沥青面层调整路面横坡不小于1.5%。碾压时,选择压实机具吨位应考虑沥青层的厚度,防止过振引起沥青混合料二次细粒化。为防止沥青层渗水导致混凝土路面加铺后再次唧泥问题,可在旧板与沥青层间铺筑玻璃纤维布隔离层。
3 水泥混凝土路面病害预防的建议
水泥混凝土路面的病害处治始终是一种事后补救的方法,对水泥混凝土路面病害,更多的应当以建立预防为主的思想,尽量在设计和施工中予以避免减少,本文在此提出以下几点建议:
3.1 严格路基特别是基层参数的选取,如各基层回弹模量、含水率、液限、现场承载力等,确保施工值与设计值一致,并且设计取值与现场客观实际相符,因此必要时应加大基本设计依据、参数的现场实际测定方面的工作,而不能仅按规范选取。
3.2 加强路基施工管理,对填方路基,确保分层回填,分层碾压,并强化施工单位自检和监理检查工作,一要保证达到要求的压实度,并要求压实均匀,特别是路肩部位及车道与路肩交接部位,此处极易产生纵向错台;对半填半挖路基,特别注意挖、填结合部位的碾压。
3.3 对用作路基的土,应加强土质的鉴别和性能测试,对膨胀土,注意区分其类别,对强膨胀土,必须置换,对中、弱膨胀土,采用适当的方法对土质进行改良,基坡较大时,采用适当的设施来加强土坡稳定性,从而保证路面不破坏。
3.4 加强路面材料研究,选择适宜的材料及配比,对特殊路段,也可适量采用成本较高的新型路面材料,如钢纤维混凝土、连续配筋混凝土等,初期投资的适当增加可大量减少后期养护费用。
3.5 加强路面施工管理,采用规范化、程序化的施工和养生方法,适时切缝,掌握适合的操作时机,并根据气温变化的不同情况做不同的处理。
参考文献
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目前大部分的高层建筑主要为现浇钢筋混凝土框剪结构, 并大量应用泵送混凝土。但近几年的工程实践发现采用泵送混凝土的现浇钢筋混凝土框架结构经常引起楼屋面板裂缝, 并且成为较难克服的质量通病之一。
本论文结合本人多年的工作实践就高层建筑泵送混凝土楼板裂缝产生的原因及防治进行探讨。
1. 混凝土裂缝产生的原因
导致混凝土的裂缝的主要原因是混凝土收缩引起的。引起混凝土收缩主要有以下几个因素。
1.1 水泥性能对混凝土收缩的影响
大量实验研究表明,水泥抗裂性能的降低导致混凝土收缩增大;由于追求高强度及早强,水泥的含碱量越来越高,水泥细度越来越细,C3S 含量越来越高,这使水泥抗裂性能大幅度降低。
1.2 外加剂对混凝土收缩的影响
混凝土高效减水剂是泵送混凝土不可缺少的组成材料,而高效减水剂的性能直接影响到混凝土的收缩性能。根据国家标准《混凝土外加剂》(GB8076 - 1997)中规定:高效减水剂的收缩率应小于等于135%,也就是混凝土在稠度相同的条件下,允许加高效减水剂的混凝土收缩可以比不加高效减水剂的混凝土收缩率大35%。一般高效减水剂的收缩率在115%~135%之间。这就是为什么泵送混凝土比非泵送混凝土、现场搅拌混凝土容易产生裂缝的原因,因为前者比后者加更多的高效减水剂。
1.3 混凝土硬化前的收缩
根据试验研究硬化前收缩率比硬化的收缩率大10~30 倍。
浇筑楼板混凝土时,表面温度高,水蒸发量大很快变硬化,而内部混凝土未硬化。在表面至内部未硬化混凝土之间, 存在硬化梯度层,这层制约了内部混凝土继续变形。由于未硬化混凝土变形快,在变形到一定程度,表层硬化就被拉裂。
2 .裂缝控制技术措施
2.1 设计优化
从结构方面对高层建筑楼板裂缝发生的部位分析,最容易产生裂缝的部位是建筑四周的阳角处及框架柱外露边角,主要原因是由于该部位楼板受剪力墙或刚度较大梁约束,限制板面混凝土的自由变形,在温差作用及收缩力等多因素综合作用下产生裂缝。设计单位在设计时重点考虑强度,未充分考虑混凝土本身的收缩性能及施工过程中所产生的温差作用。
建议设计人员在设计时在楼板设计时充分考虑楼板刚度平衡及混凝土工作特性,对房屋的阳角及跨度较大的楼面板,保证h0可设置双层双向通长钢筋,阳角配筋应加大且增设放射筋;板筋应适当加大而且密,通常钢筋直径不宜小于φ 8,间距不宜大于150mm。
2.2 砼配合比设计及原材料的控制
水泥品种的选用和水泥用量的控制。选择水泥要考虑水泥的抗裂性能,控制含碱量降低水化热。引起混凝土楼板裂缝的主要原因是水泥水化热的积聚使混凝土产生内部和表面的温差。因此,选用低水化热的水泥品种能有效降低水化热、减少内外温差,建议可选用矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。同时尽量选用质量稳定的旋窑厂生产的硅酸盐水泥。
掺合料和外加剂。选用具有减水、增强和缓凝的外加剂,可提高混凝土的流动性、粘聚性及泵送性能,提高抗渗性能。通常泵送混凝土中主要采用减水剂和膨胀剂。实践表明在泵送混凝土中采用具有减水、分散功能的高效减水剂能提高混凝土的泵送性能,降低用水量和水泥用量, 降低水化热, 减少温度裂缝。
对于有抗渗要求的混凝土如屋面混凝土,可在混凝土中掺入适量膨胀剂起到补偿收缩作用,防止裂缝的产生。
骨料的选择。增大粗骨料的比例并保证粗骨料有良好的级配,减少骨料的孔隙率,增加骨料的密实度,可以减少胶结材料的数量、减少用水量,能降低水化热和减少收缩,提高混凝土的泵送性能, 保证板面混凝土的整体性。实践表明碎石骨料在搅拌混凝土前浇水湿润,可减少预拌混凝土在运输过程中因碎石吸水而使混凝土坍落度损失。
水灰比的控制。在混凝土配合比设计中,在水泥用量相同时尽量降低用水量,减小水灰比,减小混凝土的干缩。但为保证混凝土的泵送性能,水灰比不宜过小,通常控制在0.4~0.6 之间,同时单方用水量控制在170kg/m3 以内。
对抗裂要求较高的楼板,可采用在混凝土中加入纤维如钢纤维、杜拉纤维等提高混凝土抗裂性能。目前已经有工程进行实践。
2.3 施工过程工艺控制
施工中应提高混凝土的密实性、均匀性, 减少混凝土的收缩。
保证预拌混凝土的质量。目前高层建筑基本上采用商品混凝土泵送施工,在施工时首先应严格保证商品混凝土的质量,要求生产厂家结合工程实际认真、合理做好混凝土配合比的设计工作, 并严格按要求把好原材料质量,选用高效优质外加剂,做到原材料、掺合料计量准确,混凝土搅拌均匀从而保证商品混凝土质量。其中重点做好掺合料、外加剂保存、计量工作,保证混凝土的均匀性。
坍落度和温度的控制.商品混凝土要严格控制混凝土坍落度,到施工现场后应逐车检查泵车泄料口混凝土坍落度,对坍落度大的混凝土车坚决退场,以保证砼半成品的质量。同时应控制混凝土车运输、停留时间, 避免因运输、停留时间过长, 减少坍落度损失。
施工时应布料均匀、振捣密实。施工时应加强对混凝土浇筑施工管理力度,要求做到振捣密实,严格防止混凝土漏振现象的发生。对面积大的板面,对浇筑后混凝土在振动界限前用平板振动器给予二次振捣,不但能防止采用振动棒振捣局部密实不均匀,而且能排除混凝土在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙,增加混凝土的密实度,提高混凝土的抗裂性能。
注意对钢筋的保护。钢筋在楼板混凝土中抗拉受力,起着抵抗外荷载产生的弯矩、防止混凝土收缩和抵抗温差应力防止发生温差裂缝的作用,这一作用必须在钢筋上下有合理的保护层,h 0 有保证才能有效。施工过程中各工种交叉作业、施工人员众多,踩筋现象严重,楼板上层钢筋未能受到有效保护。
2.4 后期养护、保护
早期养护。加强对混凝土浇筑后的养护工作;刚浇筑后的混凝土尚处于凝固硬化阶段,水化速度较快,可采用覆盖保湿的办法创造适宜的潮湿条件防止混凝土表明脱水而产生干缩裂缝。因此加强混凝土表面养护,尤其在7 天内使混凝土始终保持湿润状态是防止混凝土裂缝很重要的一个环节。
成品保护。加强浇筑后混凝土成品保护工作。混凝土浇筑后必须要有一定的保护时间, 混凝土浇筑完后, 待混凝土强度达到1 .2 N / m m 2 以后(一般不宜≤ 2 4 h )方可允许在混凝土表面进行放样作业;这也同时要求主体结构施工速度不能强求过快,必须有合理的施工时间。