桥梁 裂缝 跳车 断板 处理 措施

要：本文分析了桥梁结构中大体积混凝土产生裂缝的原因，并提出了防止裂缝的主要的技术措施。
关键词：桥梁工程 大体积混凝土裂缝 原因 控制

随着桥梁技术的突飞猛进，大体积混凝土在桥梁结构中应用的越来越多。我国普通混凝土配合比设计规范规定：混凝土结构物中实体最小尺寸不小于1 m的部位所用的混凝土即为大体积混凝土；美国则规定为：任何现浇混凝土，只要有可能产生温度影响的混凝土均称为大体积混凝土。
　　目前，国内外对机械荷载引起的开裂问题研究得较为透彻。而对温度荷载引起得有关裂缝的研究尚不充分。我们应对此加以重视，防止危害结构的裂缝产生。另外对于大体积混凝土内温度应力与裂缝控制也多集中在水利工程中的大坝、高层建筑的深基础底板。而对于桥梁中大体积混凝土的裂缝的研究并未得到足够的重视。本文将对此进行分析，探讨裂缝出现的原因及控制措施。

1 大体积混凝土裂缝产生的原因

　　大体积混凝土结构通常具有以下特点：混凝土是脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的1／10左右。大体积混凝土的断面尺寸较大，由于水泥的水化热会使混凝土内部温度急剧上升；以及在以后的降温过程中，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。大体积混凝土结构中通常只在表面配置少量钢筋，或者不配钢筋。因此，拉应力要由混凝土本身来承担。
1.1 水泥水化热的影响
　　水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m³～550 Kg/m³来计算，每m³混凝土将放出17500KJ～27500KJ的热量，从而使混凝土内部升高。（可达70℃左右，甚至更高）。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

1.2  混凝土的收缩
　　混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

1.3 外界气温湿度变化的影响
　　大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂^[1]。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

2 大体积混凝土裂缝的控制

2.1 大体积混凝土中水泥的品种及用量
　　理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。于是，我们对于桥梁中的大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙（C₃A），其他成分依次为硅酸三钙（C₃S）、硅酸二钙（C₂S）和铁铝酸四钙 （C₄AF）。另外，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。我们应该充分利用混凝土的后期强度，以减少水泥的用量。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28d向混凝土施加设计荷载，因此将试验混凝土标准强度的龄期向后推迟至56d 或者90d 是合理的^[3]。这是基于这一点，国内外很多专家均提出类似的建议。这样充分利用后期强度则可以每m³ 混凝土减少水泥40 Kg～70 Kg左右，混凝土内部的温度相应降低4℃～7℃。

2.2 掺加外加料和外加剂
　　在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值，减少水泥用量。要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的方法之一。外加剂可以从以下几个方面来选择。UFA 膨胀剂，它可以等量替换水泥。并且是混凝土产生适度的膨胀。一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力，以抵消混凝土中产生的部分拉应力。减水缓凝剂，并应保证一定的坍落度。这样可以延缓水化热的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。

2.3 大体积混凝土的骨料控制
　　在骨料的选择上应该选取粒径大强度高级配好的骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土裂缝的开展。

2.4 优化大体积混凝土的设计
　　虽然大体积混凝土不布置钢筋或者布筋较少，我们还是可以在裂缝易发生部位如孔洞周围以及转角处布置一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，这样可以有效的控制裂缝的发展。为了避免裂缝的出现，在设计中利用中低强度底水泥充分利用混凝土的后期强度。在工程结构设计中要特别注意降低结构的约束度。对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。

2.5 大体积混凝土的施工
　　混凝土施工包括混凝土的生产、运输、浇筑和温度及表面保护，是保护大体积混凝土温度裂缝的关键环节。而热应力的控制手段主要是控制混凝土的内外温差△T：

△T＝T_p＋T_r－T_f

　　式中：T_p —起始浇筑温度；T_r —水泥水化温升；T_f—天然或人工冷却后浇筑块的稳定温度。

　　在温度较高的情况下进行施工，我们一定要注意降低混凝土浇筑时的温度。可以在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖，以减少阳光对其的辐射，同时对浇筑前的砂石用冷水降温。在搅拌过程中向混凝土中添加冰水。以上这些措施都可以有效的降低混凝土的入模温度。在混凝土的内部通入冷却循环水，采用循环法保温养护，以便加快混凝土内部的热量散发。混凝土表面应该覆盖一些织物进行保温、保湿养护，这样不但可以降低混凝土内外温差，防止表面产生裂缝，还可以防止混凝土骤然降温产生贯穿裂缝，并且还可以使水泥顺利水化，防止产生湿度裂缝。为了及时掌握混凝土内部温升与表面温度变化值，可以在混凝土内埋设一定量的测温点，从而可以更好的了解混凝土的温度变化情况，一旦内外温差超过允许值25℃，好及时采取措施。
　　如果是在冬季进行施工，因为要防止早期混凝土被冻问题，所以要求混凝土浇筑时应该具有较高的浇筑温度。但另一方面，正是由于天气寒冷，混凝土稳定温度一定较低，往往超过允许温差，不能防止混凝土裂缝要求。所以，混凝土浇筑温度在冬季施工时一般以5℃～10℃为宜，在浇筑混凝土以前还应该对基础及新混凝土接触的冷壁用蒸汽预热，对原材料应视气温高低进行加热。加热石料时应避免过热和过分干燥，最高温度不应超过75℃。另外还要注意运输中的保温、浇筑过程中减少热量的损失以及保温养护。

2.6 大体积混凝土的裂缝检查与处理
　　对于混凝土裂缝，应以预防为主，为此需要精心设计、施工，但是由于目前采用的防止裂缝的安全系数较小，而实际情况有复杂多变，所以实际工程中还是难免出现一些裂缝。大体积混凝土的裂缝分为三种：表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝。对于表面裂缝因为其对结构应力、耐久性和安全基本没有影响，一般不作处理。对深层裂缝和贯穿裂缝可以采取凿除裂缝，可以用风镐、风钻或人工将裂缝凿除，至看不见裂缝为止，凿槽断面为梯形再在上面浇筑混凝土。限裂钢筋，在处理较深的裂缝时，一般是在混凝土已充分冷却后，在裂缝上铺设1～2层的钢筋后再继续浇筑新混凝土。对比较严重的裂缝可以采取水泥灌浆和化学灌浆。水泥灌浆适用于裂缝宽度在0.5mm以上时，对于裂缝宽度小于0.5mm时应采取化学灌浆。化学灌浆材料一般使用环氧－糠醛丙酮系等浆材。

3 结束语

　　综上所述，虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。

公路桥头跳车问题探讨
1 前言
    随着经济发展，公路建设取得了突飞猛进成绩，投入营运高等级公路越来越多，但从使用情况上看，出现了桥头跳车这个较为普遍问题，尤其在一些软土地基地方更为严重，给养护部门带来了很大困难。如揭阳去年建成的榕华大桥，刚投入使用就出现严重桥头跳车现象，高差达５-８ｃm，使桥头接缝，在砼板遭到破坏，影响了行车舒适与安全。因此，探讨桥头跳车现象，对此进行综合分析，对我们养护部门有较现实意义。
２ 桥头跳车原因分析
２．１ 地基沉陷
    土质不良，由此产生沉陷是桥头跳车的主要原因。桥涵通常位于沟壑地方，地下水位较高，在南方地带多有软土，此类土天然含水量大于液限，天然孔隙比大，常含有机质，压缩性高，抗剪强度低，一旦受到扰动，天然结构易受破坏，强度便显著降低，桥头路基填筑高度较大，产生基底应力相对较大，在车辆荷载作用下，更容易引起地基沉陷，且变形稳定历时往往持续数年乃至数十年。就是在一些稳定地基，在外荷作用下，也无可避免出现这个问题。
２．２ 压缩沉降
    台后填料一般为渗透性材料，存在着多孔隙，加上施工时受施工作业方面影响，压实机具不能过分靠近接触台背，不能将填料颗粒间孔隙完全消除，在车辆荷载和自身重力作用下，填料迅速压缩，孔隙率降低，便在短时间内产生压缩沉降，造成跳车。在工程实践中，就是施工时工序符合要求，压实度达到要求，但台后填土较高，随着时间推移，也会产生不可避免沉降。有时台后填土荷载对基底产生附加压力，严重时会使桥台向后倾斜，发生不均匀下沉，危及行车安全。象池樟线上南河大桥、新北河大桥引道，通车已达１０年左右，养护部门每年都进行大中修，每年都用沥青贯入式作了调平层，但沉降量都在８ｃｍ左右，使下雨时水分不能迅速排出，影响行车，又破坏了路面结构，危及行车安全。
２．３ 措施不当
    当前一些施工队盲目追求高速度，没有严格按施工规程作业，台背填土速度过快，对地基造成扰动和破坏，没有充分时间固结，对台背挡土墙等构造物挤压力大，施工时没有按分层填筑、分层碾压、分层检测“三分法”施工。用料没有把好质量关，排水措施没有做好，压实度没有达到要求。这些人为因素使高填土引道不稳定，工后沉降大，且不均匀，是造成跳车现象主要原因之一。
２.４ 结构突变 
    桥台与台背路面在结构上存在着差异，如下图所示：
    从路面结桥组合可以看出，Ａ点左右侧是两个不同性质路面体系，左侧是铺设在桥台背墙顶面柔性面层与刚性桥台组成双层路面体系，右侧为柔性或半刚性多层路面体系，在车辆荷载作用下，垫层、基层密实度迅速增加，结构层压缩，而桥台由于巨大建筑作用，加上基础处理较好，一般认为沉降已经完成，相对于路基而言，沉降可视为零，而铺装层压缩也不大。这样，Ａ点两侧抗变形能力不同，相对沉降就不可避免出现，使路面结构破坏，造成跳车。
２．５ 设计不周
    在基底未作彻底处理，而沉降还未稳定时，应周详考虑桥台结构与引道衔接，在没有质量保证情况下，不应该直接浇砼板。’象榕华大桥两侧引道，由于榕江两岸属软土地基，通车后两侧引道沉降是长期的，如先设过渡性路面，使路堤沉降基本完成后再改铺原设计路面，情况会好一些。设计时也应处理好桥梁与引道路面接缝问题，避免接缝损坏而造成跳车。
３ 桥头跳车病害防治措施探讨
３．１ 处理好台后地基
    处理好台后软弱地基是控制桥头跳车重要措施。对软弱地基处理，现在国内有换填法、超载预压、塑料排水板、粉喷桩复合地基等常用方法。就目前情况看，水泥粉喷桩复合地基加固软土效果明显，施工工期短，但费用高；超载预压一般可利用施工荷载作为软基预压荷载，但施工工期较长，剩余沉降量也大；塑料排水板法加固效果好，工期较短，施工简单，经验较为成熟，是目前处理软基较为常用方法。我们要根据当地实际情况，加以应用，使地基承载能力满足设计要求。受造价约束，一般情况可设置过渡性路面，加强养护补强措施，待沉降后再改铺原设计路面，常用过渡性路面有预制水泥砼块、沥青过渡层等，都是解决好桥头跳车有效办法。
３．２ 对接头处路面进行处理
    我们认为桥台到路基结构是不同体系。因此，如何消除和减少结构突变影响，使两个对接性质不同路面体系在抗垂直形变上能平顺过渡，是我们考虑主要方面。对连接沥青路面，则在桥台处增设增变厚式水泥混凝土埋板，对连接水泥混凝上路面，则将连接处路面板改为变厚式。我们还应注意，混凝土路面同桥梁相接处，最好是设置钢筋混凝土搭板。搭板一端放在桥台上，并加设防滑锚固钢筋和在搭板上预留灌浆孔，如为斜交桥，尚应设置钢混凝上渐变板。
３．３ 妥善处理好接缝
    参考柔性路面与刚性路面接缝处理方法，合理地使体系逐渐过渡，避免出现结构突变点。桥梁与水泥混凝土路面间接缝，如处理不好，容易造成错台，建议采用以下形式：(暂时略)
    桥梁与沥青路面间接缝，往往由于该处沥青路面难以碾压密实而沉陷和出现拥包建议采用以下形式：(暂时略)
    个人认为，这样处理接缝能较好平顺过渡。
３．４ 严格控制施工
    合理安排好施工计划，施工时符合规定，是有效减少桥头跳车关键，应遵循“早开工，工期长一点”原则进行，控制好填料质量，尽量采用轻型材料，渗水性好填料。控制好每层填筑厚度，碾压遍数，井对每层填筑质量实施检测，特别是控制好压实度。后台连接处填土应尽量与桥台砌筑协调进行，尽量使这些不易碾压地方密实度达到要求，台后最好按一坡度设置泄水盲沟，沟底用粘上夯实，以利排水。这样，才能更好减少病害。
４ 结语
    对桥头跳车问题讨论，大家都有很见解，个人认为设计部门、施工部门和养护部门尽力协调，针对不同原因，提出方案，合理缩小造价和缩短施工期，才能有效地避免桥头跳车病害产生，有效地改善行车条件，促进经济发展。

水泥混凝土路面断板的处理
1 断板情况简介　
1．1 工程简介
    鹤台线水泥混凝土路面改善工程，设计为二级公路，基层为12％石灰剂量石灰土，厚20cm，面层为30＃水泥混凝土，厚24cm，宽9．0m，横向分两幅施工（每幅宽4，5m），缩缝间距为5．0m。　
1．2 断缝（断板）数量
    该工程竣工后，全线共有断缝24条，有3条处于面板角隅，其余全部是贯通整个面板（单幅）宽度的缝。　
1．3 断板形状（如图1）。
①较直断缝；②斜度较小断缝；③角隅处断缝；④斜度较大断缝。前三种情况较多见，第四种情况较少见。　
2 断缝的成因
（1）由于基层某部位碾压不实，在行车作用下，基层下沉，面板被压断。这种情况多发生于面板角隅和人工缝处.
（2）由于切缝不及时，混凝土在于缩作用下，产生断板；
（3）由于天气突然变化，刮起大风，水析出速度过快，拉应力迅速增加，在未到切缝时间时，产生断板；
（4）配料不注意，造成局部混凝土强度偏低，在内外力作用下，易产生断板； （5）由于基层高，为了控制高程而使面板减薄或为了使面板达到厚度，而将基层下刨，使基层凸凹不平，摩阻力增大，这时易产生断板。　
3 断缝处理方法　
3．1凹糟开挖 
    根据断缝位置，把水泥混凝土面板凿开成长方形凹槽，贯通整个板厚，凹槽壁凿成1：0.15的斜坡为最好（如图2），以使修补混凝土与面板更充分地共同支撑行车荷载。凹槽的直角边分别平行于缩缝和纵缝。对于较直的断缝，断缝的两侧开凿宽度每侧不小于20cm，总宽度不小于40cm；若断缝稍有斜度或弯度时，开凿时要距断缝凸出部位或端头不小于10cm，凹槽开凿总宽度不小于40cm；若断缝在缩缝附近，且开凿边缘距缩缝不大于40cm时，原缩缝要作为凹槽的一个边（如图3）。
    图3 断缝在缩缝附近开挖摘况（单位：cm）
    对于角隅处的断缝（图1中第三种情况），要按上述开凿尺寸的要求，将断缝（断板）周围的混凝土凿开挖掉即可（如图4）。对于斜度较大的断缝，可将断缝周围的混凝土分成两大块凿开挖掉（如图5）。
    开凿前根据断缝的情况，按尺寸要求用墨线斗在水泥夕昆凝土路面上打出墨印线，然后用切割机沿线切割，再在需挖掉的混凝土路面上用切割机切成网状，网格面积越小越
易凿挖。然后用六棱钢钎和大锤（八镑锤）把混凝土凿开挖掉，挖好后，要在凹槽周围设有标志，以利安全。　
3．2填充膨胀混凝
    填充凹槽时，我们用的混凝土是高于面板一级标号的膨胀混凝土。鹤台线路面面板混凝土设计标号为30＃，处理断缝用的膨胀0．3％的促使混凝土膨胀的材料氧化铝（即市上销售的铝粉）。其配合比为：水泥：砂：碎石：水：氧化铝=100： 158：275： 62：0．3　
4 养生
    凹槽填充完毕，要在周围设有标志或障碍，不让在其上行车，待膨胀混凝土达到终凝时间（一般为8h时，就可在混凝土上铺厚度不小于15cm的细土，进行养生，土要经常保持潮湿状态。待养生两星期后，就可拆除标志或障碍，开放交通。　
5 结束语 
    混凝上面板断缝（断板）的处理方法很多，处理方法不当，则前功尽弃。笔者经过多个工程的断板处理，实践采用过四种不同的处理方法，且填充的材料也不尽相同。笔者认为本文所述方法简单、易学，处理效果较好。经过几年的行车观察，凹槽内的膨胀混凝土与原路面面板之间结合紧密，没有缝隙，且连沥青之类的防水材料也没涂抹，这说明用膨胀混凝土作为路面断板处理的填充材料是可行的。 
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