浅谈公路桥面混凝土铺装施工质量控制

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wushenjian
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  摘要:随着我国交通业的不断发展,高速公路、市政桥梁工程仍然占据着很重要的位置,现代桥梁工程从建筑材料方面来划分主要有预应力钢筋混凝土桥、普通钢筋混凝土桥、钢桥。桥梁结构主要分为上部结构、下部结构、附属结构。桥梁上、下部结构都是与受力有关的,所以也称为桥梁的主要结构,而附属结构主要是起辅助作用的,如:桥面铺装、防撞护栏、伸缩缝等。桥梁附属结构虽说不起承重作用,但在施工过程中若不重视其工程质量,比如:桥面铺装,依然可以影响桥梁的使用寿命,大量的返修工作耗资将倍增于工程建设时的投资,因此不容忽视。本文就如何控制桥梁桥面铺装工程施工质量进行简要的分析研究。
  关键词:桥面铺装质量控制
  中图分类号:U443文献标识码: A
  引言:桥面铺装层是桥梁承受荷载的缓冲层,主要承受拉应力,起作传递荷载和保护梁体的作用,防止车轮直接磨耗桥梁板,保护桥梁板免受雨水侵蚀,并对车辆轮的集中荷载起分布作用。随着交通量和重型车辆的增加,桥面铺装层损坏比较严重,有的甚至通车不久即出现了开裂、碎裂、露骨、脱落等现象,不仅影响行车安全、公路的正常运营和桥面美观,对桥梁维修带来了很大困难。因此桥面混凝土施工质量的好坏直接影响整个桥梁的使用寿命。桥面铺装质量主要包括混凝土的耐久性、厚度、平整度、裂纹控制等。本文将分别对以下几个方面在施工过程中如何控制进行阐述。
  一、高性能混凝土
  1、背景:要研桥面铺装混凝土的质量,不能不涉及到混凝土的耐久性问题。20世纪70年代以来,不少工业发达国家正面临一些钢筋混凝土结构,特别早年修建的桥梁等基础设施老化问题,需要投入巨资进行维修或更新,1987年美国国家材料厂咨询局的一份政府报告指出:在美国当时的57.7万座桥梁中大约有25.3万座不同程度破坏状态,有的使用期不到20年,而且受损的桥梁每年还增加3.5万座。1991年在提交的国会报告“国家公路和桥梁现状”中指出,为修复或更换更换现存有缺陷桥梁的费用需投资910亿美元;如拖延修复进程,费用将增至1310亿美元。
  我国20世纪90年代以前修建的桥梁,桥面铺装砼采用的都是传统的普通混凝土,且标号也不高,返修率较高。建设部在当时曾组织对国内混凝土结构进行了大量的调查工作,发现大多数工业建筑物在使用25~30年后即需要大修,处于有害介质中的建筑物使用寿命则只有15~20年,而桥梁工程就属于这一类。
  2、高性能混凝土的产生
  高性能混凝土(High Performance Concrete,HPC)是20世纪80年代末90年代初,一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土,它以耐久性为首要设计指标,这种混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。区别于传统混凝土,高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性,被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土,至今已在不少重要工程中被采用,特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性,在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益,因此被各国学者所接受,被认为是今后混凝土技术的发展方向。我国高性能混凝土的研究是从上世纪90年代中期开始的。
  目前,为了增加结构物的耐久性,高性能混凝土已广泛应用于高速公路、高速铁路、水利设施等大型公用设施。由于采用了高性能混凝土,也解决了桥面铺装混凝土本身的耐久性问题了。
  二、控制施工工序质量增强混凝土耐久性
  高性能混凝土的产生的确提高了混凝土本身的耐久性,但若在施工过程中忽略了一些细节,就算采用了高性能混凝土也不会提高桥面铺装的耐久性,甚至和传统的普通混凝土没有什么区别。本文主要是从施工的角度进行阐述。
  1、桥面铺装混凝土与梁体粘接控制
  在2000年以前修建的大部分桥梁,不论是预制梁还是现浇梁,梁体顶面都是采用人工简单的刷毛,刷毛时间又控制不好,这样在进行桥面铺装工序时,由于梁体的浮浆未处理,桥面铺装混凝土浇筑完成后,在使用过程中随着荷载的影响会因铺装层和梁体粘结不好而逐渐产生两者“分离”现象,俗称“脱壳”,从而大大影响到桥面的耐久性。
  在土木工程领域,我国从20世纪90年代中期引入ISO9000质量管理体系,进入21世纪,标准化管理已发展进入标准化工程阶段,随着标准化施工的大范围展开,在施工过程中关注每一个细节。要确保桥面铺装混凝土与梁体的紧密粘结,传统做法是梁体混凝土浇筑完后约2h左右對梁体顶面进行人工刷毛,表面上看使梁面粗糙从而具有较好的粘结性,但这样做虽然看似表面粗糙了,但梁体顶面浮浆未清除,实际上依然未起到良好的粘结作用。标准的做法是施工完梁体后待梁体混凝土强度达到设计强度的80%以上进行机械凿毛,凿毛机械使用范围的不同分为手持式凿毛机、手推式凿毛贼机、抛丸式凿毛贼机及铣刨机等。由于梁体顶面埋有剪力构造钢筋,只适宜采用小型设备进行凿毛,一般选用手推式凿毛机。凿毛机对梁体进行凿毛,清除上一次浇筑混凝土留下的浮浆露出粗骨料,这样在进行二次桥面混凝土铺装时能确保两次混凝土紧密粘结,从而提高桥面混凝土的耐久性。待湿接缝等现浇部分也凿毛完成后用高压水枪进行冲洗干净方可进行钢筋和模型安装。
  2、钢筋网安装:
  桥面铺装钢筋网一般有成品钢筋网和人工绑扎钢筋网,成品钢筋网片是由专业生产厂家用冷轧钢筋加工而成,优点是间距尺寸标准、强度高、韧性好、施工方便,但成本略为偏高。钢筋成品网片安装时只需按照设计要求设置保护层,先固定好后将梁面预埋抗剪钢筋全部与网片进行连结即可;人工安装桥面铺装钢筋网要复杂一些,先每隔4~6米固定一根横向钢筋,之后才能按设计间距绑扎纵横向钢筋,所耗费的人工远远大于成品钢筋网片。无论是成品网片还是人工绑扎钢筋网,都要确保梁体预埋剪力筋与钢筋网连结牢固。
  3、桥面铺装厚度控制:
  桥面铺装层厚度一般设计在80~120mm,为了保证桥面混凝土的耐久性,同时兼顾桥梁荷载,应该以不小于100mm为设计值为宜。在施工过程中如何保证桥面铺装层厚度是关键。施工过程中一定要加强测量复核,控制好每个工序的标高才能最终保证桥面的铺装厚度。
  (1)梁体顶面标高控制:从墩柱、盖梁到支座垫石每一个工序都要严格进行标高测量,用以控制梁体顶面标高的基础。
  梁体高度高:预制梁在预制时要统一按设计控制高度,这方面从模型制作时就已确定好了,控制起来就比较容易。模型制作完后首先要进行拼装检查,检查模型的结构尺寸是否符合设计要求,在已施工完毕的台座上拼装检查,还可以检查有效高度是否满足预制梁的高度尺寸要求,如果存在较大的误差,应在施工前通知厂方进行处理;预制梁出场前还应对每片梁进行检查,如果存在个别差异,不满足设计要求,那就对支座安装作相应的调整,以保证梁高整体满足设计要求。
  现浇梁主要控制好支座垫石的顶面标高,只有满足要求后才能进行底模安装。在安装底模的同时对现浇梁的几何尺寸进行放样,控制好翼板底部标高。现浇箱梁在进行二次浇筑时再进行一次复核,同时对梁体横坡、纵坡也要复测到位,然后的按梁体设计标高(一般是从项面往下推算出来)准确定位即可。考虑混凝土的收缩及凿毛影响,在施工时梁高应考虑高出设计5~10mm。
  (2)模型安装控制:梁板顶面标高控制好后,需按设计桥面铺装顶面标高控制模板安装就能满足桥面铺装厚度,桥面铺装施工时的模型和普通意义上所说的模型不太一样,因为桥面铺装所用的模型除了起到混凝土外模有作用,另外一个作用就是兼作桥面施工设备的轨道。因此为了保证桥面的平整度,要求桥面铺装模型必须有一定刚度,一般选择槽钢或角钢作为桥面混凝土铺装模型,且在安装模型前应打孔埋设“H”型定位钢筋,先粗略定位,按桥面设计标高推算定位钢筋的安装高度,间距在1~2米左右,为控制槽钢的挠度,必须在中间加密支撑架(同样需要固定好)。安装完后要反复调整、反复测量槽钢顶面高度,直到满足设计标高和平整度要求后才能浇筑混凝土。为了便于拆模和不损坏浇筑的混凝土,槽钢或角钢在安装时槽口向外,槽钢“[”、角钢“∟”(在本第6小节中进行详细阐述)。
  4、混凝土施工质量控制:在本文第一节中也说明采用高性能混凝土施工可提高桥面铺装混凝土的耐久性。现在高速公路、高速铁路大量采用的高性能混凝土应该说属于第三代高性能混凝土,主要是在混凝土中同时掺入高效减水剂(聚羧酸)和矿物外加剂。配制高性能混凝土的矿物外加剂,是具有高比表面积的微粉辅助胶凝材料。例如:硅灰、细磨矿渣微粉、超细粉煤灰等,它是利用微粉填隙作用形成细观的紧密体系,并且改善界面结构,提高界面粘结强度。因此目前从混凝土本身的质量控制方面越来越标准化、数据化,已经不是什么大问题了。采用传统的普通混凝土进行桥面铺装一般不宜使用泵送混凝土法施工,因为泵送要求混凝土坍落度足够大,而坍落度大了又会引起混凝土收缩裂纹,在施工过程中为确保混凝土质量,因而在搅拌时控制好水灰比,但混凝土运输到现场,由于坍落度损失,经常会有二次掺水的情况发生。高性能混凝土产生后,由于高性能混凝土已经大大降低水灰比,解决了这一问题,适当提高混凝土的坍落度对混凝土本身影响不大。目前梁体C50混凝土的坍落度可达180~220mm,这样的坍落度采用泵送进行桥面铺装施工没有任何问题。
  5、混凝土的振捣质量控制:
  由于桥面铺装混凝土比较薄,加上又有钢筋网,采用普通的插入式振捣器不易振捣,因此第一次振捣用采用平板振捣器拖动进行振捣,同时再采用带振动的三辊轴机,一方面是对混凝土进行初整平,另一方面是对混凝土进行滚动振捣提浆。这样经过两次振捣后的桥面铺装混凝土能确保密实。
  6、平整度控制:
  现行的2011版《公路桥涵施工技术规范》要求桥面平整度≤3mm,要保证桥面铺装平整度,有三个关键控制点:第一桥面要进行分幅施工,每幅宽度一般控制在4~5米为宜,因为现有的施工设备如果过长中间会产生挠度,进行全幅施工不能保证平整度。第二是要保证轨道(兼模型)表面安装的平整度;第三是收面,收面并非是简单意义上的将表面抹平,而是要用刮尺进行纵、横向的的滑动收面。
  1)轨道(兼模型)安装质量控制:桥面铺装平整度对于模型安装至关重要,因为它不仅是作为模型使用,更重要的一点是兼作辊轴机或人工拖动滚筒的行走轨道,因此除了要满足平整外,还要具有一定的刚度。桥面铺装模型的选取要根据桥面铺装厚度来选择,一般选择50型的角钢、槽钢、工字钢作模型,底脚空隙浇筑混凝土前提前用砂浆填塞(注意不要侵入桥面混凝土范围)。拆模后为保证接缝质量,要清除堵缝用的杂物,待达到50%以上设计强度后用切割机弹线切边。
  如何保证轨道安装的平整度?对于桥面坡度变化不大的每隔2米(曲线桥或标高变化较大有桥按1米)设置一个标高控制点用以固定模型,用电钻打眼固定Ф16钢筋,固定钢筋要根据标高焊接成“H”形,即固定钢筋的一只脚要埋入打好的孔中,并用小锤敲打固定,另一只脚放在梁顶面,然后调节好模型高度后再用一根横筋与两只脚焊接为“H”形,型钢放在“H”的上口,中间每隔50cm要进行加密临时固定点,型钢安装一截后要用水平靠尺检查平整度(相邻两截型钢也必须检查),不符合要求的要立即进行调整,直到满足平整要求和固定后才能进行后续工序。
  特别要注意的是:目前在一些地区施工桥面铺装时要求不高,轨道用圆钢替代,虽然在某种程度上起到了轨道的作用,但由于进行桥面施工时要进行分幅施工,这也产生了施工缝,采用钢筋替代型钢,拆除后施工缝极不标准,施工缝处截面上有半圆形的凹槽,如果施工缝处理不好,施工完后很容易沿施工缝处产生纵向裂纹。因此采用角钢或槽钢做轨道(兼作模型),拆除后截面是平顺的,用凿毛锤将边缘处浮浆清除即可,这样保证两次施工的混凝土能更好的粘结,且分幅施工时宜尽可能按车道进行分幅能更好的控制纵向裂纹的产生。
  2)浇筑过程中的平整度控制:施工工艺分初平和精平两个步骤。第一步:初平,在钢滚筒或三辊轴机滚动时要有专人进行检查补充混凝土或减除多余的混凝土,先查看两边轨道,若两端滚筒均与轨道完全接触,如果中间混凝土面与滚筒间有空隙时需要补充混凝土,如果滚筒前面有堆积的混凝土就需要人工进行减除多余的部分。经过滚筒滚动过的混凝土表面已大致平整。
  3)精平工作,混凝土施工完后紧后的一道路工序就是精平,采用自制工作平台,工作平台的质量要求是站上2人后平台底面不会接触混凝土表面,用来专供收面、精平用。平整度刮尺选用平整度的铝合多方尺即可,无论是自制滚筒还是辊轴机在静止时可能挠度很小,一旦旋转起来由于重力和向心力的作用,产生的挠度远远大于静止时的挠度,进行横向刮动就是消除设备产生的挠度,若有多余的混凝土就立即铲掉,发现铝合金下有空隙马上添加混凝土,往返两次即可。之后进行纵向刮,这项工作最容易被忽略,认为轨道已经安装平整,纵向不需要做,这种想法就是误区,由于轨道安装时就算中间加密了支撑点,但辊轴机滚动行走时就会在没有支撑点处产生一定的挠度,这就需要通过纵向滑动刮尺进行消除,工艺和横向滑动是一样的。经过上述施工工艺后桥面铺装就已经保证其平整度满足要求了,当再继续施工下一段(尤其有伸缩缝处)时要搭接2米以上,且纵向刮动时刮尺一端至少有1米以上落在旧混凝土面上(横向施工另一半时平整度的搭接控制也按此方法进行)。此时用自制收面平台,采用木抹子进行平整工作。如果要求进行混凝土表面收光可采用金属抹子或磨光机进行表面收光。
  7、裂纹控制:
  由于桥面混凝土比较薄,因此产生的裂纹是都是不规则的细裂纹,但仍要予以重视,产生的原因一般主要有三种:一是混凝土水灰比过大引起的;二是在温度高时施工引起的;三是养护不好引起的。知道产生的原因从源头上控制好就行了。
  施工过程中为了保证有较好的流动性,就容易造成水灰比过大,捣固完后混凝土表面水泥浮浆较厚,待初凝后表面浮浆极易产生不规则的裂纹。在使用普通混凝土时这一情况比较明显,也曾经采取一些办法进行控制,比如施工時禁止采用泵送法施工,另一种办法是铺装完后立即采取真空吸水的办法降低混凝土表面浮水,但效果不很明显。目前高性能混凝土的广泛应用已经解决了这一问题,从根本上降低了水灰比。
  温度过高产生裂纹的控制:混凝土(尤其是薄层)若在高温时点施工,混凝土表面会因为快速脱水而产生裂纹,因此控制的办法是不在一天最高温时刻浇筑桥面铺装混凝土,一般选择在下午16点以后进行,施工到夜间,到第二天温度高时混凝土已经初凝,然后进行覆盖洒水养生。
  如何控制养护不及时生产裂纹:在桥面铺装过程中,前面施工的部分达到2个小时后混凝土开始发热,水分减少很快,因此要设专人给混凝土补水,由于此时的混凝土尚未初凝,为了不破坏混凝土表面的平整度,不用覆盖,但要用喷雾器将压力加大使喷出的水完全呈雾状并朝天空方向进行少量补水。从而减少混凝土因失水而产生的裂纹。待混凝土初凝后须进行覆盖保湿养生。
  但在施工过程中不可能做到理想状态,有可能其中一条或者都没有完全做到而造成混凝土表面产生裂纹,因此还有一道工序可以加以控制,一般也容易被忽略,即在混凝土快达到初凝前进行一次表面收光,必须要由责任心较强的人来完成此项工作,如何判断何时能进行最后一次收光?这是完全是靠经验,用手指使劲按下时感觉混凝土已经开始硬了且不会产生明显的凹陷,或者用脚踩下不会产生明显凹下的脚印,但混凝土仍处于软化状态,此时用圆盘磨光机进行收光,由于表面水分已不多,对混凝土表面造成微小的扰动,从而消除此前产生的细小裂纹,圆盘机收光完一段应立即覆盖洒水养生。
  结束语:
  水泥混凝土桥面铺装是一个系统工程,要保证其施工质量,除了要具有一定的施工机具外,关键是控制好每一道工序的施工质量,通过上述施工工艺的控制,混凝土桥面铺装质量一定会大大提高,完全保证其施工质量。
  
  参考文献:
  高性能混凝土的发展及应用姚凯程(昆明理工大学)
  绿色高性能混凝土在桥梁结构中的应用 周立君
  桥面铺装混凝土病害的成因分析及防治措施2012-07-04中国公路网周泮政
  公路桥涵施工技术规范(JTJ\T50—2011)人民交通出版社,2011
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