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大体积砼在公路结构工程中应用越来越多

    施工时，大体积砼水化热引起的温度作用和自身收缩等变形将产生较大的温度应力，若施工不当就会产生危害性裂缝，直接影响结构物的使用寿命，为此本文对裂缝产生的原因进行分析，并提出一些防治措施，以减少裂缝的产生

      关键词：大体积砼 裂缝 成因分析  　　1 概述  　　现在，在公路结构工程中大体积砼已经得到了普遍的应用，那到底什么是大体积砼，其实是没有一个定论的

    各国之间的规定也不尽相同，美国规定为：“任何现浇砼，只要有可能产生温度影响的砼均称为大体积砼”

    我国普通砼配合比设计规范规定：砼结构物中实体最小尺寸不小于1m的部位所用的砼即为大体积砼

      　　大体积砼的特点：公路结构工程中大体积砼与其他砼相比具有砼设计强度高，单方砼水泥用量较大；连续性整体浇筑要求较高等特点

    此外，大体积砼还具有结构厚大、浇筑量大，工程条件复杂，施工技术和质量要求高等特点

      　　2 大体积砼温度裂缝产生原理  　　2.1 裂缝种类及成因  　　裂缝是固体材料中的某种不连续现象

    砼在硬化及承载使用过程中，当其“变形要求”超出抵抗变形能力时，即产生裂缝现象

      　　砼的裂缝可分为宏观裂缝和微观裂缝

    裂缝一般以0.05mm为界，大于等于0.05mm的裂缝称为宏观裂缝，小于0.05mm的裂缝称为微观裂缝

    一般情况下，微裂缝对使用无危险性，因此，下文所述的裂缝控制均指宏观裂缝，宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果

    本文主要探讨由于温度变化及收缩等因素引起的变形裂缝

      　　2.2 大体积砼温度裂缝的产生原理  　　在施工期间，大体积砼产生的结构裂缝主要是因为水泥水化热引起的温度变化导致的

    如果大体积混凝土的内部矛盾不断发展，到一定程度就出现裂缝

    而这种矛盾一方面是因为混凝土内外温差形成的应力和应变，另一方面为了阻止这种应变所形成的各种约束

    如果温度应力超过了混凝土所能够承受的极限强度，混凝土就会出现裂缝，这是导致混凝土出现裂缝的主要原因，混凝土产生裂缝主要有以下几方面原因：  　　2.2.1 水泥水化热

    一般来说在浇筑后的7d左右，在水泥水化过程中会放出大量的热量，有资料显示在计算过程中，如果按照水泥用量是350kg/m3～550 kg/m3，每克水泥放出大约500J的热量，那m3混凝土就会放出17500KJ～27500KJ的热量，放出的这些热量，会直接导致混凝土的内部温度升高

    特别是对于大体积混凝土来说，这种现象出现的概率更大

    混凝土的内部温度升高，而混凝土的散热条件在内部和表面是不同的，这势必会形成温度梯度，压应力和拉应力也会分别在混凝土的内部和表面产生，一旦表面的拉应力超过规定的范围，混凝土的表面就会出现裂缝

      　　2.2.2 砼的收缩

    砼收缩是指砼在空气中硬结时体积减小的现象

    砼中大约80%的水分都会被蒸发，其中水泥硬化需要其中的大约20%的水分

    砼水化作用后会发生体积变形，也叫“自身体积变形”，胶凝材料的性质对该变形有着决定性的影响，一般来说，大部分的普通水泥混凝土都是收缩变形，只有少数是膨胀变形

    这种自发变形是不受外力影响的，但是一旦受到外部约束，就会在砼中产生拉应力，导致砼开裂

    并且在硬化的初期和后期表现是不一样的，前者主要是体积变化，后者主要是干缩变形

      　　2.2.3 外界气温变化

    在施工阶段，外界的温度变化对大体积混凝土有着直接的影响，因为混凝土的浇筑温度会随着外界气温的升高而升高；而当外界的温度下降的时候，又会增加混凝土的降温幅度，尤其是在气温骤降的天气，混凝土内外的温度梯度一定会加大，这对于大体积混凝土是非常不利的

    混凝土内部的温度是各种温度叠加在一起的，比如水化热的绝热温度、浇筑温度和结构物的散热降温等，而温度应力则是由温差引起的温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大

    同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般在60～65℃，并且有较大的连续时间（与结构尺寸和浇筑块体厚度有关）

    在这种情况下，研究合理的温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的过大温度应力，就显得更为重要

      　　3 结论  　　总之，针对以上指出的大体积砼产生裂缝的原因，在实际的施工中应该采取以下的一些防治措施：  　　①合理选用水泥品种

    大体积砼施工中，选用的水泥最好具备水化热低、初凝时间长的特点，并控制水泥用量，一般控制在300kg/m3以下

    ②掺加外加剂

    选用复合型外加剂和粉煤灰，以减少绝对用水量和水泥用量，延缓凝结时间

    ③注意粗细集料的选择

    砂选用粗砂，石子选用粒径为0.5-3.2cm的碎石和卵石

    夏季砂、石料堆可设简易遮阳棚，必要时可向骨料喷水降温

    ④在砼中敷设冷却水管

    ⑤分层浇筑

    如结构工程厚度较厚，一次浇筑砼方量过大时，在设计单位和监理单位同意后可分层浇筑，以通过增加表面系数，利于砼内部散热

    ⑥加强振捣避开高温施工

    要严格按照技术规范要求振捣，夏季施工时尽量避免在12点至14点期间浇筑砼

    ⑦加强砼的养护

    砼浇筑后要适时进行养护，尤其是体积大，气温较高时尤其注意，防止砼开裂

      　　参考文献：  　　【1】张少峰.大体积砼温度裂缝的控制【J】.土木工程，2002.  　　【2】《砼配合比设计规程》.  　　【3】彭立海主编.《大体积砼温控与防裂》.  　　【4】施惠生.大体积混凝土的温升及控制，混凝土编辑部.  　　【5】全国一级建造师执业资格考试用书（第三版）公路工程管理与实务【M】.中国建筑工业出版社. 软基路段由于地基沉降引起的桥头跳车现象主要是施工图设计时，地质钻探布孔过少，钻探深度不够，未能及时发现软基存在，或者未能准确探明软基范围和深度以及软土的物理力学性质等等，导致桥头路堤软土地基处治遗漏，或采取的处治方法不恰当

    此外，采用的软基处治理论计算方法和选用的计算参数与软基实际情况存在一定差距，导致软基处治设计未能达到预期效果和技术要求

    另外，雨水侵蚀造成路堤填土流失和强度降低，也是造成路桥过渡段路堤沉降的主要原因

      1.2桥台台背路堤压实度不标准    公路建设中几乎所有桥梁、通道和明涵等都要求台背填土处治

    然而，台背填土压实度受施工的用料、顺序、机械、经验和施工作业面等工程管理因素的影响，普遍存在台背填土压实度未能满足设计要求的现象，这是路桥过渡段路基路面产生不均匀沉降的基本原因之一

    此外，在公路营运过程中，路基路面在车辆荷载以及自然因素的长期作用下，会形成土基塑性变形的积累，导致路桥间的差异沉降，从而影响公路路面的平顺程度

      1.3桥头引道过渡段结构设计不周密    桥头引道路基工程中，常用的过渡段工程处治措施有粗粒料填筑法、钢筋混凝土过渡板(即搭板)和加筋土法等

    这些处理措施的主要目的是通过提高路基的整体强度，从而降低路桥间的刚度变化以及沉降差异，以减少路桥间的不平顺，从而防治或避免桥头跳车现象

    从公路工程建设可知，桥头引道过渡段常采用搭板结构

    然而，设臵搭板以后的桥头跳车现象仍然严重，桥头搭板断板现象较为普遍

       2路桥过渡段的结构设计  2.1路桥过渡段的变形控制    从路桥过渡段的路基路面工程实践分析可知，路桥过渡段的变形控制必须解决两个问题:即严格控制过渡段内路基的工后沉降量;将路桥交界处的错落式沉降变成连续的斜坡式沉降

    因此，其变形控制主要是控制路基工后沉降和路桥间差异沉降

      2.2合理设臵缓和过渡段    由于不同的结构型式，从桥台刚度大的混凝土结构逐步过渡到柔性的填土路基结构和沥青混凝土路面结构，其强度不一致

    因此，软土地基处治时，各段不同强度之间需设臵强度过渡段

    同样地面上的路堤亦需要设臵强度过渡段

    世界银行贷款项目要求在刚性桥台和柔性路堤之间设臵50m的强度渐变段，使用不同的级配填料，确保路堤强度过渡

    如果设臵50m渐变段有困难，建议渐变段长度不得小于30m

    如果桥头引道不存在软土地基，若路桥过渡段的差异沉降控制标准为5cm，沉降坡差按0.4%控制，则强度渐变段长度应大于13m

      2.3路桥过渡段的地基条件与路基条件    在桥头引道路堤填筑过程中，采用土工合成材料加筋路堤并不能提高地基承载力，也不能有效阻止地基沉降

    只有当地基具有足够的承载力，在路堤填土自重荷载与车辆荷载的联合作用下不致破坏而产生较大的沉降时，土工合成材料的加筋才会产生明显效果

    因此，公路路桥过渡段的地基条件应保证路基的工后沉降≤10cm，沉降差小于5cm，沉降坡差≤0.4%的控制标准，路基条件应满足规范要求

      2.4路桥过渡段的结构型式  2.4.1桥台台背路堤加铺土工格栅    在路桥过渡段路基施工设计中，必须采用土工格栅技术

    当土工格栅与土一起承受车辆荷载和土体自身荷载的同时，土工格栅能使土体的抗剪强度得到充分发挥，约束土体的侧向变形，控制路基填土的侧向位移，增强路基的整体稳定性，从而增大了路基的变形模量;由于土工格栅与路基填土的摩擦作用，使上部荷载可以在路基中重新分配，降低了桥台台背局部范围土中的垂直应力，使路基土体承载力得到提高，从而减少沉降;由于水平摊铺的土工格栅具有弹性，在车辆荷载的反复作用下，会减少或不会产生变形的累积

    由于在路桥过渡段铺设土工格栅具有明显的工程效果，因此在路桥过渡段高填方路堤可采用桥台台背回填加铺土工格栅的结构型式

    土工格栅的设臵间距和长度应满足规范要求，通过计算确定

      2.4.2合理确定搭板长度和搭板强度    到目前为止，搭板的设计未有统一模式，一般按照下述原则确定其长度:  （1）路面设计使用年限内，由于道路下沉引起路面纵坡变化，要求搭板随路堤沉降后倾角在1/200至1/300范围内变化;  （2）搭板的长度能跨越桥台台背难以压实的土体，或跨越按计划在台背预留的土方缺口长度;  （3）根据搭板的受力状态，用弹性地基或简支梁计算搭板长度

    根据规范要求，按上述方法计算的搭板长度为30～20m

    可参考此计算方法，结合工程具体情况，合理确定搭板长度

    搭板强度的设计，应根据搭板与台背填土可能脱空的最不利状态处理，同时考虑搭板节段的划分以及枕梁位臵对搭板强度的设计影响

       3路桥过渡段软基路基路面的施工研究  3.1桥台软基的处治施工    从公路工程施工分析可知，水泥粉喷桩复合地基加固软土效果明显，施工工期短，但工程造价高;超载预压可利用施工荷载作为软基预压荷载，方便施工，工期长，剩余沉降量大;塑料排水板法加固工期较超载法短，较粉喷桩法长

    此外，还有强夯法和爆破法等软土地基处治方法

    各种方法的机理及适应性各有特点，施工过程中要根据当地工程实际情况加以选择采用

    为了保证软基排水固结的施工质量，消除软基路堤不均匀沉降的现象，必须尽可能地提前软土地基路段的施工时间，尤其是桥台地段的施工时间，争取更长的预压时间，以减少软基路堤工后沉降;根据软土的地质条件、土层性质和路堤填筑高度，一般路堤采用袋装砂井或塑料排水板处理，其间距在邻近桥头路段附近应加密;在桥台处设臵搅拌桩过渡段，并在搅拌桩过渡段末端与袋装砂井或塑料排水板加密区交接处设臵土工织物砂垫层，以协调变形

      3.2路桥过渡段的施工组织    在桥台结构完成后，尽快安排过渡段路堤与一般填土路堤的施工，并使用具有同等压实度能量的压实机械将过渡段路堤与一般路堤的碾压面按大致相同的高度进行填筑碾压

    在路堤与桥台连接部位，路堤与锥坡预压填土应同步填筑与碾压，使用大型机械碾压困难时可改用小型振动压实机械进行充分压实

    此外，对一些路基工后沉降可能大的工点，如深层软土地基和桥头高路堤，除了采用一切必要的地基处治措施外，必须优先安排施工，进行静臵预压直至符合规范要求为止

      3.3路桥过渡段路堤填料的选择    实施路桥过渡段路堤填筑之前，要有目的地选择施工路段的填料，采用各种土壤作对比试验

    其试验项目包括:土壤的液限和塑限联合测定，实施筛分和击实试验;各种土壤在相同压实机具下达到同等压实度时的压实遍数与松铺厚度的关系

    从试验结果中，比较各种土壤的技术指标，从中选出最适宜的土壤作为过渡段路堤的填料

    填料的选择原则应选用干容重较大的砂类土或渗水性较好的材料

    这样的材料具有良好的级配水稳定性和压实特性

    当采用非渗水性土时，应在土中增加外掺剂，如石灰、水泥等

    严禁使用淤泥、沼泽土以及含草皮、树根、生活垃圾、杂物和含水量过大的土作为填料

      4结束语    工程实践证明，在桥头引道处，刚性桥台和柔性路堤之间的强度渐变段易产生不均匀沉降，出现桥头跳车现象，成为公路工程建设的一个重要而又突出的问题

    但是，根据工程地质条件，做好路桥过渡段地基处治，设计恰当结构，加强过渡段结构施工各个环节的控制，从客观上制定一套科学的管理程序，保证每道工序的工程质量和工作质量，就能防止或减少路桥过渡段的不均匀沉降，从而减轻甚至避免公路桥头跳车现象，提高公路使用性能和使用寿命

    从而提高交通营运舒适性，安全性以及可靠性

      参考文献:  【1】 刘巍, 王英杰, 贾玉钧. 路桥过渡段沉降成因分析与设计、施工控制研究【J】.. 北方交通, 2006,(12 

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