摘 要 水泥砼路面因具有强度高、寿命长、维修养护费用少等诸多优点逐渐被应用于公路建设中。但在我省长距离的水泥砼路面施工中,水泥砼面板仍然出现了许多裂缝。本文就结合相关施工经验,探讨了产生原因并提出建议。
关键词 道路工程 高寒地区 水泥混凝土路面裂缝 分析
1 引言
混凝土是一种非匀质的脆性材料,由水泥、砂、粗骨料、水及留存在其中的部分气体组成,在相对的湿度、温度下水泥砼硬化并有体积变形。由于材质不同,在水泥砂浆与粗骨料之间难免存有细微裂缝,在外界不同因素作用下,就可能发展成为我们常见的裂缝及断板。结合2001—2003年施工的青康线(g214线)姜路岭至清水河段水泥砼路面b1标段滑模施工中发现的一些问题对高寒地区水泥砼路面产生裂缝的一些原因及采取的措施进行探讨。
2 原因分析及预防措施
2.1 从设计之初谈裂缝或病害隐患
2.1.1 合理设置胀缝。首先,应按照《公路水泥砼路面设计规范》进行胀缝设置,并在允许范围内尽可能的少设置胀缝。由于越岭区多雨、易积雪,行车后由于渗水很容易在胀缝处产生放射裂缝或破坏。其次对于该类地区胀缝应设置在凸竖曲线处还是凹竖曲线处尚存在着争议,我个人认为应设在凸曲线处,因为凹曲线处本身容易成为积水区,且在高寒地区早晚温差较大,砼面板有较大的伸缩变形,胀缝设在凹曲线处不利于相邻面板的拉伸变形。
2.1.2 通过配合比设计,提高砼的极限拉伸应变值和抗弯拉强度。以尽可能减少薄弱点、减少裂缝。
(1)提高砼面板设计强度,现行多采用c20、c25号做为砼面板的设计抗压强度,建议可采用c30、c35较高标号的砼,随着抗压强度的提高,混凝土的极限拉伸值可随之提高。
(2)水泥砼采用碎石混凝土设计,砾石混凝土路面虽然有耐久性好等优点,但碎石配制的混凝土的极限拉伸值比砾石混凝土的要高30%左右,砾石砼较碎石混凝土更易产生裂缝。
(3)合理选择配制材料及其粒径,加强配合比设计,追求最佳施工效果和最小断板率、裂缝率。严格控制设计选材,骨料的最大粒径选择时尽可能采用较小值,建议采用25-30mm。由此可提高混凝土材料内部的粘接,并可提高混凝土的极限拉伸值,减少因石料粒径过大而产生裂缝。混凝土的配合比设计要严格控制水灰比、水泥用量、集料级配和砂率。水泥用量过大或砂率过大,混凝土在重力作用下产生离析而导致表面裂缝,而且在该情况下容易产生骨料少的薄弱断面从而发生断板。另外在相同强度下水灰比过大,也容易导致表面裂缝。
2.2 由于地质条件方面原因产生的裂缝
不良地质路段产生的裂缝应从设计之初就应引起重视,应做好不良地质路段的地基处理,避免由于工程地质因素而产生裂缝。
2.3 施工措施不当或其它原因产生的裂缝
(1)路基沉陷产生的裂缝。该裂缝多产生于路基拓宽部分、路基未充分压实而后沉陷处。在国道214线姜清段路面工程b1标段的施工中因路基拓宽未处理好而产生的裂缝并未出现。由于路段地形较复杂,多有高填路段,在该工程段我们发现了两处与之相关的裂缝,因此如果严格控制路基施工是可以避免上述裂缝的。
(2)由于基层原因产生的裂缝。其一,由于基层松散强度不够而产生的裂缝可以通过加强施工控制来消除。其二,在我省水泥砼路面基层多采用半刚性基层(水泥稳定类基层),该基层由于自身收缩而产生的裂缝,很容易反射到面板上,并使面板开裂。我们在施工中降低了基层的水泥掺量,并采用了两种防反射裂缝的方法进行试验。①在面层和基层之间加铺lcm细砂滑动层。②在面层和基层之间加铺一层油毛毡隔离层。根据观察加铺一层油毡隔离同时降低水稳基层混合料中水泥掺量的效果较好。
(3)施工中水泥砼混合料的施工配合比和混合料拌和均匀程度,也影响摊铺质量并产生裂缝。滑模施工的水泥砼路面,线型顺畅、表面平整、连续性好、进度快,但在施工中要求水泥砼混合料要有很好的和易性和较小的坍落度。如果水灰比过大,坍落度增大,产生溜边现象,并且容易发生表面裂缝;而水灰比过小则相反,但表面易产生蜂窝、麻面,在蜂窝、麻面过于集中的地方,容易产生断板、裂缝。因此在施工中我们掺加了复合型引气、减水剂,并进行集中拌合,减小水灰比,增加混合料的和易性、均匀性及密实程度,确保摊铺质量,减少断板发生。在施工中应认真进行配合比设计,并铺设试验路段,取得详细、准确的数据,并每天测定材料含水量,确保水灰比及混合料的和易性在施工配合比的控制范围之内。
(4)由于在高寒地区的最佳施工时间为6—8月,而这段时间该地区太阳辐射强,天气变化快,且多风。如果覆盖养生不及时,表面很快就会发生干缩裂缝。滑模施工速度快,且当地风大,养生覆盖确实存在一定难度,如果细心认真的做一些防治工作(如防晒棚、及时覆盖塑料薄膜等)也可以尽可能的避免干缩裂缝的发生。
(5)板厚不均匀,也容易产生断板。当面板厚度发生突变时(在g214姜清段路面b标段,设计板厚为21cm,但施工中有时面板厚为20cm,有时又增至25cm),在突变截面处会产生最大剪应力,致使面板断裂。产生这种问题的原因主要在基层高程的控制上,这就要求我们一定要做好基层的高程控制和平整度控制。
(6)切缝时间的掌握,是影响裂缝的主要因素。就工程角度而言,水泥砼面板由于自身凝固内部产生收缩,加之温度影响而生产的收缩,会在一定距离内自然产生模向裂缝将面板裂为若干段。我们切缝的目的就是在砼自身裂开前预切一条缝,使混凝土面板在我们设计的位置处整齐断开。切缝工作做好了,我们可以在砼面板铺筑第三天检查侧面,在切缝处(切缝深度一般不小于板厚的1/4)向下3/4的板厚会沿切缝裂开。而准确掌握切缝时间是一项有难度但非常重要的工作。根据规范要求,一般在24小时以内,砼强度达到设计强度的25-30%时进行硬切缝。而在高寒地区,由于白天太阳辐射强,地表温度高,而夜间温度急剧下降,造成温差较大,加快了砼的收缩变形。根据施工中实际的经验建议采用软切缝法,一般切缝时间在铺筑后的8-12h之间,视当日温度和砼强度增长情况而定。由于当前的软切技术尚不成熟,其切缝深度及切边处理有时不能完全满足要求,故在此之后应利用硬切机补切一次。
(7)由于高寒地区越岭线所处路段地形复杂,多数路段填方又高,工作面狭小,因此只能采用半幅施工。而在半幅施工中由于前半幅摊铺的面板收缩较后半幅的快,加之裂缝拉杆的连接,迫使“后幅板”与“先幅板”伸缩同步,因此很容易在“后幅板”薄弱处产生裂缝。建议缩短两幅先后施工时间,尽可能早的在“后幅板”上对应“前幅板”缩缝位置切缝。
(8)由于特殊地理条件使封闭施工成为不可能,而交通管制不好造成车辆提前行驶在强度不高的砼面板上也是造成裂缝、断板的原因之一。因此对于高寒、越岭区施工中的交通管制也是非常重要的。
3 结语
由于设计、施工中的某些不足造成水泥混凝土路面上产生各种类型的裂缝。但我们只要严格按规范要求,认真细致抓好各个环节的工作,采取有效的措施是可以减少裂缝产生的。
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