淺析漿砌塊石的缺陷及成因
由于我國多山和石料豐富等因素,石材料被廣泛地運用在各類建筑物和構筑物的建造上,主要用于砌筑民房、拱橋、護岸、溝渠和擋土墻等。砌筑方式可分為干砌或石灰漿砌。石材料的主要優點是材料分布廣泛易得、價格低廉、施工工藝簡單、強度高、不易人為損壞。盡管石材料有以上諸多優點,但現存的石材料建筑物、構筑物仍然很少,甚至少于磚木結構。歷史上,石材料只是簡單起到圍護、防護及阻擋作用,這些功能的實現并不需要承受很大的外力(拱橋除外),但現代建筑物和構筑物,在結構穩定性、耐久性、強度及外觀方面要求很高,以石材料為主的漿砌塊石使用的越來越少。事實表明,屢屢發生的一些橋梁結構的垮塌現象,從一定程度上暴露出漿砌塊石在運用方面的缺陷以及在施工過程中質量控制的不穩定性。
近幾年來,全國發生以漿砌塊石為主的橋梁倒塌事故屢見不鮮。2006年4月16日,深圳高速西段一座16M跨徑的漿砌塊石基礎的橋梁震塌。2007年8月13日,漿砌塊石拱橋——鳳凰堤溪沱大橋,在接近完工時垮塌。
筆者從事橋梁施工組織及技術管理工作多年,現從漿砌塊石的受力性能、施工技術、質量控制及工程造價方面分析其出現缺陷的原因。
受力性能
漿砌塊石構件在設計時都是按照承受壓力進行結構分析的,但是在許多情況下都有可能因環境變化和受力不均的原因,使受力情況發生了不利于其材料特性的改變,從而加速了塊石砌體的破壞。
沖刷
在地形變化較大的山區及丘陵地帶,由于水的流速很快,設計時沒有充分考慮到特大洪水的沖擊,往往導致基礎局部外露,甚至掏空部分基礎的基底,使這部分基礎由受壓變為在自重作用下受拉。
外力
在外部荷載破壞簡支梁橋的鉸縫構造后,橋面處在單板受力的情況下,墩臺部位由原來均布荷載變為單板受力支座處的集中荷載,在荷載較大時,產生類似于劈裂試驗時構件內部產生的拉力作用,雖然相對于墩臺來講并不具有決定性的破壞作用,但是,砌體的砂漿在經歷多次凍融之后,則會不斷加劇橋梁的破壞程度。
對于較為寬大的橋臺,其臺背回填土不均勻也會使土壓力發生變化,而橋臺兩端因無回填土且有翼墻的拉結錨固作用,位移較小。橋臺中部一般所承受的土壓力最大,易產生拉應力。
不均勻沉降
因地基沉降不均勻,橋臺在自身重力及外荷載作用下,內部產生拉應力,這是橋梁破壞的重要原因。
凍融和沖擊
漿砌塊石主要靠砂漿起到找平支墊及粘結作用,雖然砂漿的水泥用人工成本低量與同強度混凝土基本相同,但砂漿的單位用水量卻是同強度混凝土的2-4倍,所以砂漿的空隙率遠大于同強度的混凝土,其吸水性和抗凍融性大大降低。同時,砂漿在外荷載的直接沖擊下,微觀結構不斷發生微小的變化,因砂漿的低強度和剛性的特點,其變形是不可逆的,在長期頻繁的沖擊荷載作用下,砂漿的破壞遠快于混凝土。
在凍融和沖擊的雙重作用下,漿砌塊石中的砂漿加速喪失找平支墊和粘結作用,使砌體逐漸喪失穩定性。
施工技術
漿砌塊石是一種傳統的工藝材料結構,主要靠手工操作,是勞動力密集型、生產效率很低的一種生產方式。在工業化水平很低,生產力不發達時期,由于勞動力充足,人工成本較低,這種結構還能得到廣泛的應用。現階段,因新材料砌體的質量、性能和效率都大幅度提高,工程量迅速增加,漿砌塊石應用范圍越來越受到限制,主要原因是:
機械化程度低:在整個生產過程中,只有砂漿可采用機械拌合,其它工序,如:塊石的砌筑、碼放、修整、塊石堆放地點至工作面的運送、勾縫等都不能采用機械施工,生產效率很低。
砌筑技術要求高:漿砌塊石既是一項重體力勞動又是技術含量相對較高的工作。由于塊石很不規則,砌筑時需要精心挑選擺放位置,砌體質量高低與塊石的組砌方法關系很大。因此,塊石的砌筑過程就是砌體組合的設計過程.[Page]
砌筑工作量較大:按照《公路工程預算定額》測算,10M高以內橋墩平均每工日砌筑量應為0.6M,折算成重量約為1.38噸,為重體力勞動。塊石不像磚、水泥砌塊等材料那樣規整,且砌筑時平整度、錯縫較其它砌體更難控制,一般年輕人不愿意從事此行業。因此,現在既熟練又有經驗的砌石工數量越來越少。
質量控制
由于塊石的形狀極其不一致性,使其不易按規范要求進行質量控制,主要表現在平整度、砂漿飽滿度、錯縫以及完工后的質量檢查方面。
平整度
在施工中,很難遇到有兩個相對平行的平面且平整度較好的塊石,GB50203-2002《砌體工程施工質量驗收規范》以及JTJ041-2000《公路橋涵施工技術規范》對塊石標準均未做明確的要求,每一塊石的外形都有差異,每個位置都需要對塊石進行選擇,同時還要考慮到錯縫、拉結石位置以及轉角石的安排等,往往是顧此失彼,所以平整度難以控制。
砌縫飽滿度
塊石的外形特征對砂漿的飽滿度影響很大,通常情況下,很難達到《砌體工程施工質量驗收規范》7.2.2條規定的80%飽滿度,尤其是豎向縫、不規則縫及內部縫更是如此。有的施工隊伍在飽滿度要求較高的情況下,不得不將砂漿的含水量加大,直接進行灌縫,從而導致砂漿的強度嚴重降低。
錯縫
因塊石的大小懸殊,使錯縫難度增大,有時雖然外層進行了錯縫但內層卻未能進行有效的錯縫。有時即使上下層進行了錯縫,但錯縫后的搭接長度又難以滿足要求,實際上并未起到錯縫的效果。
監督檢驗
漿砌塊石的主要材料是塊石和砂漿。塊石經過檢驗后選擇料源,強度一般都能達到規范要求;砂漿強度可以通過預留試塊進行檢測,同時在施工現場也能進行有效的監控。砌體質量難以控制的是砂漿飽滿度和錯縫,尤其是砂漿飽滿度,重要程度不亞于砂漿強度,很多塊石砌體的倒塌并不是因為砂漿或塊石的強度不足,而是因為砌體的穩定性和整體性發生了破壞。因此,砂漿飽滿度需要現場監理人員全程跟蹤監控。否則,即使事后在砌體表層開孔檢驗,也不能反映整個砌體的砂漿飽滿度情況。
工程造價
漿砌塊石的單位造價較低,與其它混凝土相比具有較大的經濟優勢。通常情況下,按建筑工程定額計算:1立方米C毛石混凝土定額直接費為58003元,而1立方米M10漿砌塊石的定額直接費為31784元,兩比每立方造價相差26219元。
在砌體設計時,一般用M10漿砌塊石來替代C20毛石混凝土。在構件體積相同的情況下,M10漿砌塊石的造價僅為C20毛石混凝土的55%,所以在工程造價上具有相當大的優勢。因此,一般小型的、受力較小的構件如溝渠、護坡、圍墻等采用漿砌塊石非常適合。但一些大型的、重要的受力構件,如橋梁墩臺、大型擋土墻、箱涵等則不宜使用漿砌塊石。
結語
盡管漿砌塊石在工程建設方面存在著一定問題和缺陷,但在普通構件的使用上仍具有較大經濟價值,并且在滿足普通構件使用功能的情況下,還有較好的安全性、穩定性和可靠性。
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