道路橋梁工程論文發(fā)表混凝土橋梁裂縫原因

　　摘要：對橋梁裂縫產(chǎn)生原因做了比較深入分析與探討，對橋梁裂縫預(yù)防和處理做了較為全面總結(jié)歸納，并對今后橋梁建設(shè)和管理提出了合理化建議和要求，以減少裂縫，達到防患于未然的目的。

　　關(guān)鍵詞：橋梁裂縫,原因,預(yù)防處理

　　在橋梁混凝土領(lǐng)域，一個相當(dāng)普遍的質(zhì)量問題就是結(jié)構(gòu)裂縫問題，它已影響到正常的生活和生產(chǎn)，并困擾著大批工程技術(shù)人員和管理人員，是一個迫切需要解決的技術(shù)難題。雖然理論認為，結(jié)構(gòu)裂縫是不可避免的現(xiàn)象，但通過施工中的技術(shù)管理措施，減少和控制裂縫是完全可能的。本文試就裂縫產(chǎn)生的原因進行分析，找出預(yù)防與處理裂縫的措施。

　　一、混凝土橋梁裂縫種類、成因

　　混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜、繁多，主要有荷載、氣候因素、材料、施工工藝等因素影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要因素?；炷翗蛄毫芽p的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分為如下幾種：

　　(一)荷載引起的裂縫

　　混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。

　　1.直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因按照不同的階段分為三類：

　　一是設(shè)計計算階段，由于結(jié)構(gòu)計算時不計算或部分漏算、計算模型不合理、結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際受力不符、荷載少算或漏算、內(nèi)力與配筋計算錯誤、結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠、結(jié)構(gòu)設(shè)計時不考慮施工的可能性、設(shè)計斷面不足、鋼筋設(shè)置偏少或布置錯誤、結(jié)構(gòu)剛度不足、構(gòu)造處理不當(dāng)、設(shè)計圖紙交代不清等原因造成;

　　二是施工階段，由于不加限制地堆放施工機具材料、不了解預(yù)知結(jié)構(gòu)受力特點;隨意翻身、起吊、運輸、安裝;不按設(shè)計圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式;不對結(jié)構(gòu)做機器振動下的疲勞強度驗算等造成;

　　三是使用階段，由于超出設(shè)計荷載的重型車輛過橋、受車輛撞擊、發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸等災(zāi)害性天氣等原因造成。

　　2.次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因主要有兩個方面：

　　一是在設(shè)計外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)物的實際工作狀態(tài)通常規(guī)計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂;

　　二是橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設(shè)置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算，一般根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置受力鋼筋，而受力構(gòu)件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。在長跨應(yīng)力連續(xù)梁中，經(jīng)常在跨內(nèi)根據(jù)截面內(nèi)力需要截斷鋼束，設(shè)置錨頭，而在錨固斷面附近經(jīng)?？梢钥吹搅芽p。因此，若處理不當(dāng)，在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現(xiàn)裂縫。

　　(二)溫度變化引起的裂縫

　　溫度裂縫區(qū)別于其他裂縫的最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要原因有：

　　1.年溫差。溫差對橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導(dǎo)致橋梁縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時才會引起溫度裂縫。

　　2.日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其他部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。

　　3.驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度。

　　4.水化熱。在施工過程中，大體積混凝土澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。

　　(三)收縮引起的裂縫

　　在實際生活中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮中類中，塑性收縮和縮水收縮是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因。

　　1.塑性收縮?；炷翝仓?-5小時左右后，因水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土失水收縮。同時骨料因自重下沉，因此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大，可達1%左右，在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫。

　　2.縮水收縮。混凝土結(jié)硬后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，溫度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮、表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。

　　(四)地基基礎(chǔ)變形引起的裂縫

　　由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂?；A(chǔ)不均勻沉降的主要原因有：

　　1.地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準。在沒有充分掌握地質(zhì)情況的前提下就進行設(shè)計施工是造成地基不均勻沉降的主要原因。

　　2.地基地質(zhì)差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁，河溝處的地質(zhì)與山坡處變化較大，河溝中甚至存在軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。

　　3.結(jié)構(gòu)荷載差異太大。在地質(zhì)情況比較一致條件下，各部分基礎(chǔ)荷載差異太大時，有可能引起不均勻沉降。

　　4.結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。同一聯(lián)橋梁中，混凝土使用不同基礎(chǔ)如擴大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，或同時采用樁基礎(chǔ)但樁徑或樁長差別大時或同時采用擴大基礎(chǔ)但基底標高差異大時，也可能引起地基不均勻沉降。

　　5.分期建造的基礎(chǔ)。在原有橋梁基礎(chǔ)附近新建橋梁時，如分期修建的高速公路左右半幅橋梁，新建橋梁荷載或基礎(chǔ)處理時引起地基土重新固結(jié)，均可能對原有橋梁基礎(chǔ)造成較大沉降。

　　(五)施工材料質(zhì)量引起的裂縫

　　1.水泥。水泥安定性不合格、氧化鈣含量超標、強度不足、含堿量過高等都可能導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

　　2.砂、石骨料。砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大等都會導(dǎo)致水泥和拌合水用量加大，影響混凝土的強度，使混凝土收縮加大造成裂縫產(chǎn)生。

　　(六)施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

　　在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，極易產(chǎn)生各種裂縫。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，比較典型常見的有以下幾類：

　　1.混凝土保護層過厚或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負彎矩的受力筋保護層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

　　2.混凝土振搗不密實、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞。

　　3.混凝土澆筑過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實不足，硬化后沉實過大，容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫，即塑性收縮裂縫。

　　4.混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

　　5.混凝土初期養(yǎng)護時急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

　　6.用泵送混凝土施工時，為保證混凝土的流動性，增加水和水泥用量或因其他原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

　　7.混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。

　　8.混凝土早期受凍，使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋或局部剝落。

　　9.施工時模板剛度不足，在澆筑混凝土?xí)r，由于側(cè)向壓力的作用使得模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。

　　10.施工時拆模過早，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

　　11.施工前對支架壓實不足或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

　　二、施工中混凝土質(zhì)量控制及裂縫防范措施

　　(1)控制施工材料

　　施工時要選擇合格的水泥，并合理控制水泥用量。要嚴格控制骨料級配和含泥量、黃砂的含泥量和細度模數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)耐饧觿┖秃线m的配合比，合理控制水灰比。

　　(2)嚴格施工過程

　　混凝土澆筑時應(yīng)采取“分區(qū)定點、一個坡度、循序推進、一次到頂”的澆筑工藝，劃定澆筑區(qū)域，每臺泵車負責(zé)本區(qū)域的混凝土澆筑，澆筑時先在一個部位進行，直至達到設(shè)計標高，混凝土形成扇形向前流動，然后再其坡面上繼續(xù)澆筑，循序推進。同時要加強模板支設(shè)和混凝土振搗控制，當(dāng)混凝土采用插入式振搗棒振搗時，要做到快拔慢搗，振搗時間也要控制在一定范圍內(nèi)。對模板的支設(shè)則要把支架控制牢固，模板表面的污垢要清理干凈，模板與模板之間接縫要嚴密。

　　(3)合理控制溫度

　　施工過程中要合理控溫，拌合混凝土?xí)r可用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。夏季澆筑混凝土應(yīng)減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱，也可在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水進行內(nèi)部降溫。同時，要嚴格控制混凝土的入模溫度。

　　(4)做好養(yǎng)護工作

　　大量實踐證明，混凝土常見的裂縫大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成的，因此混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤為重要?；炷翝仓瓿珊?，暴露于大氣中的新澆筑混凝土表面應(yīng)及時澆水或覆蓋濕麻袋、濕棉氈等進行養(yǎng)護。灑水養(yǎng)生應(yīng)根據(jù)氣溫情況，掌握恰當(dāng)?shù)臅r間間隔，在養(yǎng)生期內(nèi)保持表面濕潤。氣溫低于5°C時，應(yīng)覆蓋保溫，不得灑水養(yǎng)生。采用蒸汽養(yǎng)生時，應(yīng)事先經(jīng)試驗確認，對于加入外加劑的混凝土構(gòu)件，經(jīng)蒸汽養(yǎng)生后確無有害影響，才能進行蒸汽養(yǎng)生。

　　三、混凝土橋梁裂縫處理措施

　　在工程實踐中，混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫很常見，一旦發(fā)現(xiàn)裂縫，則應(yīng)根據(jù)發(fā)生的原因、性質(zhì)、大小、所處部位和結(jié)構(gòu)重要程度區(qū)別情況及時治理。

　　(一)表面修補法

　　主要適用于對承載力無影響的表面裂縫和一些細小裂縫。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開裂，可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

　　(二)灌漿、嵌縫封堵法

　　主要適用于對結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補。它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中，膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。

　　(三)結(jié)構(gòu)加固法

　　當(dāng)裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)的性能時，就要考慮采取加固法對混凝土結(jié)構(gòu)進行處理。結(jié)構(gòu)加固主要采用在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點加固以及噴射混凝土補強加固等方法。

　　(四)混凝土置換法

　　是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法。此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

　　(五)電化學(xué)防護法

　　是利用施加電場在介質(zhì)中的電化學(xué)作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài)，鈍化鋼筋，以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法是化學(xué)防護法中常用而有效的三種方法。這種方法的優(yōu)點是防護方法受環(huán)境因素的影響較小，適用鋼筋、混凝土的長期防腐，也可用于已裂結(jié)構(gòu)及新建結(jié)構(gòu)。

　　混凝土橋梁裂縫原因是多方面的，在現(xiàn)場施工中，要根據(jù)不同的情況，通過施工過程的嚴格控制，盡可能地避免開裂或減少裂縫的數(shù)量，將裂縫有害程度控制在允許范圍內(nèi)，保證橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用。

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