混凝土橋梁裂縫成因的探討

1、    混凝土橋梁裂縫成因的探討    劉亭亭【摘要】：混凝土橋梁在橋梁建造和使用過(guò)程中，因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量問(wèn)題一直困擾著橋梁工程技術(shù)人員。如何在設(shè)計(jì)、建造和使用過(guò)程避免有害裂縫的出現(xiàn)，首先要分析這類裂縫形成的原因，然后方能找到防范措施。該文結(jié)合高速公路養(yǎng)護(hù)實(shí)踐，針對(duì)混凝土橋梁使用過(guò)程中常見的裂縫現(xiàn)象，從設(shè)計(jì)、施工及形成機(jī)理等多個(gè)方面闡述了產(chǎn)生裂縫的原因及主要影響因素，以便于在實(shí)際工作中找出控制裂縫的可行辦法，同時(shí)針對(duì)裂縫維修處理也提出了相應(yīng)的解決辦法。【關(guān)鍵詞】：混凝土橋梁裂縫成因【前言】：隨著我國(guó)交通事業(yè)的高速發(fā)展，橋梁建設(shè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，全

2、國(guó)各地建造了大量的的橋梁。但是在橋梁的使用過(guò)程中，有大量的混凝土橋梁不同程度地出現(xiàn)了裂縫現(xiàn)象，影響了橋梁的耐久性及承載能力，困擾著廣大橋梁工程技術(shù)人員。因此，有必要對(duì)混凝土橋梁裂縫成因進(jìn)行分析，以便于采用相應(yīng)的加固措施。一、混凝土橋梁裂縫形成的原因1.1非荷載裂縫1.1.1混凝土收縮裂縫在實(shí)際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。1.1.2地基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。基礎(chǔ)不均勻沉降的主要原因有：

3、地質(zhì)勘察精度不夠、試驗(yàn)資料不準(zhǔn)；地基地質(zhì)差異大；結(jié)構(gòu)荷載差異大；結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大；地基凍脹；橋梁基礎(chǔ)處于滑坡體、溶洞或活動(dòng)斷層等不良地質(zhì)時(shí)，可能造成不均勻沉降。1.1.3鋼筋銹蝕引起的裂縫要防止鋼筋銹蝕，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護(hù)層厚度（當(dāng)然保護(hù)層亦不能太厚，否則構(gòu)件有效高度減小，受力時(shí)將加大裂縫寬度）；施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的水灰比，保證混凝土的密實(shí)性，防止氧氣侵入，同時(shí)嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。1.1.4堿骨料反應(yīng)引起的裂縫堿骨料反應(yīng)是混凝土原材料中的水泥、外加劑、混合料和水中的堿（na2o或k2o）與骨料中堿活

4、性成分反應(yīng)，在混凝土澆筑成型后若干年（數(shù)年至二、三十年）逐漸反應(yīng)，反應(yīng)生成物吸水膨脹，使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，膨脹開裂，導(dǎo)致混凝土失去設(shè)計(jì)性能。由于活性骨料經(jīng)攪拌后大體上呈均勻分布，所以一旦發(fā)生堿骨料反應(yīng)，混凝土內(nèi)各部分均產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，將混凝土自身脹裂，發(fā)展嚴(yán)重的只能拆除，無(wú)法補(bǔ)救，因而被稱為混凝土的癌癥。1.2荷載裂縫混凝土橋梁在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫。荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。必須指出，如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮或有沿受壓方向的短裂縫，往往是結(jié)構(gòu)達(dá)到承載力極限的標(biāo)志，是結(jié)構(gòu)破壞的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同受力方式，產(chǎn)生的裂縫特征如下：1.2.1

5、組合結(jié)構(gòu)裂縫在裝配組合式結(jié)構(gòu)中，往往由于結(jié)合面強(qiáng)度不足，并在結(jié)合面未予配筋而在結(jié)合面受剪較大處及結(jié)合面受拉較大處產(chǎn)生裂縫。這類裂縫必須引起重視，由于結(jié)合面裂縫會(huì)造成截面承載能力極度降低，在作荷載試驗(yàn)時(shí)，一般應(yīng)對(duì)截面進(jìn)行整體性檢驗(yàn)。1.2.2預(yù)加應(yīng)力不足引起裂縫預(yù)加應(yīng)力不足，會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)提前出現(xiàn)裂縫。由于對(duì)箱梁剪滯效應(yīng)估計(jì)不足，而導(dǎo)致預(yù)加應(yīng)力不足而產(chǎn)生正截面裂縫。1.2.3混凝土受壓裂縫鋼筋混凝土拱橋由于拱腳水平位移過(guò)大或船撞，往往引起拱腳下緣處于較高壓應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)壓應(yīng)力超過(guò)其抗壓強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生沿受壓方向的裂縫而破壞。如果受壓繼續(xù)加大，則下緣將全部壓碎，內(nèi)部下緣鋼筋會(huì)產(chǎn)生壓屈現(xiàn)象，這在軟土地

6、基上修建的早期拱橋中是常見現(xiàn)象。1.3人為原因裂縫1.3.1設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生的裂縫在設(shè)計(jì)計(jì)算階段，結(jié)構(gòu)受力假設(shè)和實(shí)際受力不符，計(jì)算模型不合理，荷載少算或漏算，內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)截面承載力不足，鋼筋布置錯(cuò)誤，結(jié)構(gòu)剛度不足，結(jié)構(gòu)處理不當(dāng)，同時(shí)計(jì)算和設(shè)計(jì)不完善，進(jìn)行有限元分析時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)邊界條件和傳力路徑認(rèn)識(shí)不清楚，對(duì)施工方法、順序和施工荷載對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響認(rèn)識(shí)不夠等都會(huì)使橋梁構(gòu)件產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。1.3.2施工過(guò)程中產(chǎn)生的裂縫很多橋梁缺陷與施工質(zhì)量低劣有關(guān)。典型的問(wèn)題有鋼筋保護(hù)層厚度不足，以及目前廣泛存在的構(gòu)件開裂，混凝土蜂窩、麻面、露筋等問(wèn)題。其主要原因包括：水泥選用欠妥；混凝

7、土配合比、振搗不當(dāng)以及預(yù)應(yīng)力施加不合理等。這些施工上的缺陷雖然短期不會(huì)對(duì)橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，但卻會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的后期使用和長(zhǎng)期的耐久性產(chǎn)生非常嚴(yán)重的危害。1.3.3使用階段產(chǎn)生的裂縫車輛超載是我國(guó)公路運(yùn)輸中較為普遍的現(xiàn)象。橋梁的超載一方面可能會(huì)引起疲勞問(wèn)題，加大疲勞應(yīng)力幅度、加劇損傷，甚至?xí)霈F(xiàn)一些超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面，超載造成的橋梁內(nèi)部損傷也不能恢復(fù)，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而引起橋梁裂縫的產(chǎn)生。1.3.4養(yǎng)護(hù)不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫國(guó)內(nèi)很多地區(qū)對(duì)于橋梁的日常檢查和養(yǎng)護(hù)還不是十分重視。一座橋梁往往前期建設(shè)投入很大的成本，而忽視橋梁運(yùn)營(yíng)中的養(yǎng)護(hù)和維修。二、對(duì)混凝土裂縫

8、的處理建議確定裂縫是否需修補(bǔ)，可根據(jù)下面幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：（1）發(fā)展裂縫的寬度在6個(gè)月期間增大0.1mm以上時(shí)；（2）裂縫寬度雖未增大，但裂縫數(shù)量增多時(shí)；（3）裂縫寬度在0.3mm以上時(shí)；（4）裂縫寬度在0.2mm左右，但認(rèn)為對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危險(xiǎn)時(shí)。2.1表面封閉法表面封閉通常是在混凝土表面沿寬度較小的裂縫涂抹樹脂保護(hù)膜。在裂縫寬度有可能變動(dòng)時(shí)，可采用具有跟蹤性的焦油環(huán)氧樹脂等材料。在裂縫多而且密集或者混凝土老化，砂漿離析的結(jié)構(gòu)物上也可大面積涂抹保護(hù)膜。2.2灌漿法先將結(jié)構(gòu)物的裂縫或孔隙與外界封閉，僅留出進(jìn)漿口及排氣孔，然后將較低粘度的漿液通過(guò)壓漿泵以一定的壓力將漿液壓入縫隙內(nèi)并使其擴(kuò)散，膠凝固化，

9、以達(dá)到恢復(fù)整體性、強(qiáng)度、耐久性及抗?jié)B性的目的。2.3結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長(zhǎng)時(shí)間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低及火災(zāi)造成裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等。2.4貼鋼板法貼鋼法是將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物受拉緣或薄弱部位，使之與結(jié)構(gòu)物形成共同體，以提高剛度，改善受力狀態(tài)，限制裂縫擴(kuò)展。2.5更換施工法當(dāng)橋梁已明顯老化，修補(bǔ)無(wú)效時(shí)，可將舊梁部分或全部卸除，再部分或全部更換上荷載等級(jí)較高的新梁。【結(jié)語(yǔ)】：總而言之，學(xué)術(shù)界對(duì)混凝土橋梁裂縫的原因有不同的觀點(diǎn)，從橋梁起初設(shè)計(jì)到開始作業(yè)這一過(guò)程，牽涉到許多環(huán)節(jié)，而某一環(huán)節(jié)稍有疏忽，均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。只有搞清楚了裂縫的機(jī)理，才能對(duì)癥下藥。只有加強(qiáng)管理，嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理是保證橋梁安全耐用的前提和基礎(chǔ)。【參考文獻(xiàn)】：1黃軍生.鋼筋混凝土橋梁裂縫成因綜述j.世界橋梁，2013.2魯海潮.橋梁混凝土裂縫的成因及防治探索j.交通科技，20114，（3）.3孫國(guó)林.混凝土橋梁裂縫成因綜述j.內(nèi)蒙古科技