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      淺談鋼筋混凝土橋梁裂縫成因與處理
      發布時間:2014-07-15
        一、概述

        混凝土橋梁在建造和使用過程中出現裂縫不僅影響橋梁的外觀、影響著橋梁結構的耐久性,嚴重的甚至影響結構的安全性。如果不及時進行處理,橋梁結構的使用壽命將大大縮短,橋梁坍塌的事件也時有發生。

        二、混凝土橋梁裂縫成因分析

        混凝土橋梁裂縫按其形成原因總體上可分為5大類:荷載裂縫、溫度裂縫、收縮裂縫、沉降裂縫、腐蝕裂縫。

        1.荷載裂縫

        荷載裂縫是指鋼筋混凝土橋梁在常規靜、動荷載作用下產生的裂縫。荷載裂縫產生的原因有:

       。1)設計計算階段,計算模型不合理;結構受力假設與實際受力不符;荷載少算或漏算;內力與配筋計算錯誤;結構安全系數不夠。結構設計截面承載力不足;鋼筋設置偏少或布置錯誤;結構剛度不足;構造處理不當等。

       。2)施工階段,施工機具、材料堆放不合理;預制結構翻身、起吊、運輸、安裝不當,造成結構受力不合理;不按設計圖紙施工,擅自更改結構施工順序,改變結構受力模式;不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。

       。3)使用階段,車輛超載和超速行駛是橋梁出現裂縫的重要原因。超載會使橋梁產生過大的變形,使受拉區和受剪區混凝土開裂;超速行駛會對橋梁結構形成強大的沖擊,導致橋梁混凝土局部應力過大,形成裂縫。

        2.溫度裂縫

        混凝土具有熱脹冷縮性質,當外部環境或結構內部溫度發生變化,混凝土將發生變形,若變形遭到約束,則在結構內將產生應力,當應力超過混凝土抗拉極限應力時就會產生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中,溫度應力可以達到甚至超出活載應力。引起溫度裂縫主要因素是溫度差,包括:

       。1)年溫差。一年四季溫度不斷變化,變化相對緩慢,對橋梁結構的影響主要是導致橋梁的縱向伸縮,一般通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協調,但結構的位移受到限制時就會引起溫度裂縫,例如拱橋、剛架橋超靜定結構,由于結構不能自由伸縮,很容易出現此類裂縫

       。2)日照溫差。橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后,溫度明顯高于其它部位,溫度梯度呈非線形分布。

       。3)驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表面溫度突然下降,但因內部溫度變化相對較慢而產生溫度梯度,產生裂縫。

       。4)水化熱。出現在施工過程中,大體積混凝土(厚度超過2.0m)澆筑之后由于水泥水化放熱,致使內部溫度很高,內外溫差太大,致使表面出現裂縫。

       。5)蒸汽養護或冬季施工時施工措施不當,混凝土驟冷驟熱,內外溫度不均,易出現裂縫。

        3.收縮裂縫

        在實際工程中,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)是發生混凝土體積變形的主要原因。

       。1)塑性收縮一般發生在施工過程中、混凝土澆筑后4-5小時左右,此時水泥水化反應激烈,水分急劇蒸發,混凝土失水收縮,稱為塑性收縮。

       。2)縮水收縮(干縮)是指混凝土結硬以后,隨著表層水分逐步蒸發,濕度逐步降低,混凝土體積減小的現象。由于混凝土表層水分損失快,內部損失慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內部混凝土的約束,致使表面混凝土產生拉應力,當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時,便產生收縮裂縫。

        4.沉降裂縫

        由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結構中產生附加應力,超出混凝土結構的抗拉能力,導致結構開裂。

        5.腐蝕裂縫

        由于混凝土質量較差或保護層厚度不足,混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面,或由于氯化物介入,鋼筋周圍氯離子含量較高,引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋銹蝕,鋼筋銹蝕引起體積變大,對周圍混凝土產生膨脹應力,導致保護層混凝土開裂、剝離,沿鋼筋縱向產生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕,使得鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結構承載力下降,并將誘發其它形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導致結構破壞。

        三、混凝土橋梁裂縫控制措施

        《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》規定,鋼筋混凝土構件計算的最大裂縫寬度不應超過下列規定限值:(1)?類和?類環境,限值為0.2mm;(2)?類和?類環境,限值為0.15mm。為了達到這樣的標準,就必須對各種裂縫采取相應的控制措施。

        1.荷載裂縫

        在結構設計方面,結構設計者必須嚴格按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》規定進行裂縫控制驗算,根據不同的結構部位,采取相應的合理配筋。

        2.溫度裂縫

        防止因混凝土本身與外界氣溫相差懸殊,處于高溫環境的構件,應采取隔熱措施,加強養護,尤其在氣溫高、風大且干燥的氣候條件下更應及早噴水。

        3.收縮裂縫

        防治措施如下:

       。1)嚴格控制混凝土配合比,提高混凝土抗裂度;

       。2)加強混凝土構件的早期養護,適當延長養護時間;

       。3)采取密封保水養護措施;

       。4)長期露天堆放的混凝土構件,應經常適當澆水養護;

       。5)后張法預應力構件及時張拉;

       。6)發現混凝土結構有微小裂縫,應及時撒水養護。

        4.沉降裂縫

        在選擇橋位時,應盡量選擇在基巖和堅硬土層外露或埋藏較淺、地質構造簡單、穩定的地段;避免活動型斷層、滑坡、泥石流、強巖溶及其他不良地質地段;設計時要考慮沉降對結構的影響,盡量減小沉降對結構的影響。

        5.腐蝕裂縫

        設計時應根據規范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護層厚度;施工時應控制混凝土的水灰比,加強振搗,保證混凝土的密實性,防止氧氣侵入,同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量,沿海地區或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區尤其應慎重。

        四、混凝土橋梁裂縫處理對策

        混凝土橋梁結構或構件一旦出現了裂縫,有的破壞結構整體性,降低構件剛度,影響結構承載力;有的會引起鋼筋銹蝕、降低耐久性,影響正常使用要求。因此,應根據裂縫性質、大小、結構受力情況和使用要求,區別情況,及時進行治理。

        1.裂縫治理原則

       。1)必須充分了解設計意圖和技術要求,嚴格遵循設計和施工規范的有關規定。

       。2)應認真分析裂縫產生的原因和性質,根據不同受力情況和使用要求,分別采取不同的治理方法。

       。3)裂縫處理后應能保證結構原有的承載能力、整體性以及防水、抗滲性能。處理時要考慮溫度、收縮應力較長時間的影響,以免處理后再出現新的裂縫。

       。4)防止進一步人為的損傷結構和構件,盡量避免大動大補,并盡可能保持原結構的外觀。

       。5)處理方法應從實際出發,在安全可靠的基礎上,要考慮技術上的可能性,力求施工簡單易行,以符合經濟合理的原則。

        2.裂縫修補方法

       。1)表面裂縫封閉處理

        用切割機(鋸片厚度1.8mm)沿裂縫方向開出深5-10 mm的小才槽;用鋼絲刷清除裂縫周邊的松動物,用高壓空氣將裂縫清吹干凈,用丙酮清洗一遍;用毛刷將裂縫表面涂一層環氧漿液,待漿液半干后用刮刀將環氧膠泥刮涂在小槽內,并壓實,處理平整。

       。2)內部裂縫修補

        內部修補法系用壓漿泵將膠結料壓入裂縫中,由于其凝結、硬化而起到補縫作用,以恢復結構的整體性。

        五、結語

        綜上所述,混凝土橋梁裂縫的形成因素繁多,影響因素也是多方面的,需要在設計和施工過程中高度重視,嚴格按照相關規范、技術標準進行設計、施工。在實際使用過程中,必須加強對橋梁的管理,定期對橋梁進行檢查,了解橋梁的使用狀況,損害程度以及裂縫的發展情況,及時對橋梁狀況做出判斷,并及時進行維修處理,確保橋梁安全運營。

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