橋梁裂縫在道橋工程中的影響
2010-11-09
1.橋梁自身因素形成的裂縫
1.1 溫度變化引起的裂縫
當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)外部環(huán)境和內(nèi)部溫度發(fā)生變化時(shí),將發(fā)生變形,由于其約束,結(jié)構(gòu)內(nèi)部將產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過(guò)其抗壓強(qiáng)度時(shí)將產(chǎn)生裂縫。
1.2 收縮引起的裂縫
混凝土的干燥過(guò)程是由表面逐漸擴(kuò)展到內(nèi)部的,在混凝土內(nèi)部呈現(xiàn)含水梯度,因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,導(dǎo)致表面混凝土承受拉力,內(nèi)部混凝土承受壓力。當(dāng)表面的混凝土所受的拉力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí),便產(chǎn)生收縮裂縫?；炷潦湛s主要有以下3種。
(1)塑性收縮。主要發(fā)生在混凝土澆筑初期。施工時(shí),混凝土澆筑后,此時(shí)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),混凝土失水收縮,同時(shí)骨料因自重下沉,此時(shí)收縮為塑收縮。在骨料下沉過(guò)程中受到鋼筋阻擋,即形成沿鋼筋方向裂縫。
(2)干縮?；炷两Y(jié)硬后,隨著表面水分逐步蒸發(fā),溫度逐漸降低,混凝土體積縮小,稱(chēng)為干縮。因混凝土表面水分損失快,內(nèi)部損失慢,表面收縮受到內(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(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí),便產(chǎn)生收縮裂縫。
(3)自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過(guò)程中,水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)生成新的物質(zhì)而導(dǎo)致自身體積縮小。
2.橋梁其他因素引起的開(kāi)裂
2.1 基礎(chǔ)變形引起的開(kāi)裂
基礎(chǔ)變形一般為基礎(chǔ)空間不均勻沉降或水平方向位移,發(fā)生基礎(chǔ)變形后,結(jié)構(gòu)物中產(chǎn)生附加壓力,超過(guò)結(jié)構(gòu)物的抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生裂縫,基礎(chǔ)不均勻沉降的原因有,地質(zhì)試驗(yàn)資料不準(zhǔn)、地質(zhì)差異大、荷載差別大、分期建造等。
2.2 鋼筋銹蝕引起的裂縫
當(dāng)構(gòu)件中鋼筋的混凝土保護(hù)層不足,或混凝土質(zhì)量較差時(shí),二氧化碳侵蝕鋼筋表面,使鋼筋周?chē)炷恋膲A度降低,鋼筋表面容易被混凝土中的氧氣和水銹蝕,使周?chē)炷廉a(chǎn)生膨脹壓力,使混凝土保護(hù)層開(kāi)裂、剝落,沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕,使混凝土有效面積減少,鋼筋與混凝土的握裹力削弱,結(jié)構(gòu)承載力下降,并誘發(fā)其他形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞,鋼筋銹蝕是最后造成結(jié)構(gòu)破壞的主要因素。
2.3 凍脹引起的裂縫
溫度低于零度時(shí),混凝土出同冰凍,游離的水變成冰,體積膨脹9%,因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。當(dāng)混凝土中骨料空隙多、吸水性強(qiáng)、骨料中含有雜質(zhì)過(guò)多、水灰比偏大均導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。
2.4 施工材料質(zhì)量引起的裂縫
混凝土的材料合成為水泥、砂、骨料、拌合水以及外加劑,配制混凝土材料不合格,從而導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。砂石含量超標(biāo)使混凝土干燥時(shí)產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫,砂石的級(jí)配差常造成側(cè)面裂縫,拌合水以及外加劑中雜質(zhì)含中過(guò)高會(huì)對(duì)鋼筋銹蝕產(chǎn)生影響等。當(dāng)施工質(zhì)量低,工藝不合格同樣也會(huì)產(chǎn)生各種形式裂縫。
3.橋梁裂縫的溫控措施和施工現(xiàn)場(chǎng)控制
3.1溫度預(yù)測(cè)分析
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土配合比和施工中的氣溫氣候情況及各種養(yǎng)護(hù)方案,采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)混凝土施工期溫度場(chǎng)和溫差進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè),提供結(jié)構(gòu)沿厚度方向的溫度分布及隨混凝土齡期變化情況,制定混凝土在施工期內(nèi)不產(chǎn)生溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)優(yōu)化選擇。
3.2混凝土澆筑方案
采用延緩溫差梯度和降溫梯度的措施,在澆筑前經(jīng)詳細(xì)計(jì)算安排分塊、分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長(zhǎng)度、前后澆筑的搭接時(shí)間;控制混凝土溫度并加強(qiáng)振搗,嚴(yán)格控制振搗時(shí)間,移動(dòng)距離和插入深度,保證振搗密實(shí),嚴(yán)防漏振和過(guò)振,確保混凝土均勻密實(shí); 做好現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)組織管理,要有充足的人力、物力、保證施工按計(jì)劃順利進(jìn)行,保證混凝土供應(yīng),確保不留冷縫;澆筑后對(duì)大體積混凝土表面較厚的水泥漿進(jìn)行必要的處理,一般澆筑后3～4h內(nèi)初步用木長(zhǎng)刮尺刮平,初凝前用鐵滾筒碾壓2遍,再用木抹子搓平壓實(shí),以控制表面龜裂;混凝土澆灌完后,立即采取有效的保溫措施并按規(guī)定覆蓋養(yǎng)護(hù)。
3.3混凝土溫度監(jiān)測(cè)
在混凝土內(nèi)部外部設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn),設(shè)置保溫材料溫度測(cè)點(diǎn)及養(yǎng)護(hù)水溫度測(cè)點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集并進(jìn)行整理分析。每一測(cè)點(diǎn)的溫度值、各測(cè)位中心測(cè)點(diǎn)與表層測(cè)點(diǎn)的溫差值,作為研究調(diào)整控溫措施的依據(jù),防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。為反映溫控效果可在少數(shù)混凝土層中埋設(shè)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行溫度應(yīng)力檢測(cè),應(yīng)沿水平方向布置,檢測(cè)水平方向應(yīng)力分量。
3.4通水冷卻
采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中帶冷卻水管,冷卻水管使用前進(jìn)行試水,防止管道漏水和阻塞,根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè),控制冷卻水管進(jìn)水流量及溫度。
4.在構(gòu)造設(shè)計(jì)上對(duì)橋梁裂縫采取防裂措施
(1)設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式,可以減少工程數(shù)量,減低水化熱。如可根據(jù)懸索橋錨碇受力特點(diǎn),設(shè)計(jì)挖空非關(guān)鍵受力部分混凝土體積,利用土方壓重方案,來(lái)減少混凝土結(jié)構(gòu)體積。
(2)充分利用混凝土在基坑有側(cè)限條件,在混凝土中摻加微膨脹劑,使其在基坑約束下形成一定的預(yù)壓力,補(bǔ)償混凝土內(nèi)部溫度,收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力,從而有效的避免混凝土裂縫的產(chǎn)生。
(3)大體積混凝土體積龐大,施工周期一般較長(zhǎng),依據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況可合理地確定混凝土評(píng)定驗(yàn)收齡期,打破正常標(biāo)準(zhǔn)28d的評(píng)定驗(yàn)收齡期,改為60d或更多天,評(píng)定驗(yàn)收齡期充分考慮混凝土的后期強(qiáng)度,從而減低設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào),達(dá)到減少混凝土水泥用量減低水化熱的目的。
(4)由于邊界存在約束才會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力,采用改善邊界約束的構(gòu)造設(shè)計(jì),如遇有約束強(qiáng)的巖石類(lèi)地基、較厚的混凝土墊層等時(shí),可在接觸面上設(shè)滑動(dòng)層來(lái)減少溫度應(yīng)力,在外約束的接觸面上全部設(shè)滑動(dòng)層,則可大大減弱外約束。
(5)還應(yīng)重視合理有益作用,可采取增配構(gòu)造鋼筋,配筋應(yīng)盡可能采用小直徑、小間距,全截面含筋率控制在0.3%～0.5%之間,在混凝土表面增設(shè)金屬擴(kuò)張網(wǎng)等有效措施,有效地提高混凝土抗裂性能。
參考文獻(xiàn):
【1】楊彥中. 混凝土橋梁裂縫成因[J].黑龍江科技信息,2003,(9).
【2】蔡開(kāi)明.施工階段鋼筋混凝土裂縫的控制[J].陜西建筑,2000,(3).
【3】 楊文淵. 橋梁維修與加固[M]. 人民交通出版社,1994.
