董旭明

(山西交通科學(xué)研究院)

1 混泥土橋梁各類(lèi)墩身裂縫成因分析

1.1 荷載作用引起的裂縫

(1)設(shè)計(jì)原因。在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于結(jié)構(gòu)受力的假設(shè)與實(shí)際情況差距過(guò)大;安全系數(shù)不夠;設(shè)計(jì)人員沒(méi)有考慮施工過(guò)程的可操作性;配筋過(guò)少或布置不合理;結(jié)構(gòu)自身剛度不足等。

(2)施工階段。混合材料不均勻，由于攪拌不均勻，材料的膨脹性和收縮的差異，引起局部的一些裂縫。長(zhǎng)時(shí)間攪拌，混凝土運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間攪拌突然停止后很快硬化產(chǎn)生的異常凝結(jié)，引起網(wǎng)狀裂縫。澆筑速度過(guò)快，當(dāng)構(gòu)件高度較大，如一次快速澆筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，產(chǎn)生下沉，引起裂縫。

1.2 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當(dāng)橋墩外部或內(nèi)部環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。此時(shí)，結(jié)構(gòu)將由于約束的存在產(chǎn)生應(yīng)力，混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)此應(yīng)力大于混凝土的限值時(shí)就會(huì)引起溫度裂縫。

橋墩溫度變化的一個(gè)主要因素就是水化熱?；炷翝沧⑦^(guò)程中水泥水化放熱，受混凝土自身的不良導(dǎo)熱性以及熱脹冷縮性質(zhì)的影響，橋墩內(nèi)部溫度升高體積膨脹而外部溫度相對(duì)較低發(fā)生收縮，內(nèi)外相互作用易導(dǎo)致橋墩混凝土外部產(chǎn)生很大的溫度拉應(yīng)力，如果抗拉強(qiáng)度不足以抵抗該拉應(yīng)力，會(huì)引發(fā)橋墩豎向開(kāi)裂。水化熱量取決于水泥的礦物組分、混合材和細(xì)度。

1.3 施工材料質(zhì)量引起的裂縫

水泥、骨料、砂、拌和用水以及各類(lèi)添加劑是組成混凝土的主要材料。如果使用不合格的材料配置混凝土，結(jié)構(gòu)也極有可能發(fā)生開(kāi)裂。例如，水泥的安定性差、游離氧化鈣含量過(guò)高、水泥出廠時(shí)強(qiáng)度不足;砂石粒徑太小、級(jí)配不良、空隙率大;拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高等因素，均可能引起橋墩混凝土開(kāi)裂。

1.4 其他可能引起橋梁裂縫的原因

(1)凍脹引起的裂縫:當(dāng)氣溫低于0 ℃時(shí)，已處于吸水飽和狀態(tài)的混凝土?xí)l(fā)生冰凍，混凝土中游離的水凍結(jié)成冰，其體積會(huì)增大9%，混凝土內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。

(2)基礎(chǔ)變形引起的裂縫:基礎(chǔ)的水平向位移，或豎向沉降不均勻，均是引起混凝土結(jié)構(gòu)中附加應(yīng)力的重要原因。

(3)鋼筋銹蝕引起的裂縫:鋼筋銹蝕產(chǎn)生體積膨脹可達(dá)原體積的數(shù)倍，使鋼筋位置處的混凝土受到內(nèi)壓力而產(chǎn)生裂縫，并隨之剝落。

(4)偶然外力沖擊引起的裂縫:外力撞擊、發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸等偶然外力所產(chǎn)生的沖擊也是引起橋墩開(kāi)裂甚至破壞不可忽視的因素。

2 橋梁墩身裂縫的預(yù)防與處理

2.1 墩身裂縫的預(yù)防

2.1.1 低溫低熱混凝土

混凝土早期熱裂縫的預(yù)防措施大多是針對(duì)Tp 和ΔTt的。低溫混凝土的優(yōu)點(diǎn)很多，有助于提高混凝土的防裂性能，在實(shí)際中廣泛為應(yīng)用。而在某些工程中，使用低熱混凝土也不失為一種實(shí)際且有效的防裂手段。

2.1.2 混凝土材料選配

(1)水泥。在設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求不高的大體積混凝土施工過(guò)程中，可配制低升溫、低發(fā)熱的混凝土，其實(shí)現(xiàn)方法為選用發(fā)熱量低的水泥并減小水泥用量。然而，如果某些大體積混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度較高，則可使用摻有高磨細(xì)度礦渣粉的高強(qiáng)礦渣硅酸鹽水泥。

(2)骨料。試驗(yàn)研究表明，混凝土受拉破壞的主要形式是水泥石與粗骨料的粘接界面處的破壞。因此，混凝土的抗拉強(qiáng)度很大程度上取決于水泥將與骨料的粘接強(qiáng)度。骨料的粒徑、粗骨料的清潔程度均是影響混凝土抗拉強(qiáng)度的主要因素。細(xì)骨料應(yīng)采用中粗砂，細(xì)度模數(shù)Mf≥2.5。較低的水灰比、級(jí)配良好的骨料、質(zhì)量良好的砂石、適量添加粉煤灰和外加劑，都可以減少水泥水化熱，降低水泥用量和混凝土溫度的上升，達(dá)到減小混凝土內(nèi)部拉應(yīng)力的效果。

(3)外加劑。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，混凝土在拌和過(guò)程中可加入一定量的添加劑(主要有減水劑、防水劑、膨脹劑、緩凝劑等)。由于添加劑能夠提高混凝土的和易性，因此拌和水用量可減少兩成左右，這使得水灰比可以控制在0.55 以下。并且，混凝土的初凝時(shí)間也可延長(zhǎng)的到五小時(shí)左右。

2.1.3 混凝土澆筑技術(shù)

(1)針對(duì)大體積混凝土發(fā)熱量大的特點(diǎn)，采用與其特點(diǎn)相符的施工方法進(jìn)行泵送。

(2)為了對(duì)混凝土入模時(shí)的溫度進(jìn)行精確控制，大體積混凝土應(yīng)選在溫度較低的春秋季施工。

(3)改進(jìn)施工技術(shù)施工時(shí)加強(qiáng)插筋位置的振搗、抹壓、養(yǎng)護(hù)。

(4)注意混泥土澆筑完成后的養(yǎng)護(hù)，在混泥土澆筑完成以后，應(yīng)盡快用土進(jìn)行回填，土是混泥土的最好養(yǎng)護(hù)材料之一。

(5)加強(qiáng)技術(shù)管理。

2.1.4 對(duì)施工期間的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制

控制溫度以及改善約束條件，均是減輕溫度應(yīng)力，防止裂縫發(fā)生的有效措施，。其中，對(duì)結(jié)構(gòu)約束條件進(jìn)行優(yōu)化又

包括合理地分縫分塊與避免基礎(chǔ)過(guò)大起伏兩個(gè)方面。

2.2 橋梁墩身裂縫的處治

(1)表面處理法，他包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法。

(2)填充法，即用修補(bǔ)材料對(duì)裂縫直接進(jìn)行填充，此方法簡(jiǎn)單，較經(jīng)濟(jì)，適于修補(bǔ)較寬的裂縫，而對(duì)于寬度較小、深度較淺的裂縫也可采用開(kāi)V 型槽，然后再作填充處理的方法。

(3)灌漿法，此方法處理效果好、應(yīng)用范圍廣，細(xì)微裂縫及大裂縫均可采用。

(4)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法，對(duì)于因超載而產(chǎn)生的裂縫，可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等進(jìn)行加固。

3 結(jié) 語(yǔ)

橋墩混凝土裂縫是橋梁工程中的常見(jiàn)病害之一，也是橋梁施工時(shí)需要技術(shù)人員關(guān)注的重點(diǎn)。其產(chǎn)生的原因復(fù)雜，與材料，施工，養(yǎng)護(hù)以及橋梁日后的運(yùn)營(yíng)都有關(guān)系。

［1］金衛(wèi)華.混凝土橋墩裂縫分析和控制［J］. 西部探礦工程，2003，(10):145－148.

［2］李衛(wèi)軍.混凝土橋墩裂縫的成因分析及處理方法［J］. 交通標(biāo)準(zhǔn)化，2013，(13):150－152.