陳鐵利
遼寧省路橋建設(shè)集團
橋梁混凝土構(gòu)件裂縫原因分析及防控
陳鐵利
遼寧省路橋建設(shè)集團
本文舉例分析了橋梁混凝土構(gòu)件裂縫形成的多種原因,提出了混凝土構(gòu)件裂縫的部分防控措施。
橋梁;混凝土構(gòu)件;裂縫;原因;防控
混凝土因具有抗壓強度高、耐久性好、造價低廉等優(yōu)點已經(jīng)成為現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)中的主要材料。但混凝土抗拉強度低,易產(chǎn)生裂縫的特點也不容忽視。橋梁結(jié)構(gòu)中混凝土構(gòu)件裂縫現(xiàn)象較為普遍,且有些裂縫在使用荷載及外界物理、化學(xué)因素作用下,不斷擴展,降低構(gòu)件外觀質(zhì)量的同時更降低了構(gòu)件的剛度和強度,影響了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。
橋梁構(gòu)件在外界荷載作用下產(chǎn)生的裂縫,這類裂縫產(chǎn)生的原因主要有:設(shè)計時設(shè)計計算與實際受力偏差較大、安全系數(shù)不夠;施工時未嚴格按設(shè)計施工,構(gòu)件強度未達設(shè)計要求過早開放交通承受荷載等;構(gòu)件使用過程中構(gòu)件偏心受壓、承受超設(shè)計荷載作用、遭受車輛碰撞等均會使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。
構(gòu)件所處外部環(huán)境和構(gòu)件內(nèi)部溫度變化,使構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力,應(yīng)力過大會造成構(gòu)件局部開裂。如北方地區(qū)溫差大,長大構(gòu)件伸縮位移受限;蒸汽養(yǎng)生構(gòu)件加溫或降溫速度過快;大體積混凝土構(gòu)件內(nèi)部水化熱等都會引起構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力過大,引起裂縫。
混凝土收縮引起的裂縫是構(gòu)件裂縫中最常見的?;炷潦湛s分為塑性收縮及干縮。塑性干縮發(fā)生在混凝土初凝階段,混凝土尚未硬化,內(nèi)部水化反應(yīng)劇烈,出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā),骨料下沉,此間若遇鋼筋或模板的阻擋,便易發(fā)生裂縫。塑性收縮裂縫通常發(fā)生在構(gòu)件的變截面處如箱梁頂板與腹板、腹板與底板的交接處。混凝土的干縮裂縫是指混凝土硬化以后,表面水分逐步蒸發(fā),水化反應(yīng)趨緩,溫度降低,混凝土體積縮小造成的。此時混凝土構(gòu)件表面熱量和水分損失快,內(nèi)部損失相對較慢,體積收縮不均勻,表面混凝土承受較大拉力,從而導(dǎo)致構(gòu)件表面收縮裂縫的出現(xiàn)。
橋梁構(gòu)件所處結(jié)構(gòu)因承受超設(shè)計的外界荷載,使結(jié)構(gòu)發(fā)生變形,在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力導(dǎo)致的構(gòu)件開裂。如墩臺擴大基礎(chǔ)的不均勻沉降、水平位移、山體滑坡對混凝土墩柱造成的側(cè)向擠壓等都會引起構(gòu)件混凝土的開裂。
橋梁構(gòu)件處于具有腐蝕性的自然環(huán)境中、混凝土施工質(zhì)量較差或構(gòu)件內(nèi)鋼筋保護層不夠、鋼筋除銹不徹底等都會引起構(gòu)件內(nèi)鋼筋的銹蝕。鋼筋銹蝕反應(yīng)生成的銹蝕物相對鋼筋體積膨脹數(shù)倍,引起鋼筋周圍的混凝土開裂,產(chǎn)生構(gòu)件裂縫。
混凝土構(gòu)件因施工工藝不合理,施工管理不到位,施工質(zhì)量差極易造成構(gòu)件過早開裂,產(chǎn)生裂縫。通常表現(xiàn)在:
(1)構(gòu)件鋼筋骨架變形或構(gòu)件保護層控制不嚴格,造成構(gòu)件保護層不均勻,出現(xiàn)鋼筋“貼?!被驑?gòu)件“素灰”厚等情況,導(dǎo)致構(gòu)件表面出現(xiàn)產(chǎn)生裂縫。
(2)構(gòu)件混凝土振搗不充分,不均勻,使骨料在硬化過程中下沉引起塑性收縮裂紋。同時因振搗不到位,混凝土不密實局部產(chǎn)生空洞、蜂窩等病害,引起鋼筋銹蝕裂縫。
(3)構(gòu)件混凝土澆筑順序選擇不當(dāng),混凝土在硬化過程中發(fā)生位移和形變,易在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力,造成開裂。如在坡面上的現(xiàn)澆構(gòu)件,混凝土由高處向低處順坡澆筑;懸臂構(gòu)件混凝土由固定端向懸臂端澆筑;支架上現(xiàn)澆構(gòu)件由于支架壓實不夠或剛度不夠,在混凝土澆筑過程中支架沉降等引起構(gòu)件開裂。
(4)混凝土構(gòu)件初期養(yǎng)護不足,混凝土凝固過程中遭受高溫或大風(fēng)天氣,構(gòu)件表面失水快,內(nèi)外出現(xiàn)較大溫度差,產(chǎn)生拉應(yīng)力超過構(gòu)件當(dāng)時的抗裂能力時就會導(dǎo)致基礎(chǔ)、梁板、橋面等表面產(chǎn)生裂紋。
(5)橋梁構(gòu)件混凝土齡期不足,強度較低時,遭受爆破震動或大型施工機械行走等外界震動:趕工期盲目拆除構(gòu)件承重模板、進行吊運或過早使構(gòu)件承受施工荷載導(dǎo)致構(gòu)件開裂。
(6)混凝土分段施工,施工縫處理不當(dāng)、澆筑時間選擇不合理造成構(gòu)件出現(xiàn)平行施工縫的裂紋。
(7)冬季施工中后張法梁板張拉孔道注漿,構(gòu)件注漿后養(yǎng)護不到位,孔道泌水受凍結(jié)冰,造成梁板孔道位置凍脹開裂。
(8)深基坑薄壁構(gòu)件兩側(cè)的回填未對稱進行,過大的土壓力造成薄壁墻、墩臺等構(gòu)件開裂。
3.1 設(shè)計單位科學(xué)合理進行設(shè)計,施工單位嚴格按設(shè)計精細組織施工,交通管理部門加強對過橋車輛的管理,加強對運營橋梁的維護等以降低橋梁混凝土構(gòu)件裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。
3.2 處于外界溫度變化劇烈環(huán)境中的混凝土構(gòu)件,應(yīng)重視優(yōu)化混凝土配合比和改變構(gòu)件受約束條件。通過改善混凝土骨料的級配、降低水灰比、減少單位水泥用量、加入引氣劑等措施提高構(gòu)件的耐溫變能力;同時重視構(gòu)件支座和伸縮縫的安裝質(zhì)量、在構(gòu)件局部設(shè)置假縫以減弱溫度變化造成的構(gòu)件表面裂縫。
3.3 優(yōu)化配合比,通過加入微硅粉和粉煤灰等材料,降低水泥用量,降低水化熱,提高混凝土拌合物的和易性并減弱構(gòu)件硬化收縮。施工澆筑過程中加強振搗,構(gòu)件澆筑成型后加強養(yǎng)護工作。減少混凝土構(gòu)件因收縮引起的裂縫。
3.4 勘測單位加強橋梁地質(zhì)勘查,施工單位發(fā)現(xiàn)構(gòu)造物處地質(zhì)與設(shè)計資料不符及時溝通解決?;A(chǔ)施工時嚴格管理控制,杜絕因施工原因造成的基礎(chǔ)不均勻沉降,水平位移。橋梁運營后管理部門應(yīng)加強對橋梁維護,防止山體滑坡,疏浚采砂等活動對橋梁基礎(chǔ)的不利影響。杜絕因結(jié)構(gòu)變形對構(gòu)件產(chǎn)生的開裂破壞。
3.5 暴露在腐蝕環(huán)境中的橋梁構(gòu)件混凝土應(yīng)嚴格控制混凝土中的氯離子含量和堿含量同時加入阻銹劑等外參劑,改善混凝土的和易性,加強澆筑振搗,嚴格控制鋼筋骨架的保護層厚度。鋼筋加工制作過程中采取措施嚴防鋼筋銹蝕。設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)考慮在構(gòu)件外涂刷防腐涂層,以降低腐蝕環(huán)境對橋梁構(gòu)件的不利影響。
3.6 橋梁施工過程中選擇合理的施工工藝,加強施工管理控制,嚴格遵守設(shè)計要求,科學(xué)規(guī)范的進行橋梁鋼筋加工,模板支立,混凝土配制、拌合、澆筑,構(gòu)件養(yǎng)護、脫模、吊運、安裝等各工序作業(yè)。降低因施工工藝及管理不到位等人為原因造成的橋梁結(jié)構(gòu)開裂的風(fēng)險。
橋梁混凝土構(gòu)件裂縫產(chǎn)生原因復(fù)雜多樣,各種研究理論和防控措施也多種多樣,但構(gòu)件裂縫對橋梁結(jié)構(gòu)的安全和耐久性的不利影響是不容質(zhì)疑的。我們應(yīng)不斷學(xué)習(xí)先進的橋梁理論,不斷總結(jié)分析,結(jié)合現(xiàn)場實際情況,采取切實有效的防控措施,避免構(gòu)件裂縫通病,將裂縫對橋梁結(jié)構(gòu)的不利影響降至最低。
[1]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制.北京.中國建筑工業(yè)出版社