橋梁常見裂縫類型淺析

章海江

摘 要:本人結(jié)合多年參與公路橋梁現(xiàn)場施工工作實(shí)踐,對部分橋梁在建設(shè)過程中或建成通車后常見的一些裂縫類型進(jìn)行歸類總結(jié),通過查找原因分析問題,才能讓我們真正地了解各種裂縫的引發(fā)成因,進(jìn)而制訂防范措施,達(dá)到預(yù)防布控之目的。

關(guān)鍵詞:橋梁工程;結(jié)構(gòu)裂縫;裂縫類型;誘發(fā)原因

橋梁工程結(jié)構(gòu)裂縫,一旦管理不善、控制不力,則往往容易出現(xiàn)在施工過程的各個(gè)角落,如承臺、立柱、蓋梁以及空心板梁等等部位。由于裂縫的產(chǎn)生不僅會影響混凝土結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量,嚴(yán)重時(shí)還會降低橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)功能,從而危及到整橋的使用安全。對此,橋梁工程的結(jié)構(gòu)裂縫問題,不得不引起我們工程建設(shè)者的重視。其實(shí),對于裂縫問題,我們也大可不必“談縫色變”,如果我們能從根本上認(rèn)識了這些裂縫的誘發(fā)成因,從而采取有效的針對性措施,原本很多容易出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)裂縫還是可以避免和控制的。為了盡量避免工程建設(shè)中出現(xiàn)危害性較大的結(jié)構(gòu)裂縫,本文下面就以結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生成因這一題材,來淺談一下自已的經(jīng)驗(yàn)之見,以供業(yè)內(nèi)同行日后在從事相關(guān)工程的建設(shè)施工時(shí)能舉一反三,從而達(dá)到預(yù)防控制的目的。

1 結(jié)構(gòu)裂縫形成原因的種類

根據(jù)橋梁工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn),在工程施工中鋼筋砼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生施工裂縫的原因,大致有以下幾種類型:

1.1 由施工荷載引起的裂縫

由施工荷載引起的裂縫,這類裂縫我們簡稱為荷載裂縫。荷載裂縫產(chǎn)生的原因,在于施工過程中,由于工人不了解橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),而又毫無限制地在其上面堆放了大量的施工機(jī)具、工程材料,造成了負(fù)荷過重從而引發(fā)了荷載裂縫的發(fā)生。此外,以下幾種情況也是引發(fā)荷載裂縫的常見主因:

隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝;不按設(shè)計(jì)圖紙施工,擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序,改變結(jié)構(gòu)受力模式。不對結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。

1.2 由溫度變化引起的裂縫

我們大家都知道,混凝土與其它普通物質(zhì)一樣,同樣具有熱脹冷縮的材料性質(zhì)。當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化時(shí),混凝土將發(fā)生變形。倘若變形遭到約束,則會在結(jié)構(gòu)內(nèi)部將產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生了溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中,溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出外部所有的活載累計(jì)應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別于其他裂縫的最大特征是隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。引起溫度變化的主要施工因素有:

水化熱。在施工過程中,大體積混凝土在澆筑混合料之后由于水泥水化放熱,致使內(nèi)部溫度升高,由于內(nèi)外溫差的進(jìn)一步拉大,致使表面出現(xiàn)裂縫。因此,在施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,盡量選用水化熱偏低的水泥品種,并限制水泥單位用量,減少骨料入模溫度,降低內(nèi)外溫差,并緩慢降溫,必要時(shí)可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部散熱,或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。

蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)施工措施不當(dāng),混凝土驟冷驟熱,內(nèi)外溫度不均,易出現(xiàn)裂縫。

預(yù)制T梁時(shí)橫隔板安裝,支座預(yù)埋鋼板與調(diào)平鋼板焊接時(shí),若焊接措施不當(dāng),鐵件附近混凝土容易燒傷開裂。采用電熱法張拉預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時(shí),當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼材溫度升高至350℃時(shí),此時(shí),混凝土構(gòu)件也容易出現(xiàn)開裂。

1.3 由收縮引起的裂縫

在公路工程建設(shè)中,由混凝土收縮所引起的結(jié)構(gòu)裂縫是最常見的一種。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和干性收縮是發(fā)生混凝土體積變形的兩大主因。

塑性收縮。發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4h～5h左右,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,因此時(shí)混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大,可達(dá)l%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)件豎向變截面處,如T梁、箱梁腹板與頂、底板交接處,因硬化前沉實(shí)不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮,施工時(shí)應(yīng)控制水灰比,避免過長時(shí)間的攪拌,下料不宜太快,振搗要密實(shí),豎向變截面處宜分層澆筑。

縮水收縮(干縮)?；炷两Y(jié)硬以后,隨著表層水分逐漸蒸發(fā),濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失很快,內(nèi)部損失慢,因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內(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其抗拉強(qiáng)度時(shí),便產(chǎn)生收縮裂縫。混凝土硬化后收縮主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構(gòu)件(超過3%),鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯,混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋?；炷潦湛s裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細(xì),且縱橫交錯,呈龜裂狀,形狀沒有任何規(guī)律。

1.4 由鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足,混凝土保護(hù)層受侵蝕炭化至鋼筋表面,使鋼筋周圍混凝土堿度降低,或由于氯化物介入,鋼筋周圍氯離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng),其銹蝕物氧化鐵體積比原來增長約2 倍,從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離,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,使得鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結(jié)構(gòu)承載力下降,并將誘發(fā)其他形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。要防止鋼筋銹蝕,施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的水灰比,加強(qiáng)振搗,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)或其他存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。

1.5 由工藝控制問題引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣,容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫,特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異,比較典型常見的有:

混凝土保護(hù)層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚,導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

混凝土振搗不密實(shí)、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞,導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫的起源點(diǎn)。

混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實(shí)不足,硬化后沉實(shí)過大,容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫,既塑性收縮裂縫。

混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長,使水分蒸發(fā)過多,引起混凝土塌落度過低。使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

用泵送混凝土施工時(shí),為保證混凝土的流動性,增加水和水泥用量,或因其他原因加大了水灰比,導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時(shí)收縮量增加,使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

混凝土分層或分段澆筑時(shí),接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。如混凝土分層澆筑時(shí),后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑,引起層面之間的水平裂縫;采用分段現(xiàn)澆時(shí),先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間黏結(jié)力小,或后澆混凝土養(yǎng)護(hù)不到位,導(dǎo)致混凝土收縮而引起裂縫。

2結(jié)束語

如上所述,一座橋梁如果在建設(shè)過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫,那么,裂縫的出現(xiàn)絕對并非偶然,它必定是由某一方面的原因或是某一個(gè)環(huán)節(jié)在管理上的疏忽所引起的,雖然裂縫的初期出現(xiàn),并不會迅速影響整橋的正常使用,但是,大部分的裂縫卻能隨著時(shí)間的變化而再進(jìn)一步惡化發(fā)展,最終也將升級為危害性較大的病害缺陷。對此,我們必須慎而待之?？傊?有了對以上幾種裂縫產(chǎn)生原因的深入分析,對我們以后在工程開工前或在施工過程中制訂合理有效的技術(shù)措施起到了很好地參考作用。

參考文獻(xiàn)

[1]《橋梁施工工程師手冊》(第二版)楊文淵, 徐

主編.人民交通出版社2003年.

[2]《橋梁工程施工與維修》陳惠發(fā)主編.機(jī)械工業(yè)出版社 2009年3月.