橋梁工程裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

李繼剛 秦亮

摘要：在橋梁工程的建設(shè)中,裂縫是工程應(yīng)當(dāng)關(guān)注的問(wèn)題。工程的質(zhì)量問(wèn)題在很大程度上是由于橋梁施工的裂縫引起的。所以找出裂縫產(chǎn)生的原因，解決裂縫問(wèn)題至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：橋梁裂縫應(yīng)力防治措施

中圖分類號(hào)： K928.78文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

橋梁施工的裂縫產(chǎn)生的問(wèn)題大致有下面幾種：

1外荷載直接應(yīng)力引起

橋梁工程在施工建設(shè)過(guò)程中,時(shí)常會(huì)因?yàn)樵S多原因而導(dǎo)致橋梁裂縫的產(chǎn)生。裂縫的產(chǎn)生給橋梁的工程質(zhì)量帶來(lái)了嚴(yán)重的質(zhì)量和安全隱患,不僅會(huì)影響橋梁的順利施工,還會(huì)直接影響到橋梁的使用安全,在嚴(yán)重的情況下,可能導(dǎo)致橋梁的坍塌。而由于外荷載引起的橋梁施工裂縫,是常見(jiàn)的一種,也是危害極大的一種。通常對(duì)混凝土構(gòu)建的橋梁由于常規(guī)的靜荷載和動(dòng)荷載引起的橋梁裂縫,以及外荷載次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫統(tǒng)稱為荷載裂縫。

直接應(yīng)力裂縫產(chǎn)生的原因,首先是在橋梁工程的設(shè)計(jì)階段,由于設(shè)計(jì)上的失誤導(dǎo)致,比如在橋梁的結(jié)構(gòu)計(jì)算上,對(duì)部分應(yīng)予考慮并計(jì)算在內(nèi)的部分漏算；以及在結(jié)構(gòu)承受荷載的預(yù)測(cè)上,設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)與實(shí)際受力不相符合,導(dǎo)致橋梁在施工及使用過(guò)程中,橋梁結(jié)構(gòu)受力超過(guò)設(shè)計(jì)荷載,導(dǎo)致受力超標(biāo)時(shí),橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫;同時(shí),在內(nèi)力與配筋計(jì)算上產(chǎn)生誤差,造成兩者調(diào)配不當(dāng),影響橋梁的實(shí)際質(zhì)量,還有對(duì)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)把握不足,直接影響橋梁的質(zhì)量,導(dǎo)致橋梁受外荷載力時(shí)產(chǎn)生裂縫。

其次是在施工階段,由于施工單位安全意識(shí)不夠,對(duì)橋梁施工過(guò)程中可能造成裂縫的因素估計(jì)不足,或者是橋梁的現(xiàn)場(chǎng)施工人員素質(zhì)不高,對(duì)施工過(guò)程中可能導(dǎo)致裂縫的各種情況沒(méi)有了解,比如不加限制地在施工中的橋梁上,停放各種重量過(guò)大的施工機(jī)械或堆放各種施工材料。同時(shí)可能有部分現(xiàn)場(chǎng)施工人員,不按投資方與施工單位簽訂合同時(shí)所定下的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工,為求速度或經(jīng)濟(jì)利益而更改結(jié)構(gòu)施工順序或者改變結(jié)構(gòu)受力模式;在施工過(guò)程中沒(méi)有注意物理現(xiàn)象,不對(duì)結(jié)構(gòu)做施工機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的振動(dòng)下的疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算等。

此外,由于施工現(xiàn)場(chǎng)人員操作不當(dāng)而導(dǎo)致施工車輛的碰撞,以及自然因素如發(fā)生暴風(fēng)雨雪及冰雹和地震、意外爆炸等也可能導(dǎo)致橋梁施工裂縫的產(chǎn)生。

2外荷載次應(yīng)力引起

次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫,它是外荷載引起裂縫的另一種形式。首先在通常情況下,是在橋梁工程設(shè)計(jì)外荷載的作用影響下,由于橋梁應(yīng)用結(jié)構(gòu)物的實(shí)際工作情況,同預(yù)測(cè)的習(xí)慣計(jì)算有偏差或計(jì)算的范圍過(guò)窄,導(dǎo)致預(yù)測(cè)與實(shí)際數(shù)據(jù)的差異過(guò)大 ,從而在施工中橋梁結(jié)構(gòu)的某些部位引起次應(yīng)力,而由此導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂。實(shí)際的橋梁工程施工過(guò)程中,次應(yīng)力裂縫已經(jīng)是產(chǎn)生荷載裂縫的常見(jiàn)原因之一。一般來(lái)說(shuō),次應(yīng)力裂縫多屬于剪切、張拉、劈裂性質(zhì)。在現(xiàn)代橋梁施工技術(shù)中,次應(yīng)力裂縫被認(rèn)為是由荷載引起,但是在目前的許多橋梁施工中,按行業(yè)的常規(guī)一般不做嚴(yán)格的計(jì)算,不過(guò)隨著高科技在橋梁施工中的運(yùn)用,現(xiàn)代計(jì)測(cè)手段的不斷發(fā)展和完善,次應(yīng)力裂縫的計(jì)算已經(jīng)被各施工單位所重視,而且要對(duì)次應(yīng)力裂縫進(jìn)行科學(xué)合理的驗(yàn)算已經(jīng)是可以實(shí)現(xiàn)的了。比如現(xiàn)在在橋梁的施工中對(duì)徐變和預(yù)應(yīng)力等產(chǎn)生的二次應(yīng)力的情況,通過(guò)平面桿系有限元程序均可正確的計(jì)算,這就減少了因?qū)Χ螒?yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力裂縫的問(wèn)題有了一個(gè)好的應(yīng)對(duì)方案。同時(shí),在橋梁的設(shè)計(jì)上,必須注意結(jié)構(gòu)突變或斷面突變的情況出現(xiàn),但是有些情況是不能預(yù)測(cè)或者避免的,但是這并不是就任由危險(xiǎn)存在,而是在不能回避的時(shí)候,及時(shí)的根據(jù)相關(guān)原理和實(shí)際情況,在不危害大局的情況下,做局部的處理,如在轉(zhuǎn)角處做圓角,突變處做成漸變過(guò)渡,同時(shí)加強(qiáng)構(gòu)造配筋,轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋,對(duì)于較大孔洞應(yīng)當(dāng)及時(shí)的在周邊設(shè)置護(hù)邊角鋼,以防止裂變的危險(xiǎn)。

3溫度變化引起的裂縫

溫度裂縫是指在外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)溫度發(fā)生變化的情況,混凝土就會(huì)出現(xiàn)變形的情況,而如果在變形的過(guò)程中遭到壓制,便有可能在其結(jié)構(gòu)內(nèi)造成應(yīng)力的產(chǎn)生,這樣當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)橋梁的混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。在特定的情況下,橋梁工程所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力可能會(huì)達(dá)到甚至超出荷載應(yīng)力,在這樣的情況下,產(chǎn)生溫度裂縫便不可避免,甚至可能出現(xiàn)更大的隱患。隨溫度的改變而擴(kuò)張或合攏是溫度裂縫的主要特點(diǎn)。年溫差,即是指一年四季溫度不斷變化而造成的裂變。不過(guò)這種裂變的產(chǎn)生是受一定條件限制的,比如,橋梁結(jié)構(gòu)的位移受到限制時(shí)才可能出現(xiàn)溫度裂縫,如拱橋、剛架橋等位移不可能出現(xiàn)的這類橋梁。雖然溫度變化比較緩和,不會(huì)出現(xiàn)突然轉(zhuǎn)變,對(duì)橋梁的危險(xiǎn)也是蠕變性的,但是出于防范意識(shí),對(duì)年溫差內(nèi)力計(jì)算時(shí)混凝土彈性模量應(yīng)考慮折減。日照也是溫度裂變的原因之一。由于橋面板、主梁或橋墩側(cè)面等容易遭太陽(yáng)曝曬,其溫度會(huì)明顯的高于橋梁的其他部位,整個(gè)橋梁的溫度分布不均勻,再加上受到自身的影響,導(dǎo)致橋梁局部拉應(yīng)力較大,進(jìn)而導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。同時(shí),突然降溫和水泥的水化熱等也是造成溫度裂縫的原因。

4收縮引起的裂縫

在實(shí)際工程中,最常見(jiàn)的裂變之一是混凝土因收縮而引起的裂縫。首先是自身的收縮,混凝土在硬化的過(guò)程中,由于水泥和水及其他物質(zhì)會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),由此會(huì)產(chǎn)生許多新的化學(xué)物質(zhì),在這一過(guò)程中,就有可能產(chǎn)生一些易揮發(fā)的物質(zhì),在接觸空氣,比如水泥中的氫氧化鈣會(huì)和空氣中的二氧化碳直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成碳酸鈣,而碳酸鈣的體積卻比氫氧化鈣的體積小,因而可能產(chǎn)生收縮,或者在太陽(yáng)的暴曬之下?lián)]發(fā),導(dǎo)致自身質(zhì)量及體積的縮水,由此導(dǎo)致混凝土局部張力失衡,而產(chǎn)生裂變。同時(shí),因?yàn)榛炷猎谟不恼麄€(gè)過(guò)程中,只有很少的分水分參與化學(xué)反應(yīng),大部分的水會(huì)因?yàn)檎舭l(fā)而消失,這就導(dǎo)致橋梁混凝土的體積發(fā)生了干縮變形,在水泥漿形成水泥石后,它的極限干縮將會(huì)達(dá)到3 000微應(yīng)變左右,這樣造成的干縮效應(yīng),就會(huì)使不同程度的拉應(yīng)力在混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生。而在混凝土的硬化初期,其抗拉強(qiáng)度小,在產(chǎn)生干縮拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí),橋梁裂縫的情況就有可能會(huì)發(fā)生。

5施工中鋼筋的用量不當(dāng)

由于設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)普通鋼筋用量或間距預(yù)測(cè)不足,可能會(huì)致常規(guī)下允許的裂縫寬度,不能根據(jù)規(guī)則在一定范圍內(nèi)得到有效的控制,同時(shí)普通鋼筋在混凝土中使用過(guò)多,或者因?yàn)槭┕と藛T在施工過(guò)程中對(duì)間距的把握不足,導(dǎo)致過(guò)密的鋼筋阻止了混凝土的正常凝固收縮,而致使橋梁產(chǎn)生裂縫。

6 橋梁混凝土裂縫的施工防治措施

6.1 材料的控制

施工工藝是保證混凝土構(gòu)件質(zhì)量的關(guān)鍵、除施工的施工操作應(yīng)嚴(yán)格按照施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，對(duì)原材料(鋼筋、水泥、砂、碎石、水等)都應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的抽樣檢驗(yàn)。對(duì)混凝土配合比應(yīng)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)．在高溫下或雨后施工對(duì)砂、碎石應(yīng)進(jìn)行含水量實(shí)驗(yàn)，及時(shí)調(diào)整施工配合比，確保混凝土的施工質(zhì)量。

6.2 溫度的控制

6.2.1改善骨料級(jí)配，采用干硬性混凝土、加添加劑等措施以減少混凝土中的水泥用量；拌和混凝土?xí)r用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫；規(guī)定合理的拆模時(shí)問(wèn)，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化；施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑體表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采用保溫等措施。

6.2.2合理地分縫分塊，避免基礎(chǔ)過(guò)大起伏；合理地安排施工工序，避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露。另外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力．防止表面干縮。特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫十分重要。應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的。因此施工中應(yīng)以預(yù)防其貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

6.3 非結(jié)構(gòu)性裂縫防止措施

防止塑性沉降裂縫的措施有基礎(chǔ)處理、支架搭設(shè)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)、嚴(yán)格施工．對(duì)支架進(jìn)行全面積預(yù)壓以消除非彈性變形；砼中加減水劑減少砼泌水，確保砼保護(hù)層厚度、砼施工時(shí)進(jìn)行二次抹面。防止塑性收縮裂縫的措施有加強(qiáng)早期砼養(yǎng)護(hù)以降低砼中水份蒸發(fā)速率。方法是結(jié)構(gòu)外露面覆蓋麻袋、海綿等澆水濕治養(yǎng)護(hù)。防止溫差裂縫的措施有合理安排砼澆注順序及澆筑速度，在砼澆注的過(guò)程中消除部分溫差。夏季施工時(shí)骨料要灑水降溫．冬季施工時(shí)砼表面應(yīng)覆蓋保溫。

7 結(jié)語(yǔ)

在橋梁施工過(guò)程中，出現(xiàn)裂縫的原因是多種多樣的。只有掌握出現(xiàn)裂縫的原因，才能在施工中采取合理的措施，嚴(yán)格控制好材料質(zhì)量，采取合理的施工工藝，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的施工管理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、材料特點(diǎn)、氣溫等多種因素，采取合理的措施，就能有效地控制裂縫的產(chǎn)生，確保工程質(zhì)量。