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(tuán)

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(tuán)

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

1 前言

混凝土因具有抗壓強(qiáng)度高、耐久性好、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)度低，易產(chǎn)生裂縫的特點(diǎn)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(kuò)展，降低構(gòu)件外觀質(zhì)量的同時(shí)更降低了構(gòu)件的剛度和強(qiáng)度，影響了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。

2 橋梁混凝土構(gòu)件裂縫產(chǎn)生原因分析

2.1 外部荷載引起的裂縫

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(jì)時(shí)設(shè)計(jì)計(jì)算與實(shí)際受力偏差較大、安全系數(shù)不夠；施工時(shí)未嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工，構(gòu)件強(qiáng)度未達(dá)設(shè)計(jì)要求過(guò)早開(kāi)放交通承受荷載等；構(gòu)件使用過(guò)程中構(gòu)件偏心受壓、承受超設(shè)計(jì)荷載作用、遭受車輛碰撞等均會(huì)使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。

2.2 溫度變化引起的裂縫

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(guò)大會(huì)造成構(gòu)件局部開(kāi)裂。如北方地區(qū)溫差大，長(zhǎng)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(guò)快；大體積混凝土構(gòu)件內(nèi)部水化熱等都會(huì)引起構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力過(guò)大，引起裂縫。

2.3 混凝土收縮引起的裂縫

混凝土收縮引起的裂縫是構(gòu)件裂縫中最常見(jiàn)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?；炷恋母煽s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(shí)混凝土構(gòu)件表面熱量和水分損失快，內(nèi)部損失相對(duì)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)。

2.4 結(jié)構(gòu)變形引起的裂縫

橋梁構(gòu)件所處結(jié)構(gòu)因承受超設(shè)計(jì)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(kāi)裂。如墩臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)的不均勻沉降、水平位移、山體滑坡對(duì)混凝土墩柱造成的側(cè)向擠壓等都會(huì)引起構(gòu)件混凝土的開(kāi)裂。

2.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫

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(hù)層不夠、鋼筋除銹不徹底等都會(huì)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(duì)鋼筋體積膨脹數(shù)倍，引起鋼筋周圍的混凝土開(kāi)裂，產(chǎn)生構(gòu)件裂縫。

2.6 施工工藝不合理引起的構(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(guò)早開(kāi)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(hù)層控制不嚴(yán)格，造成構(gòu)件保護(hù)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(guò)程中下沉引起塑性收縮裂紋。同時(shí)因振搗不到位，混凝土不密實(shí)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(guò)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(kāi)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(shí)不夠或剛度不夠，在混凝土澆筑過(guò)程中支架沉降等引起構(gòu)件開(kāi)裂。

(4)混凝土構(gòu)件初期養(yǎng)護(hù)不足，混凝土凝固過(guò)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(guò)構(gòu)件當(dāng)時(shí)的抗裂能力時(shí)就會(huì)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(qiáng)度較低時(shí)，遭受爆破震動(dòng)或大型施工機(jī)械行走等外界震動(dòng)：趕工期盲目拆除構(gòu)件承重模板、進(jìn)行吊運(yùn)或過(guò)早使構(gòu)件承受施工荷載導(dǎo)致構(gòu)件開(kāi)裂。

(6)混凝土分段施工，施工縫處理不當(dāng)、澆筑時(shí)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(hù)不到位，孔道泌水受凍結(jié)冰，造成梁板孔道位置凍脹開(kāi)裂。

(8)深基坑薄壁構(gòu)件兩側(cè)的回填未對(duì)稱進(jìn)行，過(guò)大的土壓力造成薄壁墻、墩臺(tái)等構(gòu)件開(kāi)裂。

3 橋梁混凝土構(gòu)件裂縫的防控

3.1 設(shè)計(jì)單位科學(xué)合理進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工單位嚴(yán)格按設(shè)計(jì)精細(xì)組織施工，交通管理部門(mén)加強(qiáng)對(duì)過(guò)橋車輛的管理，加強(qiáng)對(duì)運(yùn)營(yíng)橋梁的維護(hù)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(guò)改善混凝土骨料的級(jí)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(shí)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(guò)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(guò)程中加強(qiáng)振搗，構(gòu)件澆筑成型后加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)工作。減少混凝土構(gòu)件因收縮引起的裂縫。

3.4 勘測(cè)單位加強(qiáng)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(jì)資料不符及時(shí)溝通解決?；A(chǔ)施工時(shí)嚴(yán)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(yùn)營(yíng)后管理部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)橋梁維護(hù)，防止山體滑坡，疏浚采砂等活動(dòng)對(duì)橋梁基礎(chǔ)的不利影響。杜絕因結(jié)構(gòu)變形對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生的開(kāi)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(yán)格控制混凝土中的氯離子含量和堿含量同時(shí)加入阻銹劑等外參劑，改善混凝土的和易性，加強(qiáng)澆筑振搗，嚴(yán)格控制鋼筋骨架的保護(hù)層厚度。鋼筋加工制作過(guò)程中采取措施嚴(yán)防鋼筋銹蝕。設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)橋梁構(gòu)件的不利影響。

3.6 橋梁施工過(guò)程中選擇合理的施工工藝，加強(qiáng)施工管理控制，嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)要求，科學(xué)規(guī)范的進(jìn)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(hù)、脫模、吊運(yùn)、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(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(duì)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(jìn)的橋梁理論，不斷總結(jié)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取切實(shí)有效的防控措施，避免構(gòu)件裂縫通病，將裂縫對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的不利影響降至最低。

[1]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制.北京.中國(guó)建筑工業(yè)出版社