探討混泥土橋梁裂縫問題及控制策略

姜龍

摘 要：混泥土橋梁裂縫問題一直以來都是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，是導(dǎo)致其他橋梁問題的重要隱患。但是如果采取一定的預(yù)防措施，很多裂縫問題我們是可以克服和控制的。本文將主要針對這個問題進(jìn)行分析并提出一些建設(shè)性的意見。

關(guān)鍵詞：混泥土；裂縫；控制策略

由于混凝土橋梁的價格低廉、取材廣泛且抗壓強(qiáng)度高耐火性好，在橋梁建筑中應(yīng)用很廣泛。但因其抗位力差，容易開裂，近年來，由于裂縫而導(dǎo)致工程質(zhì)量低下甚至出現(xiàn)坍塌的事故時常出現(xiàn)，漸漸得到了人們的重視?；炷恋牧芽p是由于混凝土內(nèi)部應(yīng)力和外部荷載作用，以及溫度變化等因素作用下形成的。有些裂縫在使用荷載或外界物理，化學(xué)因素的作用下，不斷擴(kuò)展，不但會影響混凝土表面的美觀，減小鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，而且易引發(fā)混凝土面層剝落，加速鋼筋的銹蝕，降低混凝土的抗凍性及耐久性，嚴(yán)重時甚至發(fā)生垮塌事故，所以必須加以控制。

一、裂縫的成因及種類

混凝土裂縫的成因復(fù)雜而繁多，有時甚至多種因素相互影響，但就一些具體裂縫而言，總有主導(dǎo)原因，為了便于分析，鑒別工程中發(fā)生的裂縫，根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因，常見裂縫可分為荷載引起的裂縫、溫度和濕度變化引起的裂縫、收縮引起的裂縫、地基變形引起的裂縫、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫等五大類。

1.荷載引起的裂縫?；炷翗蛄涸陟o、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，主要有直接裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫；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。橋梁負(fù)載的原因有多種，比如在設(shè)計時，計算模型的不合理，或設(shè)計斷面和結(jié)構(gòu)剛度的不足等；在施工時，對設(shè)計圖紙理解錯誤，改變受力模式，或構(gòu)件的運(yùn)輸、安裝不規(guī)范等；在使用時，超重車輛的碾壓，或地震、爆炸等外力因素影響等。

2.溫度和濕度變化引起的裂縫?；炷劣不陂g水泥放出大量的水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時干時濕，表。面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。引起溫度濕度變化主要因素有：年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工措施不當(dāng)?shù)取?/p>

3.收縮引起的裂縫。在實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在開始初凝、以及養(yǎng)護(hù)之前，水泥發(fā)生劇烈的水化反應(yīng)，水分急劇蒸發(fā)，造成混凝土的失水收縮，此時由于橋梁表層受到模板以及鋼筋等的制約，混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，出現(xiàn)裂縫。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。

4.地基變形引起的裂縫。由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂?；A(chǔ)不均勻沉降的主要原因有：①地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準(zhǔn)。②地基地質(zhì)差異大。③結(jié)構(gòu)荷載差異太大。④結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。⑤分期建造的基礎(chǔ)。⑥地基凍脹。⑦橋梁基礎(chǔ)置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)時，可能造成不均勻沉降。⑧橋梁建成以后，原有地基條件變化。對于拱橋等產(chǎn)生水平推力的結(jié)構(gòu)物，對地質(zhì)情況掌握不夠、設(shè)計不合理和施工時破壞了原有地質(zhì)條件是產(chǎn)生水平位移裂縫的主要原因。

5.施工工藝引起的裂縫。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、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)生的原因不同而不同。

二、橋梁施工中混凝土裂縫的控制策略

1.由設(shè)計不合理和荷載作用引起的混凝土裂縫，主要是在設(shè)計上加以控制。這要求設(shè)計者在設(shè)計計算階段，結(jié)構(gòu)計算要考慮全面，不要漏記或者少算荷載；多思考，計算模型盡量合理，結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際受力要與實際相符合；考慮到交通量的增大及超載車輛的增多，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)要取足；結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮到當(dāng)?shù)厥┕さ目赡苄裕欢嗳讉€設(shè)計斷面進(jìn)行核查；鋼筋布置在鋼筋配筋率和鋼筋應(yīng)力大致相同的情況下盡量采用“細(xì)筋多根”，而少采用“粗筋少根”的原則；構(gòu)造處理要滿足規(guī)范要求。次應(yīng)力按常規(guī)一般不計算，但隨著現(xiàn)代計算手段的不斷完善，次應(yīng)力裂縫也是可以做到合理驗算的，例如現(xiàn)在對預(yù)應(yīng)力、徐變等產(chǎn)生的二次應(yīng)力，不少平面桿系有限元程序均可正確計算。在設(shè)計上，應(yīng)注意避免結(jié)構(gòu)突變（或斷面突變），因為在突變的位置會產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。當(dāng)不能回避時，應(yīng)做局部處理，如轉(zhuǎn)角處做圓角，突變處做成漸變過渡，同時加強(qiáng)構(gòu)造配筋，轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋，對于較大孔洞有條件時可在周邊設(shè)置護(hù)邊角鋼。

2.對于因溫度變化過大造成的裂縫，主要預(yù)防措施：①采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量；②拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；③熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；④在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫；⑤規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度；⑥施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。⑦有時，新舊混凝土接縫處，沿接縫面中部的垂直方向，由于新混凝土結(jié)硬的水化熱與已經(jīng)結(jié)硬、冷卻的舊混凝土之間存在溫差；同時由于舊混凝土齡期較長，收縮大部分完成，而新澆混凝土結(jié)硬時收縮受阻等原因也會引起混凝土開裂，這種情況應(yīng)該盡量避免，若必須如此，則應(yīng)采取增加構(gòu)造布筋和其他適當(dāng)?shù)臏p小溫差的措施。

3.對于收縮引起的裂縫，由于這類裂縫一般發(fā)生在混凝土結(jié)硬初期，因此需要良好的初期養(yǎng)護(hù)條件和合適的混凝土配合比設(shè)計，所以在施工規(guī)程中，提出要嚴(yán)格控制混凝土的配合比，并在混凝土澆筑后及時覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)，在干燥環(huán)境下更應(yīng)注意加強(qiáng)養(yǎng)生，保證混凝土養(yǎng)護(hù)條件和時間。同時應(yīng)注意合理配置適當(dāng)?shù)臉?gòu)造鋼筋，以防止過寬的收縮裂縫。

4.對于地基礎(chǔ)變形引起的裂縫，主要是在前期要在橋位處要做詳細(xì)、細(xì)致的地質(zhì)勘察，一定要確保地質(zhì)情況的準(zhǔn)確性，如果在施工期間發(fā)現(xiàn)實際地質(zhì)資料與設(shè)計不符，一定要及時要求設(shè)計單位對裂縫進(jìn)行復(fù)算、核查。對于大多數(shù)天然地基和人工地基浸水后，尤其是素填土、黃土、膨脹土等特殊地基土，土體強(qiáng)度遇水下降，壓縮變形加大等類似情況，只能采取及時的觀察監(jiān)測，一旦裂縫發(fā)生，則必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?，必要時應(yīng)對地基進(jìn)行處理。

5.施工工藝措施。在施工時，首先要控制施工的材料，要嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)要求選擇合適的材料，堅決不能使用一些質(zhì)量不過關(guān)的施工材料。選好合適的材料后，要按照最優(yōu)的比例來進(jìn)行混凝土拌合。混凝土拌合時，時間不能少于兩分鐘，要確?；炷梁鸵仔院谩⒉晃鏊?、不離析。澆筑時要選擇分層澆筑，分層的厚度不要大于三十厘米，同時還要防止鋼筋、定位筋、模板、墊塊以及預(yù)埋管道發(fā)生一定的變形，并且要確保混凝土可以填充到每個角落，避免共振引起干縮裂縫和塑性裂縫等。

6.此外還應(yīng)加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)及后期的護(hù)養(yǎng)工作?；炷恋脑缙陴B(yǎng)護(hù)，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達(dá)到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫度、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮，另一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計的強(qiáng)度和抗裂能力。后期的養(yǎng)護(hù)直接關(guān)乎到橋梁的使用壽命問題，極為重要。

三、結(jié)語

綜上所述混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，工程實例中也是允許微小裂縫產(chǎn)生的，保證不出現(xiàn)裂縫是較難實現(xiàn)的。但是橋梁在國家的交通運(yùn)輸中發(fā)揮著重要的作用，因此必須要保證橋梁的質(zhì)量。我們應(yīng)盡量減少因為設(shè)計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力、運(yùn)營管理不力等諸多人為因素所產(chǎn)生的裂縫擴(kuò)展，從而保證橋梁不會因為裂縫擴(kuò)展導(dǎo)致鋼筋腐蝕、脆性斷裂等病害發(fā)生。