大體積混凝土橋臺(tái)裂紋檢測(cè)及成因研究

后明山

（貴州宏信創(chuàng)達(dá)工程檢測(cè)咨詢有限公司）

橋臺(tái)一般為大體積混凝土，而對(duì)大體積混凝土而言，裂縫、裂紋是最常見(jiàn)的問(wèn)題，如果裂縫產(chǎn)生而且沒(méi)有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則會(huì)不斷擴(kuò)大和發(fā)展，造成鋼筋銹蝕與混凝土脫落等問(wèn)題，不僅影響橋臺(tái)整體外觀，而且還會(huì)帶來(lái)安全隱患。因此，在實(shí)際工作中必須重視并做好裂縫檢測(cè)。

1 工程概況

某橋梁為雙幅公路橋梁，左、右兩幅的孔數(shù)分別為18孔和20孔，采用T形橋臺(tái)，橋墩截面形狀為圓形，基礎(chǔ)采用鉆孔樁和挖井相結(jié)合的形式。臺(tái)帽采用抗凍融混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C35，臺(tái)身采用普通混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C30。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，本橋梁18#橋臺(tái)產(chǎn)生開(kāi)裂，裂縫從臺(tái)帽開(kāi)始不斷向下延伸到地表[1]。

2 橋臺(tái)裂紋檢測(cè)方式

按照檢測(cè)單位相關(guān)要求，采用超聲波檢測(cè)法檢測(cè)橋臺(tái)處裂縫，確定裂縫深度，判斷裂縫的開(kāi)裂程度，為裂縫處理方案的編制提供參考和依據(jù)，確保結(jié)構(gòu)處在安全穩(wěn)定的狀態(tài)，并提高結(jié)構(gòu)的耐久性。此外，還應(yīng)對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行綜合評(píng)定，確定鋼筋所在具體位置。在實(shí)際工作中，主要采用下列幾種方法。

（1）回彈法

以現(xiàn)場(chǎng)施工條件為依據(jù)，采用通用的強(qiáng)度檢測(cè)曲線，利用回彈法對(duì)臺(tái)身實(shí)際強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。在施測(cè)的過(guò)程中，橋臺(tái)表面應(yīng)合理布置一定數(shù)量的測(cè)區(qū)，充分考慮澆筑面和混凝土碳化方面的修正。由于臺(tái)身混凝土澆筑施工時(shí)間通常很短，需要在臺(tái)身選擇具有一定代表性的點(diǎn)位，均勻噴灑一層酚酞試劑，確定混凝土的實(shí)際碳化深度[2]。

（2）鋼筋所在位置檢測(cè)

為使裂縫檢測(cè)實(shí)際結(jié)果達(dá)到預(yù)期的精度要求，避免鋼筋的存在對(duì)最終檢測(cè)結(jié)果造成太大影響，需要在進(jìn)行裂縫的檢測(cè)工作前，利用定位儀等設(shè)備儀器對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)鋼筋具體位置進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。

（3）裂縫深度檢測(cè)

利用超聲波法對(duì)裂縫實(shí)際深度大小進(jìn)行檢測(cè)是指結(jié)構(gòu)中超聲波的傳播會(huì)在遇到缺陷時(shí)發(fā)生繞射，此時(shí)根據(jù)波幅等相關(guān)參數(shù)發(fā)生的變化，能對(duì)裂縫深度進(jìn)行判斷，并通過(guò)計(jì)算予以驗(yàn)證。此外，在超聲波檢測(cè)過(guò)程中，宜采用單面平測(cè)的方法，主要有以下幾個(gè)檢測(cè)步驟：

①以裂縫的實(shí)際走向?yàn)橐罁?jù)布置測(cè)線和測(cè)點(diǎn)；

②對(duì)混凝土表面進(jìn)行徹底清理和平整，到換能器能和避免良好貼合為止；

③確定跨縫測(cè)點(diǎn)及不跨縫測(cè)點(diǎn)的具體位置；

④進(jìn)行規(guī)范的超聲波檢測(cè)工作，除跨縫實(shí)時(shí)測(cè)量外，還應(yīng)考慮不跨縫條件下的測(cè)量；

⑤根據(jù)具體的檢測(cè)結(jié)果對(duì)裂縫深度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，計(jì)算公式為：

式（1）中，dci表示跨縫測(cè)距過(guò)程中對(duì)應(yīng)的裂縫深度，單位：mm；t0i表示聲時(shí)的實(shí)測(cè)值，單位：μs；v表示超聲波傳播速度，單位：km/s；li表示傳播距離，單位：mm。

測(cè)線處裂縫實(shí)際深度可采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式（2）中，mdc表示裂縫深度；dci表示跨縫測(cè)距過(guò)程中對(duì)應(yīng)的裂縫深度，單位：mm；n表示相同測(cè)線內(nèi)的測(cè)區(qū)總數(shù)。

⑥裂縫深度的確定可采用以下方法進(jìn)行：在跨縫測(cè)量過(guò)程中，如果傳感器產(chǎn)生首波反向的現(xiàn)象，則應(yīng)采用式（1）對(duì)dci進(jìn)行計(jì)算，并求取平均值來(lái)作為推定值。如果傳感器沒(méi)有產(chǎn)生首波反向的現(xiàn)象，則可以先求取dci均值，再與其它測(cè)距對(duì)應(yīng)的均值對(duì)比，剔除差異較大的項(xiàng)后，將余下均值直接作為推定值[3]。

3 檢測(cè)結(jié)果與分析

根據(jù)現(xiàn)行的檢測(cè)作業(yè)規(guī)程，對(duì)臺(tái)身處混凝土實(shí)際強(qiáng)度實(shí)施推定。為對(duì)裂縫的特征進(jìn)行直觀描述，在現(xiàn)場(chǎng)利用顯微鏡觀察裂縫，同時(shí)繪制出裂縫實(shí)際分布的圖像。在此之后，運(yùn)用超聲波檢測(cè)分析裝置采用單面平測(cè)的方法對(duì)裂縫的實(shí)際深度進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。

（1）強(qiáng)度評(píng)定

按照現(xiàn)行檢測(cè)作業(yè)規(guī)程，對(duì)橋臺(tái)混凝土實(shí)際強(qiáng)度進(jìn)行推定，并作必要的碳化試驗(yàn)和檢測(cè)。結(jié)果表明，臺(tái)身碳化實(shí)際深度幾乎為0，基于此，采用回彈法對(duì)混凝土強(qiáng)度實(shí)施推定時(shí)，可不考慮碳化造成的影響。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，本橋臺(tái)的強(qiáng)度推定值確定為38.4MPa。

（2）裂縫特征

在臺(tái)身的中間區(qū)域發(fā)現(xiàn)一條沿豎向分布的裂縫，為準(zhǔn)確描述裂縫實(shí)際發(fā)展情況，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用顯微鏡實(shí)施觀測(cè)。經(jīng)觀測(cè)，最大裂縫的寬度在0.11～0.57mm范圍內(nèi)，已超出現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)要求，必須進(jìn)行修補(bǔ)處理[4]。

（3）裂縫深度

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件，結(jié)合規(guī)范與規(guī)程，在裂縫走向均勻布置測(cè)線和測(cè)點(diǎn)。此外，為防止裂縫對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成太大影響，鋼筋和側(cè)線之間的夾角應(yīng)按45°進(jìn)行控制。檢測(cè)采用超聲波儀進(jìn)行，最大裂縫深度檢測(cè)結(jié)果為：1#測(cè)線裂縫深度為70.54mm；2#測(cè)線裂縫深度為31.83mm；3#測(cè)線裂縫深度為89.81mm；4#測(cè)線裂縫深度為27.29mm?？梢?jiàn)，裂縫深度在27.29～89.81mm范圍內(nèi)，通過(guò)與現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范的對(duì)比，確定該裂縫屬于表面裂縫，并未形成貫通。

4 裂縫成因

因橋臺(tái)在完成混凝土施工后，未直接承受施工與使用的荷載，所以可基本排除外力或基礎(chǔ)沉降造成的影響。由于裂縫具有規(guī)則性，所以也不是因?yàn)榛炷临|(zhì)量問(wèn)題造成的。臺(tái)身澆筑一次性完成，未進(jìn)行分層與分塊，并且采取了合理有效的降溫與控溫措施。臺(tái)身澆筑完畢后，水泥會(huì)產(chǎn)生大量水化熱，同時(shí)集料也會(huì)吸收環(huán)境中的熱量。因混凝土自身導(dǎo)熱能力較差，大量的熱都聚集在臺(tái)身內(nèi)部，因此形成一個(gè)高溫度場(chǎng)[5]。在進(jìn)行施工時(shí)，若未采取有效降溫措施，加之直接受到養(yǎng)護(hù)方面的影響，表面快速散熱，容易產(chǎn)生較高的溫度差，最終在澆筑的過(guò)程中產(chǎn)生很大應(yīng)力。因混凝土自身彈性模量及早期強(qiáng)度都較低，所以如果混凝土實(shí)際強(qiáng)度不足以抵抗以上應(yīng)力，則就會(huì)在表面產(chǎn)生開(kāi)裂的現(xiàn)象。此外，本橋梁臺(tái)身的開(kāi)裂是從中間部位開(kāi)始的，通過(guò)對(duì)工藝方法、臺(tái)身尺寸、裂縫特點(diǎn)等的綜合考慮，確定引起臺(tái)身開(kāi)裂問(wèn)題的主要原因?yàn)樗嘤不^(guò)程中釋放出大量水化熱。這一結(jié)論能為后續(xù)施工提供真實(shí)可靠的依據(jù)，為防止由于這一原因造成的裂縫奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)無(wú)損檢測(cè)可以看出，本橋臺(tái)身最大裂縫的寬度在0.11～0.57mm范圍內(nèi)，深度在27.29～89.81mm范圍內(nèi)。本橋梁臺(tái)身的開(kāi)裂是從中間部位開(kāi)始的，通過(guò)對(duì)工藝方法、臺(tái)身尺寸、裂縫特點(diǎn)等的綜合考慮，確定引起臺(tái)身開(kāi)裂問(wèn)題的主要原因?yàn)樗嘤不^(guò)程中釋放出大量水化熱。在侵蝕介質(zhì)不斷作用下，臺(tái)身一旦開(kāi)裂，將使內(nèi)部鋼筋發(fā)生銹蝕，鋼筋在銹蝕后體積增大，使保護(hù)層脫落，造成嚴(yán)重影響和損失，使結(jié)構(gòu)偏不安全，甚至引發(fā)安全事故?；诖耍瑧?yīng)在布置觀測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)裂縫實(shí)際情況和發(fā)展情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，同時(shí)制定行之有效的修補(bǔ)方案及對(duì)策。

參考文獻(xiàn)

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