混凝土橋梁裂縫成因及預防措施新探.doc

混凝土橋梁裂縫成因及預防措施新探摘要：正確分析裂縫的成因，是克服和控制裂縫的關(guān)鍵。為了進一步加強對混凝土橋梁裂縫的認識，盡量避免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫，文章通過對某混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因進行分析、總結(jié)，以方便設(shè)計、施工，找出控制裂縫的可行辦法，達到防范于未然的作用。 關(guān)鍵詞：混凝土橋梁裂縫；裂縫預防；荷載裂縫；溫度裂縫；收縮裂縫中圖分類號：U445文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）06-0169-02一、橋梁混凝土裂縫的成因橋梁混凝土裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因。混凝土裂縫的種類就其產(chǎn)生的原因大致分為以下幾種：（一）荷載引起的裂縫混凝土橋梁受靜、動荷載及次應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，主要有彎曲裂縫、剪切裂縫、扭曲裂縫和局部應(yīng)力引起的裂縫。荷載裂縫依荷載不同而呈現(xiàn)不同的特點。這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴重部位。如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮或有沿受壓方向的短裂縫，往往是結(jié)構(gòu)達到承載力極限的標志，是結(jié)構(gòu)破壞的前兆。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同的受力方式，產(chǎn)生裂縫的特征如下：1中心受壓。沿構(gòu)件出現(xiàn)平行于受力方向的短而密的平行裂縫。2中心受拉。裂縫貫穿構(gòu)件橫截面，間距大體相等，且垂直于受力方向。3受彎。彎矩最大截面附近從受拉區(qū)開始出現(xiàn)與受拉方向垂直的裂縫。4受剪。當箍筋太密時發(fā)生斜壓破壞，沿梁端腹部出現(xiàn)大于45方向的斜裂縫；當箍筋適當時發(fā)生剪壓破壞，沿梁端中下部出現(xiàn)約45方向互相平行的斜裂縫。5受扭。構(gòu)件一側(cè)腹部先出現(xiàn)多條約45方向斜裂縫，并向相鄰面以螺旋方向展開。6受沖切。沿柱頭板內(nèi)側(cè)發(fā)生約45方向斜面拉裂，形成沖切面。7局部受壓。在局部受壓區(qū)出現(xiàn)與壓力方向大致平行的多條短裂縫。（二）溫度變化引起的裂縫混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應(yīng)力可以達到甚至超出活載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有：1年溫差。一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導致橋梁的縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時才會引起溫度裂縫。2日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見原因。3驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度。日照和驟然降溫內(nèi)力計算時可采用設(shè)計規(guī)范或參考實橋資料進行，混凝土彈性模量不考慮折減。4水化熱。出現(xiàn)在施工過程中，大體積混凝土（厚度超過2.0米）澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。施工中應(yīng)根據(jù)實際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，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，必要時可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進行內(nèi)部散熱，或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。5蒸汽養(yǎng)護或冬季施工時施工措施不當，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。（三）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。混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。研究表明，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：1水泥品種、標號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高，普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標號越低、單位體積用量越大、磨細度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時間越長。例如，為了提高混凝土的強度，施工時經(jīng)常采用強行增加水泥用量的做法，結(jié)果收縮應(yīng)力明顯加大。2骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低；而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小，含水量大收縮越大。3水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。4外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。5養(yǎng)護方法。良好的養(yǎng)護可加速混凝土的水化反應(yīng)，獲得較高的混凝土強度。養(yǎng)護時保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護時間越長，則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護方式比自然養(yǎng)護方式混凝土收縮要小。6外界環(huán)境。大氣中濕度小、空氣干燥、溫度高、風速大，則混凝土水分蒸發(fā)快，混凝土收縮越快。7振搗方式及時間。機械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時間應(yīng)根據(jù)機械性能決定，一般以515s/次為宜。時間太短，振搗不密實，形成混凝土強度不足或不均勻；時間太長，造成分層，粗骨料沉入底層，細骨料留在上層，強度不均勻，上層易發(fā)生收縮裂縫。（四）地基礎(chǔ)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。在沒有充分掌握地質(zhì)情況就設(shè)計、施工，這是造成地基不均勻沉降的主要原因。比如丘陵區(qū)或山嶺區(qū)橋梁，勘察時鉆孔間距太遠，而地基巖面起伏又大，勘察報告不能充分反映實際地質(zhì)情況。2地基地質(zhì)差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁，河溝處的地質(zhì)與山坡處變化較大，河溝中甚至存在軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。3結(jié)構(gòu)荷載差異太大。在地質(zhì)情況比較一致條件下，各部分基礎(chǔ)荷載差異太大時，有可能引起不均勻沉降，例如高填土箱形涵洞中部比兩邊的荷載要大，中部的沉降就要比兩邊大，箱涵可能開裂。4結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。同一聯(lián)橋梁中，混合使用不同基礎(chǔ)如擴大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，或同時采用樁基礎(chǔ)但樁徑或樁長差別大時，或同時采用擴大基礎(chǔ)但基底標高差異大時，也可能引起地基不均勻沉降。5分期建造的基礎(chǔ)。在原有橋梁基礎(chǔ)附近新建橋梁時，如分期修建的高速公路左右半幅橋梁，新建橋梁荷載或基礎(chǔ)處理時引起地基土重新固結(jié)，均可能對原有橋梁基礎(chǔ)造成較大沉降。6地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰凍膨脹；一旦溫度回升，凍土融化，地基下沉。因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。（七0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。（五）鋼筋銹蝕引起的裂縫由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳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)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約24倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導致保護層混凝土開裂、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)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結(jié)構(gòu)破壞。二、主要裂縫的防治措施（一）荷載裂縫應(yīng)該采取合理的計算模型、限制施工機具的堆放、限制超過設(shè)計荷載的重型車輛過橋等方法避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生荷載裂縫。（二）溫度裂縫 為預防混凝土溫度裂縫，應(yīng)合理安排混凝土澆筑順序及澆筑速度，在混凝土澆筑過程中降低部分溫差。夏季施工時骨料要灑水降溫，冬季施工時混凝土表面應(yīng)覆蓋保溫。（三）收縮裂縫為預防收縮裂縫，應(yīng)加強早期混凝土養(yǎng)護以降低混凝土中水分蒸發(fā)速率，方法是在結(jié)構(gòu)外露面覆蓋麻袋、海綿，然后進行澆水養(yǎng)護。（四）變形裂縫為預防地基基礎(chǔ)變形裂縫的措施主要有基礎(chǔ)處理，科學設(shè)計支架搭設(shè)，對支架進行全面積預壓以消除非彈性變形；在混凝土中加減水劑以減少混凝土泌水，確保混凝土保護層厚度，混凝土施工時進行二次抹面；以及澆筑前將基層和模板充分澆水濕透等。（五）鋼筋銹蝕引起的裂縫要防止鋼筋銹蝕，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度，采用足夠的保護層厚度；施工時應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強振搗，最大限度地保證混凝土自身密實、完好，保持高堿度和防止有害離子入侵；同時嚴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的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。三、結(jié)語雖然學術(shù)界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時在實踐中的應(yīng)用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。一座橋梁從建成到使用，牽涉到設(shè)計、施工、監(jiān)理、運營管理等各個方面。由上述可知，設(shè)計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力，均可