橋梁橫梁裂縫原因淺析及處理

1、橋梁橫梁裂縫原因淺析及處理目前 我國正處于 交通 基礎(chǔ)建設(shè)的快速 發(fā)展 時期，各地興建了大量的混凝土橋梁，取得了很多寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗，施工方案和機(jī)械化施工水平明顯提升，完成了一座座舉世矚目的大橋。但是在許多工程中由于各種原因致使橋梁出現(xiàn)質(zhì)量事故的也不在少數(shù)，而由于混凝土裂縫而 影響 工程質(zhì)量甚至造成橋梁直接倒塌的案例也不少見，因此作為工程技術(shù)人員必須對裂縫引起足夠的重視。 裂縫產(chǎn)生的原因是多方面，并不是由單一原因造成的，它的多因性也經(jīng)常困擾著工程技術(shù)人員，要想控制或減少裂縫的產(chǎn)生，有必要了解其產(chǎn)生機(jī)理，在施工中加以控制。浙江某大橋0號塊在支架上現(xiàn)澆，從當(dāng)天上午開始澆注，第二天上午完成，共澆注時間

2、約為25個小時。第四天開始拆模，在所有現(xiàn)澆支架均未拆除的情況下一拆模就發(fā)現(xiàn)有多條裂縫，寬度較大。根據(jù)檢測單位的檢測報告，最大的裂縫寬度達(dá)到1.4mm，而且是貫通的，橫梁的發(fā)展趨勢基本是從底面向上發(fā)展。1 裂縫產(chǎn)生原因綜述 裂縫產(chǎn)生的形式和種類很多，正確判斷和 分析 混凝土裂縫的成因是有效控制和減少混凝土裂縫產(chǎn)生的最有效途徑。廣義上講，裂縫產(chǎn)生有兩種原因。一種是由荷載引起的，我們稱這種裂縫為結(jié)構(gòu)性裂縫，是承載力不足的結(jié)果；另一種為由于變形受約束引起的，此類裂縫稱為非機(jī)構(gòu)性裂縫，如溫度變化、混凝土收縮、基礎(chǔ)不均勻沉降等因素引起的變形，當(dāng)變形受到約束，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生次應(yīng)力，由于混凝土的早期抗拉強(qiáng)度比

3、較低，因此產(chǎn)生的次應(yīng)力很容易就超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度，引起混凝土開裂。1.1 混凝土的收縮收縮是混凝土的一個主要特性，對混凝土的性能有很大影響。由于收縮而產(chǎn)生的微觀裂縫一旦發(fā)展，則有可能引起結(jié)構(gòu)物的開裂、變形甚至破壞。產(chǎn)生收縮裂縫的原因，一般認(rèn)為在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起混凝土收縮而產(chǎn)生的裂縫。多為規(guī)則的條狀，很少交叉。 研究 結(jié)果表明混凝土干縮率大體在（210）/萬的范圍內(nèi)。收縮裂縫多發(fā)生在混凝土表面上，裂縫較淺而細(xì)，對于高度較大的預(yù)應(yīng)力混凝土梁，一般在腰部產(chǎn)生豎向裂縫，且多集中在構(gòu)件的中部，中間寬兩頭窄，至梁的上緣及下緣逐漸消失，呈“棗核”形。如養(yǎng)護(hù)不周、時干時濕，表面干縮

4、形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。1.2 混凝土材料及配合比配合比設(shè)計不當(dāng)直接影響混凝土的抗拉強(qiáng)度，是造成混凝土開裂不可忽視的原因。配合比不當(dāng)指水泥用量過大，水灰比大，含砂率不適當(dāng)，骨料種類不佳，選用外加劑不當(dāng)?shù)?，這幾個因素是互相關(guān)聯(lián)的。有關(guān)試驗資料顯示：用水量不變時，水泥用量每增加10%，混凝土收縮增加5%；水泥用量不變時，用水量每增加10%，混凝土強(qiáng)度降低20%，混凝土與鋼筋的粘結(jié)力降低10%. 總結(jié) 的原因有如下方面：（1） 粗細(xì)集料含泥量過大，造成混凝土收縮增大。集料顆粒級配不良或采取不恰當(dāng)?shù)拈g斷級配，容易造成混凝土收縮的增大，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生；（2） 骨料粒徑越細(xì)、針片含量越大

5、，混凝土單方用灰量、用水量增多，收縮量增大；（3） 混凝土外加劑、摻和料選擇不當(dāng)、或摻量不當(dāng)，嚴(yán)重增加混凝土收縮；（4） 水泥品種原因，礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大。1.3 施工及現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)原因（1） 現(xiàn)場澆搗混凝土?xí)r，振搗或插入不當(dāng)，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均會影響混凝土的密實(shí)性和均勻性，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。（2） 高空澆注混凝土，風(fēng)速過大、烈日暴曬，混凝土收縮值大。（3） 大體積混凝土澆注，對水化 計算 不準(zhǔn)、現(xiàn)場混凝土降溫及保溫工作不到位，引起混凝土內(nèi)部溫度過高或內(nèi)外溫差過大，混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。（4） 現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。（5） 現(xiàn)場模板拆除不當(dāng)

6、，引起拆模裂縫或拆模過早。這些因素都會造成混凝土較大的收縮，致使混凝土微觀裂縫迅速擴(kuò)展，形成宏觀裂縫。養(yǎng)護(hù)是使混凝土正常硬化的重要手段，養(yǎng)護(hù)條件對裂縫的出現(xiàn)有著關(guān)鍵的影響。1.4 外界因素支架不均勻沉降，產(chǎn)生沉降裂縫。1.5 溫度裂縫混凝土硬化中，水泥放出大量水化熱（內(nèi)部溫度可達(dá)70），造成其內(nèi)外溫差大，表面受內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大應(yīng)力，使混凝土因早期強(qiáng)度低而產(chǎn)生裂縫。因此，為防治水化熱引起的裂縫，施工前應(yīng)計算升溫峰值、內(nèi)外溫差及降溫速率，制定相應(yīng)的技術(shù)措施，防止和控制溫度裂縫，確保工程質(zhì)量?；炷恋膬?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。在混凝土的施工中，為了

7、提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險，應(yīng)該采取以下控制溫度的措施。（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）降低混凝土入模溫度。a、降低原材料進(jìn)入攪拌機(jī)

8、的溫度如夏季在水箱內(nèi)加冰塊，降低水溫；粗骨料遮陽防曬，并灑冷水降溫；細(xì)骨料遮陽防曬；散裝水泥提前儲備，避免新出廠水泥溫度過高。采取以上措施最大限度降低混凝土出機(jī)溫度。b、夏季混凝土運(yùn)輸車加保溫套或?qū)摅w噴淋冷水降溫?；炷帘盟凸艿勒陉柗罆?。c、混凝土澆筑作業(yè)面遮陽，減少混凝土冷量損失。d、控制澆注溫度。應(yīng)調(diào)整施工時間，盡量選擇低溫及夜間施工；考慮到冷量損失在澆注過程中影響較大，因此要加快運(yùn)輸，縮短澆注時間。（3）降低混凝土水化熱。a、選擇中低熱品種水泥，優(yōu)先選用礦渣硅酸鹽水泥。b、摻人一定比例的粉煤灰。c、摻人高效減水劑。d、摻加緩凝劑。e、熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。（4

9、）控制混凝土的出機(jī)溫度。對混凝土出機(jī)溫度 影響 大的是石子和水的溫度，砂的溫度次之，水泥的溫度影響最小。氣溫較高時，為防止陽光直接照射，砂石堆應(yīng)設(shè)遮陽棚，并噴冷水降溫。拌合用水可加冰，使水溫度控制在5，混凝土出機(jī)溫度應(yīng)控制在18-20為宜。（5）規(guī)定合理的拆模時間。此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要，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)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑（如微膨脹劑、減水防裂劑）也是減少開裂的措施之一。使用

10、減水防裂劑的其主要作用為：a. 混凝土中存在大量毛細(xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力，但會使混凝土強(qiáng)度降低；b. 水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25；c. 水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補(bǔ)充；d. 減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形；e. 提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力，提高混凝土的抗裂性能；f. 混凝土在收縮時受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時裂縫就會產(chǎn)生。減水防裂劑可有

11、效的提高混凝土抗拉強(qiáng)度，大幅提高混凝土的抗裂性能；g. 摻加外加劑可使混凝土密實(shí)性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮；h. 摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當(dāng)，在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。2 大橋裂縫產(chǎn)生的主要原因 裂縫產(chǎn)生后業(yè)主及時組織專家及相關(guān)人員赴現(xiàn)場查看，對裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了 分析 ，認(rèn)為橫梁裂縫是多種因素綜合影響的結(jié)果，主要包括施工工藝、氣溫條件、混凝土材性、支架系統(tǒng)以及混凝土水化熱影響等因素。但是主要的原因是：1、現(xiàn)場施工氣溫高，最高時達(dá)40以上，風(fēng)速大濕度低，加上高標(biāo)號混凝土產(chǎn)生的大量水化熱以及烈日暴曬，致使梁體的內(nèi)外溫差

12、遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過25。2、混凝土的初凝時間僅為3小時，遠(yuǎn)小于澆筑時間，上層混凝土在澆筑的過程中，下層混凝土已經(jīng)初凝，在荷載的作用下就會出現(xiàn)裂縫。3 對橫梁的處理 本次橋梁裂縫的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在通長的和貫通的裂縫較多，裂縫的寬度較大，大多數(shù)裂縫均從橫梁底面向上延伸 發(fā)展 ，部分裂縫有繼續(xù)發(fā)展的趨勢。說明性狀比較嚴(yán)重，必須引起高度重視，認(rèn)真對待。專家組建議由設(shè)計單位通過驗算提出意見，看橫梁裂縫處理后是否還具有繼續(xù)使用的可能性。設(shè)計單位認(rèn)為從 理論 上講通過對較大裂縫采取壓力注漿法及對細(xì)小裂縫采取涂膜封閉法處理后再進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，可以滿足受力的需要，但是根據(jù)檢測單位報告，橫梁有部分裂縫已經(jīng)貫穿，致使結(jié)構(gòu)的剛度

13、下降，橫梁的抗彎、抗剪能力減小，即使對裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，也會嚴(yán)重影響構(gòu)件未來的使用，使結(jié)構(gòu)的耐久性下降，導(dǎo)致橋梁的使用壽命縮短。另外橫梁的部分鋼筋可能已經(jīng)受拉破壞，內(nèi)部混凝土是否有破碎夾層也未知，如有破碎層存在，則受力方面肯定大受影響，無法滿足設(shè)計要求，建議對橫梁鑿除后重新澆筑。處理 方法 ：鑿除位置布置在以d0橫梁為中心至橫梁四周倒角處的位置（圖2陰影部分）考慮此橫梁拆除施工時的震動及工期的要求，如果沿用傳統(tǒng)的風(fēng)鎬，則震動較大且工期較長；若用爆破作業(yè)，則會產(chǎn)生很大的震動，對施工造成安全隱患，無法解決保護(hù)原主體結(jié)構(gòu)的基本要求。鑒于上述要求，本次鑿除工具采用鉆石鋼線切割法結(jié)合風(fēng)鎬。橫梁頂面同行車道板

14、同厚度的部分先用風(fēng)鎬鑿除，使橫梁成為單獨(dú)的塊件。橫梁主體部位采用鉆石鋼線切割法，根據(jù)吊裝重量分段切割，至靠近主體結(jié)構(gòu)的切割邊緣線1m左右范圍內(nèi)混凝土采用風(fēng)鎬鑿除，保留該段鋼筋，以便與新澆筑橫梁內(nèi)鋼筋連接。鑿除后新澆橫梁澆筑時應(yīng)在兩端靠近邊主梁的兩側(cè)分別設(shè)置1m的后澆帶，在混凝土中摻人適量的膨脹劑。鉆石鋼線切割法作為一項新型的施工技術(shù)，受到了眾多建筑業(yè)人士的關(guān)注與興趣，該設(shè)備由大功率油壓機(jī)、傳動定位滑輪及帶有金剛石鋸齒的鋼線組合而成，油壓馬達(dá)通過傳動滑輪帶動鋼線圍繞被切割物體高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切割，具有施工作業(yè)速度快、噪音低、無震動、無粉塵廢氣污染等優(yōu)點(diǎn)，而且切口平直光滑，無須做善后加工處理。采用該技術(shù)，對于一些對施工有特殊要求的工程，如工期緊迫、環(huán)保要求高，以及一些大型混凝土結(jié)構(gòu)拆卸、切