混凝土橋梁裂縫檢測技術(shù)探討

1、混凝土橋梁裂縫檢測技術(shù)探討    摘要：混凝土橋梁是目前橋梁構(gòu)造的基本，由于時間、天氣、地理位置及超負(fù)荷承載、收縮、地基地形的改變等客觀因素的影響，各地橋梁裂縫的現(xiàn)象普遍存在。本文主要針對這一現(xiàn)象的檢測技術(shù)及修補方法進行探討研究。 關(guān)鍵詞：混凝土橋梁；裂縫；檢測 中圖分類號：U448.33文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 一、荷載裂縫控制問題與橋墩裂縫檢測分析 1.荷載裂縫控制問題 荷載裂縫一般指結(jié)構(gòu)在工作年限內(nèi)由于荷載作用下，包括靜荷載，動荷載，移動荷載作用下結(jié)構(gòu)受壓，受拉，彎曲，剪切變形引起的各種裂縫，也稱第一類荷載裂縫。在我國，由于近幾年國民經(jīng)濟快速發(fā)

2、展，對鐵路運輸提出了較高要求。 早期修建的鐵路在運力和速度方面不能滿足現(xiàn)時經(jīng)濟發(fā)展要求。個別橋梁混凝土強度設(shè)計偏低，配筋量不足導(dǎo)致墩身出現(xiàn)裂縫。某些橋梁由于經(jīng)濟條件所限，曲線半徑偏小，裂車提速后產(chǎn)生過大的離心力，使橋梁產(chǎn)生水平振動，導(dǎo)致托盤 頂帽開裂。 2、橋墩與托盤頂帽裂縫檢測分析實例 荷載裂縫的產(chǎn)生主要是外荷引起的橋梁結(jié)構(gòu)裂縫，如某橋墩墩身由于動荷載作用下，交變荷載和移動荷載引起墩身彎曲應(yīng)力使墩身主筋受力變形與混凝土保護層變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生沿主筋方向開裂的豎向裂縫問題，如圖1所示。又如某橋由于初期設(shè)計的線路中，隧道出口與橋梁軸線形成一定夾角，使線路在此處形成一定的曲線半徑。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展

3、，車速的不斷提高，過高車速與過小的曲線半徑不相適應(yīng)而引起橋梁水平振動，其振動水平拉應(yīng)力使墩身托盤頂帽產(chǎn) 生開裂，如圖2所示。通過檢測分析，認(rèn)為應(yīng)該通過必要的強度驗算，選擇合適厚度的鋼板粘貼補強措施對托盤頂帽進行加固處理。其次是針對過小的曲線半徑，采取降低車速，減小列車通過時引起的橋梁振動。 圖1 某橋墩身裂縫分佈示意圖 圖2 某橋托盤頂帽裂縫分佈示意圖 3.裂縫預(yù)防與加固 對橋墩采用粘貼碳纖維加固技術(shù)，采用專門的樹脂將碳纖維粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)表面，碳纖維與原結(jié)構(gòu)形成新的受力整體，碳纖維和原鋼筋共同承受上部荷載，可降低鋼筋應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)達到加固補強效果。粘貼碳纖維加固技術(shù)的主要特點是：幾乎不增加結(jié)構(gòu)

4、自重和截面尺寸，不改變凈空高度，施工方便。對原結(jié)構(gòu)不造成新的損傷，具有良好的耐腐蝕性、耐久性和抗疲勞性。根據(jù)受力分析可多層粘結(jié)補強。 對托盤頂帽裂縫進行環(huán)氧樹脂膠封閉處理，以防雨水進一步侵蝕。并按混凝土加固有關(guān)規(guī)程進行必要的強度檢算，采用粘貼鋼板方法加固。粘貼鋼板法是采用特制的結(jié)構(gòu)膠粘劑，將鋼板粘貼在鋼筋混凝土表面。達到加固和增強原結(jié)構(gòu)的強度和剛度，提高結(jié)構(gòu)的抗拉，抗扭性能。 二、大體積混凝土裂縫控制與橋梁承臺裂縫檢測分析 1.大體積混凝土裂縫控制理論分析 大體積混凝土一般指幾何尺寸大于3m 的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)一般混凝土標(biāo)號較高，水泥用量較大，收縮變形較大，常出現(xiàn)收縮裂縫。掌握溫度收縮

5、作用是控制裂縫的主要因素。其次，控制裂縫還必須考慮鋼筋的作用，一般大型結(jié)構(gòu)混凝土配筋率均在0.5%以上。鋼筋在溫度作用下的變形與混凝土的溫度變形不協(xié)調(diào)。水化熱溫升較高，降溫散熱較快，收縮與降溫共同作用下是引起混凝土裂縫的主要因素。大體積混凝土裂縫控制問題一般屬溫度裂縫問題。一些學(xué)者對溫度裂縫控制做過不少研究，如文獻作者研究發(fā)現(xiàn)，大體積混凝土澆注過程中，混凝土由初始溫度升溫，中心溫度較高，兩側(cè)溫度由于冷卻而降低，里外溫差為T0，則冷卻狀態(tài)的溫度分佈曲線為： T(y)=T(1-) 在邊界上T(y)y=h=0 在中心處T(y)y-0=T0 根據(jù)彈性理論平面應(yīng)力分析，可得混凝土溫度應(yīng)力： -) 根據(jù)格

6、林菲斯斷裂力學(xué)理論，當(dāng)x（Y）超過混凝土抗拉強度R(t)時便引起垂直裂縫，對溫度裂縫控制進行了數(shù)值模擬。通過模擬得到了裂縫形成的機理，裂縫形成擴展與溫度關(guān)系。指出早期混凝土溫升較快，存在混凝土開裂風(fēng) 險。 2、某橋梁承臺裂縫檢測分析 圖3為某橋梁承臺澆注拆模后出現(xiàn)的裂縫。由于該承臺于冬季施工，施工后混凝土表面的防寒保溫措施不到位。使混凝土凝固初期內(nèi)外溫差過大，在混凝土表面形成張開裂縫。 圖3 承臺表面的張開裂縫 3降低混凝土溫度應(yīng)力，防止裂縫產(chǎn)生的措施 在大體積混凝土中，溫度變化引起的應(yīng)力對結(jié)構(gòu)具有重要影響。有時溫度應(yīng)力往往超過普通靜力及動力荷載引起的應(yīng)力。因此，掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律尤為重要

7、?？刂茰囟葢?yīng)力，防止裂縫開展是技術(shù)上的關(guān)鍵問題，通過降低溫度應(yīng)力和提高混凝土的極限拉伸強度。在澆注前要避勉材料過熱，澆注后保溫，降低溫度應(yīng)力。具體方法可采取保溫及緩慢降溫方法減少混凝土表面的急劇熱擴散，延長混凝土散熱時間，防止形成過大的溫差而引起表面裂縫。其次要提高混凝土的極限拉伸，緩慢降溫可充分發(fā)揮混凝土的應(yīng)力松馳效應(yīng)，提高抗拉性能。另外要嚴(yán)格控制砂石質(zhì)量，限制含泥量，正確選用混凝土級配，適當(dāng)摻用添加劑，減少用水量，改進澆注工藝，提高混凝土強度等措施。 針對上述大體積混凝土裂縫問題，建議在用料上進一步優(yōu)化，最好采用普通硅酸鹽水泥，適當(dāng)加入粉煤灰等材料，水泥中的礦物成份鋁酸三鈣含量應(yīng)盡可能低，

8、游離氧化鈣，氧化鎂和三氯化硫含量應(yīng)盡量少。其次是澆注過程中可采用 冷卻水管冷卻降溫方法，做好信息化施工，加強保溫保濕，控制溫差及降溫速率，達到控制裂縫產(chǎn)生。 三、制作工藝不當(dāng)引起的裂縫問題及混凝土箱梁端部裂縫檢測分析 1.后張法預(yù)應(yīng)力箱梁裂縫問題 在后張法預(yù)應(yīng)力箱梁中，常見的裂縫問題主要是在梁的端部出現(xiàn)劈裂型裂縫，如圖4 所示。 圖4 某橋后張法預(yù)應(yīng)力梁端部裂縫分佈示意圖 分析其原因主要是在張拉過程中，過大的張應(yīng)力超過梁端混凝土的抗壓抗剪強度所致。據(jù)文獻作者研究表明，在張法預(yù)應(yīng)力梁端部錨固區(qū)經(jīng)常見到一種張拉裂縫。張拉過程中預(yù)應(yīng)力筋對梁的作用就是鋼筋縮短時某一變形受到混凝土梁的約束，而使混凝土梁

9、端受一集中力N 作用。在錨具附近0.10.2h(梁高)范圍是壓應(yīng)力區(qū)，混凝土雙向受壓。離開錨具0.250.4h 范圍內(nèi)為拉應(yīng)力區(qū)，其拉應(yīng)力最大值可用下式表示： （Mpa） 式中為荷載集中系數(shù)，o 例如斷面bh = 20cm70cm,錨具荷載集中系數(shù)，張拉應(yīng)力合力1000kN，max 約為5Mpa，大于C50 混凝土極限抗拉強度3Mpa，則混凝土容易開裂。 2.后張法預(yù)應(yīng)力箱梁端部裂縫的預(yù)防處理措施： 根據(jù)以上分析，可從如下途徑解決裂縫預(yù)防處理：增大錨固區(qū)配筋量，提高梁端錨固區(qū)的混凝土抗裂能力；其次增加錨具錨板面積，分散或減小接觸應(yīng)力對梁端混凝土的作用。 四、基礎(chǔ)不均勻沉降引起橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的原因

10、分析 1、裂縫形成機理 當(dāng)橋梁基礎(chǔ)型式不同，地質(zhì)存在差異，會導(dǎo)致梁體中部出現(xiàn)張開裂縫，梁端搭接處出現(xiàn)剪切裂縫。對于基礎(chǔ)不均勻沉降引起結(jié)構(gòu)變形裂縫有如外力作用下的變形裂縫，也稱第二類荷載裂縫。研究這類問題時，通常將問題簡化為一受線 性荷載的一端固支一端簡支梁，如圖5 所示。 圖5 基礎(chǔ)不均勻沉降引起橋梁結(jié)構(gòu)裂縫示意圖 式中a為梁長度，x為任一距離，q為線性荷載。 如某橋C50混凝土梁，橋臺采用明挖基礎(chǔ)，而墩身基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，出現(xiàn)明挖基礎(chǔ)沉降大于樁基礎(chǔ)沉降，而使梁中部>Rt，出現(xiàn)橫向開裂。 2.預(yù)防措施 當(dāng)?shù)鼗鶙l件較差，存在不均勻沉降風(fēng)險時，應(yīng)對軟弱基礎(chǔ)進行處理，如樁基，復(fù)合地基，強夯等，基礎(chǔ)型式可采用樁基礎(chǔ)，箱型基礎(chǔ)，筏基，條基等。在抗不均勻沉降方面，樁基礎(chǔ)最好，箱型基礎(chǔ)次之，條形基礎(chǔ)最差。設(shè)計時盡可能采用同一基礎(chǔ)型式。 當(dāng)出現(xiàn)不均勻沉降引起的裂縫問題時，對沉降較大基礎(chǔ)應(yīng)采用壓力