混凝土简支梁裂缝成因及防治措施

　　桥梁在建造和使用过程中,出现裂缝而影响工程质量甚至造成桥梁垮塌的报道屡见不鲜。简支梁由于受现场环境、设施、技术水平等影响,难免会出现这样或那样的裂缝,有的甚至在还未承受活载之前就出现了裂缝。如何对这些裂缝进行处治呢?本文对混凝土简支梁常见的裂缝进行分析,对桥梁检测之后提出了相对应的裂缝处理措施。

　　1混凝土简支梁常见裂缝方式

　　根据形成裂缝的部位不同,一般可分为以下几种:

　　1.1梁腹板侧面上的网状裂纹

　　此类裂缝宽度一般很小,在梁腹板侧面上分布,常常呈网状,没有一定规律,它是混凝土梁表面与内部收缩不均匀多引起的表面龟裂,是非荷载作用产生的裂缝。在车辆荷载作用下,裂缝的宽度和长度变化很小。宽度在0.05mm时肉眼可见,以手触之有凸起之感。

　　1.2下翼缘受拉区的短细竖裂纹

　　裂纹在跨中分布较密(间距约0.1~0.2m),两端逐渐减少;方向大致与主筋垂直,由下翼缘向上发长,至下梗胁即告终止;宽度较细,一般在0.03~0.1mm之间,跨度在10m以下的梁宽度多在0.03mm以下;一般在动载作用下变化不大,经过较长时间运营已趋稳定。这类裂缝多是梁受力产生挠曲变形产生的。

　　1.3横隔板处竖向裂纹

　　在梁端及腹板变断面的梁上均有发生,有愣角边缘向上延伸,焊缝焊趾开裂,宽度为0.2~0.3mm。由于偏载、扭转(支座不平)等两片梁受力不均;竖直剪力及腹板厚度剧变处应力集中等产生。

　　1.4腹板上纵向裂纹

　　是最常见最严重的一种,梁的跨度越大,裂纹越宽越长;跨度12m~20m变截面梁普遍存在于腹板较薄部分,在梁半高线附近裂纹宽度较大;跨度6.7m~10m等截面梁裂纹较少,多分布在跨间1/4跨长范围内,最宽裂纹在主筋以上部位附近;跨度5.5m以下的梁少见;裂纹宽度一般0.2mm,最大0.5mm,间距无一定规律;Ⅱ形梁一般以外梗外侧为多,当外梗外侧裂纹宽度超过0.2~0.3mm时,其内侧均有相应裂纹;裂纹在混凝土灌注二、三个月陆续发生,经荷载作用裂纹发展,数量增多(质量好的梁则变化不大),随梁的使用时间增长而逐渐停止发展;变截面梁裂纹由中间向上下两端延伸,等截面梁裂纹由主筋以上向上延伸,上端未达到腹板顶部,外梗外侧面裂纹随使用期增长而增多,其它面变化不大,如外侧侧面裂纹发展过甚,可使内侧重新开裂形成环状或对裂。产生这种裂缝的原因一般是混凝土收缩和外力作用的综合产物。施工不良者以外力为主,正常情况下以收缩为主。

　　1.5腹板斜裂纹

　　也是钢筋混凝土梁中最多的一种裂纹,各种跨度都有发生,但10m以下裂纹较少,其倾斜角也较小;跨度12~20m裂纹分布在距支点1m至1/4跨度处,最宽0.4mm(少数),一般0.2~0.3mm与水平轴成45°~60°;跨度8~10m梁端部腹板虽较厚,但有时也有发现;变截面梁斜裂纹在梁半高线附近跨度最大,向两端发展形成枣核状;等截面梁斜裂纹在主筋附近宽度最大;外梗斜裂纹比内梗为多,宽度超过0.2mm者两侧多形成对裂;裂纹间距为0.5~1.0m,裂纹由几条至几十条不等;斜裂纹在梁的每个侧面的分布规律与剪力分布相符。

　　产生原因有:①主拉应力作用;②混凝土收缩作用;③外力产生的扭转作用;④斜裂纹多的梁,施工质量一般有问题。

　　1.6顺主筋方向的纵向裂纹

　　裂纹顺主筋方向延伸,长度可发展得很长,最严重的长达跨度之半,宽达4mm;这种裂纹对结构有很大的危害,它破坏钢筋和混凝土的共同作用条件(粘着力),可使钢筋应力骤增,以致突然破坏。这种裂缝产生的原因比较复杂,可以实混凝土先出现裂缝,引起钢筋的锈蚀;也可能是钢筋锈蚀膨胀引起混凝土开裂。还可以是混凝土中掺用了氯化钙,因氯化钙的存在,水分渗入钢筋发生电化学锈蚀作用,锈蚀膨胀将混凝土胀裂;施工不良,保护层过薄或有蜂窝,钢筋锈蚀混凝土被胀裂。

　　1.7梁顶端裂缝

　　这种裂缝出现很少,由下往上开裂,严重者宽度可达0.3mm以上。主要是由于墩台下沉,而形成梁端部局部支承压力增大,产生互补应力所致。

　　1.8梁体支座处裂缝

　　在简支梁支座的垫板处的梁体上,支座上的垫板与混凝土交界处,时常发生的斜向裂缝。这种裂缝往往只有一两条大裂缝,裂缝宽度最大为2mm。桥墩发生不均匀沉降、歪斜;局部混凝土成压力不够;支座倾斜或者活动支座失灵等可产生这种裂缝。

　　2裂缝的检测

　　桥梁结构出现裂缝之后,应加强检查与观测。根据裂缝的特征,查明裂缝性质、原因及其危害程度,确定是否需要修补并为修补方案的制定提供可靠的依据。检测内容包括:

　　⑴裂缝发生的部位、走向、宽度、分布状况以及大小和长度等。

　　(2)裂缝的变化发展情况。观测裂缝的仪器一般有塞尺、手持式读数显微镜。也可采用长标距裂缝应变片、千分表引伸仪等。

　　(3)观测裂缝时,要求记录气温的情况。因为气温降低时,结构的外层比内层冷却的快些,因而表面收缩较快,这时裂缝呈现的较大,当气温增高时则情况相反。裂缝的长度常用刚尺分段测量然后相加得到;裂缝的宽度通常用刻度放大镜或裂缝测量卡尺进行测量;裂缝深度测量,较深者用超声波,较浅者一般在裂缝中注入酚酞溶液,然后小心开凿不显红色为止,测量其深度,并以环氧胶泥修复。

　　3裂缝的修补

　　3.1裂缝宽度在允许范围内时,采用环氧树脂对裂缝进行封闭处理。

　　3.2当裂缝宽度大于表1-1中的最大限值时,应采用压力灌浆法灌注环氧树脂胶。

　　表1裂缝限值表

　　3.3裂缝发展严重时采取合理的措施

　　钢筋混凝土梁裂缝的修补,可按病害的程度和范围采用不同的方法,目前在旧桥加固中常用的方法有几种。

　　3.3.1表面封闭

　　当裂缝宽度小于0.2mm,或细状不继续发展的裂缝,采用环氧胶泥封闭。

　　(1)扩缝:为了取得良好的封闭效果,先将细小的裂缝凿成“V”形槽,顶宽20~25㎜,槽深15~20㎜。

　　(2)清渣、吹风:用钢丝刷清除槽内及其周边的松脱物,清去浮渣,再用高压空气将“V”形槽吹干净,使槽内砼面无灰尘、油污。

　　(3)涂刷清胶(环氧胶液):为了提高环氧胶泥与砼之间的粘结力,在封闭裂缝之前,用毛刷蘸上配制好的补缝清胶,沿“V”形槽口内均匀涂刷一层清胶。在垂直方向可静力灌注。

　　(4)环氧胶泥封闭:待清胶半干时,用配制好的环氧胶泥封闭并压实抹干。

　　3.3.2压力灌浆

　　压力灌浆是以一定的压力,将某种浆液灌至裂缝深部,达到恢复结构的整体性、耐久性及防水性能。适用于裂缝宽度较大(大于0.2~0.25㎜),深度也较大的裂缝的修补。常用有水泥灌浆和化学灌浆两种。采用化学材料灌浆,修补结构裂缝,可以大大改善灌浆材料,可灌入0.3mm或更细小些的裂缝,施工机械简单,操作简便。化学材料灌浆材料采用环氧树脂灌浆材料及甲基丙烯酸脂(甲凝)材料,其效果最佳,应用也广。

　　水泥灌浆施工工艺流程:

　　裂缝检查及处理→钻孔及清孔→止浆或堵漏处理→压水或压风(气)实验→灌浆→质量检查化学灌浆施工工艺流程:裂缝检查及处理→钻眼埋嘴→嵌缝止浆→压水或压风(气)实验→灌浆→收尾处理

　　3.3.3粘贴CFRP

　　目前用于修复混凝土结构的碳纤维增强塑料片材有碳纤维布和碳纤维板两种。当梁体结构发生了影响刚度和应力(主拉应力、剪应力、弯曲应力)裂缝时,为提高梁的抗力和防止钢筋进一步锈蚀,可在开裂区相应部位粘贴碳纤维布数层。

　　3.3.4粘贴钢板

　　采用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土梁的受拉缘或薄弱部位,使之与原结构物形成整体共同受力,以提高其刚度,改善原结构的钢筋及混凝土的应力状态,限制裂缝的进一步恶化,从而达到加固补强、提高桥梁承载能力。

　　3.3.5锚喷混凝土

　　所谓锚喷混凝土,就是先将锚杆锚入拟补强部位地梁体内,挂设计强钢筋网,然后再喷射一定厚度的混凝土,形成与原梁体共同承受外荷载作用地组合结构。锚喷混凝土是借助喷射机械,利用压缩空气将新混凝土混合料,通过管道高速喷射到已锚固好钢筋网地受喷面上,待其凝结硬化形成钢筋混凝土。

　　3.3.6凿槽嵌补

　　是沿混凝土裂缝凿一条深槽,然后在槽内嵌补各种粘结材料,如环氧砂浆、沥青、甲基丙烯酸脂(甲凝)类化学补强剂等的一种修补方法。

　　4结束语

　　对于混凝土简支梁桥的裂缝产生的原因、机理的分析,采取一定的针对性的措施,裂缝是可以减少到合理范围的。但由于裂缝产生的原因很复杂,要做到完全避免裂缝的产生还有一定的难度,还需要大量的研究和实践。作为工程技术人员,要对混凝土裂缝进行认真研究,区别对待,采取合理的方法进行处理,并在施工中采取各种有效的预防措施来防止裂缝的出现和发展,保证桥梁的安全。

　　参考文献

　　[1]刘自明主编.桥梁工程养护与维修手册.[M].北京:人民交通出版社.2004.

　　[2]李永华.预应力混凝土简支梁裂缝分析及研究[J].科技情报开发与经济,2005,(04).

　　[3]张建强.桥梁结构裂缝及常用维修方法.[J].桥梁机械与施工技术.2005.6.