浅谈混凝土桥梁施工裂缝产生的原因及防治-论文网

关键词：混凝土,桥梁,裂缝,治理
混凝土是应用最广泛最重要的工程材料之一,具有取材广泛、价格低廉、抗压强度高、耐火性好、不易风化、养护费用低等优点,可以预计随着我国基础设施建设规模的迅猛发展,其应用领域还会进一步拓宽。在应用混凝土材料进行建筑结构、公路、桥梁及隧道等工程建设中,人们也发现,混凝土开裂是最常见的一种病害,并且已成为影响工程结构使用寿命的重要影响因素之一。在混凝土桥梁结构上产生的各种各样的裂缝,形成的原因也是千差万别,因此其危害性也会有显著的差异。为此,本文首先概述了裂缝的种类和成因,而后从设计和施工两个方面阐述了怎样防治混凝土桥梁的施工裂缝。
1　裂缝的种类及成因分析
1.1　荷载作用产生的裂缝
钢筋混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝,又可细分为直接应力裂缝、次应力裂缝两种。承受拉(轴)力和弯矩的钢筋混凝土构件在横截面会产生一维的拉应力, 承受剪力和扭矩及其他复合受力结构则会出现主拉应力,它们都可能会在垂直于主拉应力的方向产生裂缝。裂缝一般沿构件宽度方向贯通部分截面或全截面。根据截面形状的不同,荷载裂缝的形态也会有所不同。
1.2　混凝土收缩引起的裂缝
混凝土收缩所产生的裂缝是最常见的一种裂缝,包括塑性收缩、缩水收缩、自生收缩和碳化收缩等,实际中以前两种收缩裂缝为主。混凝土浇筑4 h~5 h后,水泥水化反应激烈,逐渐形成分子链,水分急剧蒸发,骨料下沉,混凝土硬化尚未完成,此时发生的收缩称为塑性收缩。骨料下沉中受到钢筋阻挡,形成沿钢筋方向的裂缝,此即为塑性收缩裂缝。混凝土初步硬化完成后,表层水分逐渐蒸发,湿度逐渐降低,混凝土体积逐渐减小,称为缩水收缩。混凝土内外收缩不均匀,表面收缩大,因此会受到内部混凝土的约束,表面混凝土将会承受拉力,超过抗拉强度后,便会产生收缩裂缝。
1.3　温度变化引起的裂缝
混凝土桥梁属于大体积混凝土工程,在浇筑过程中,混凝土内会产生较大的水化热,如果采取的措施不当,会造成混凝土内外的温差过大,产生较大的温差应力,从而导致混凝土产生裂缝。
1.4　基础变形引起的裂缝
桥梁工程一般跨度大,宽度窄,基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,即使是很小的数值也会在结构中引起较大的附加应
力,一旦超出结构的抗拉能力,就会发生开裂。基础沉降变形的主要原因有地质差异太大或勘察不详、结构荷载或基础类型差别太大等。
1.5　施工工艺质量引起的裂缝
1)支架地基未压实、基础承载力不够,浇筑混凝土后支架产生不均匀沉降;
2)支架刚度、强度、稳定性不足或模板刚度不足,浇筑混凝土中,混凝土自重及侧向压力迫使模板变形;过早拆模或野蛮拆模引起的裂缝;
3)混凝土搅拌、运输时间长,引起混凝土坍落度过低,和易性不好;
4)混凝土配合比不符合规范要求,水
泥、碎石、砂、外加剂、外掺料等不符合规范要求;
5)擅自更改设计水灰比,从而导致混凝土凝结硬化时收缩量增加;
6)混凝土未能严格按规范要求分层、分段浇筑,混凝土浇筑不连续;施工缝处理不到位;
7)混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞等,削弱了截面承载力,引起钢筋锈蚀等;
8)混凝土养护措施不当,使得混凝土的结构强度未达到设计目标。
1.6　钢筋锈蚀引起的裂缝
一般桥梁结构都处在自然环境下,若构件保护层过薄、密实性较差或防腐措施不当,混凝土中的钢筋就会锈蚀,引起体积膨胀,导致混凝土顺筋胀裂。这种先锈后裂的纵向裂缝一旦发生,就会逐步恶化,最终导致混凝土保护层成片剥落甚至钢筋锈断。
1.7　构件不能自由伸缩引起的裂缝
现浇桥梁混凝土达到一定强度时支座临时锁定未及时解除,造成梁体不能自由伸缩引起的裂缝。
除了以上所列的几种裂缝以外,施工材料缺陷、气候变化等也会对桥梁裂缝的产生有影响,需要结合具体工程条件及施工过程中的变化,做好动态控制的各项准备。
2　裂缝防治措施
2.1　设计防裂控制措施
为尽量避免荷载裂缝的出现,应尽量避免结构突变或断面突变;如果结构突变不可避免,则应做好细部处理,如转角处做圆角,突变处做成渐变过渡,同时加强构造配筋或斜向钢筋等。为防止混凝土收缩和温度变化引起的裂缝,可增加构造配筋,以提高混凝土的抗裂性,尤其是薄壁结构(壁厚20 cm~60 cm)。为防止钢筋锈蚀引起的裂缝,设计中应严格按照规范要求控制裂缝宽度,采用足够的保护层厚度及防腐混凝土。
2.2　施工防裂控制措施
2.2.1　钢筋绑扎
绑扎钢筋之前,首先应进行彻底的除锈工作以确保使用的钢筋质量。钢筋在加工场集中加工成型后运至现场进行安装,安装时严格把握钢筋的间距。钢筋规格、型号、数量、间距、几何尺寸、接头位置及质量等均应符合设计图纸和施工规范的要求,并严格做好原材料和接头试验。钢筋层间距对混凝土构件的受力性能影响显著,但钢筋保护层厚度不够却严重影响桥梁的使用寿命,尤其是在复杂恶劣的腐蚀环境下,因此,在钢筋层间应留有足够的间距,钢筋外层与模板间应设置具备一定厚度的混凝土垫块。
2.2.2　模板的安装与拆除
针对具体工程,应对模板及其支架的承载能力、刚度和稳定性进行校核,不能盲目依照经验和类似工程照搬使用。支架(脚
手架或其他夹具)应牢固可靠,施工前必须对支架进行预压,以消除支架非弹性形变和测出弹性形变值以便立模预留预拱度。安装模板时应确保构造紧密、不漏浆、不渗水,形状规则,能保证混凝土的均匀性。模板及其支架的拆除顺序应按施工技术方案执行,未达到混凝土预定强度要求不得拆除。
2.2.3　混凝土的浇筑
浇筑之前首先要对模板及支架、钢筋及其保护层厚度、预埋件、预留孔洞等进行检查,确认无误后方可进行浇筑。混凝土的拌和运输等必须满足连续浇筑要求。浇筑中要防止钢筋、模板、定位筋、垫块及预埋管道的移动和变形。大体积混凝土浇筑还要满足分层浇筑、分层振捣的要求,并应采取一定的散热措施,有效降低混凝土内外的温差,从而减少温度裂缝的产生。振捣要密实,确保混凝土能填充到各个角落,同时也要避免过振引起塑性裂缝和干缩裂缝。
2.2.4　混凝土的养护
混凝土终凝后应及时采用覆盖、洒水、喷雾或薄膜保湿等措施进行养护,避免急剧干燥、温度急剧变化、振动以及外力干扰等。对于硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土,养护时间不得少于7 d,对于有抗渗要求或设计有明确要求的混凝土,养护时间不得少于14 d。冬季施工,不得向裸露部位的混凝土直接浇水养护,应用塑料薄膜或其他保温材料进行保温、保湿养护。
2.2.5　其他措施
桥梁结构设计中考虑了施工顺序对内力的影响,施工中应严格按照制定的方案进行,不得随意更改施工顺序,以免引起不必要的附加应力导致结构开裂。施工技术方案中,应做好入模混凝土的温度控制、浇筑后混凝土温度控制、养护及拆除模板后的养护等措施,施工前做好施工技术交底,落实各项施工任务,分配专人进行技术指导和质量监督。
3　结语
桥梁工程从建设到运营,涉及到勘察、设计、施工、验收和运营管理等多个方面,哪个环节出现差错都可能使混凝土桥梁发生开裂,存在严重的安全隐患,影响桥梁使用寿命,危及结构稳定和运营安全。因此,严格按照国家相关规范、技术标准进行勘察、设计、施工、验收和运营管理,这是桥梁正常工作的基本保证。
参考文献:
[1]　JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].
[2]　JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
[3]　工程结构裂缝控制[M]
[4]　混凝土裂缝的原因分析与预防措施[J].