浅析桥梁施工中裂缝产生的原因及其对策

2022-09-13

随着现代桥梁工程施工工艺的飞速发展, 各种管理手段的不断完善与加强, 桥梁工程的内在施工质量已经有了长足的提高, 外观质量已成为反映施工企业技术水平的最重要的一面, 如何提高混凝土的外观质量减少裂缝亦成为建设单位、监理部门及施工企业要解决的重点问题。

1 荷载引起的裂缝

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, 归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。

裂缝产生的原因如下。

(1) 设计计算阶段, 结构计算时不计算或部分漏算;计算模型不合理;结构受力假设与实际受力不符;荷载少算或漏算;内力与配筋计算错误;结构安全系数不够。

(2) 施工阶段:不加限制地堆放施工机具、材料;不了解预制结构受力特点, 随意翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸施工, 擅自更改结构施工顺序, 改变结构受力模式;不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。

(3) 使用阶段:超出设计载荷的重型车辆过桥;受车辆、船舶的接触、撞击;发生大风、大雪、地震、爆炸等。次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。

裂缝产生的原因如下。

(1) 在设计外荷载作用下, 由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑, 从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。例如两桥拱脚设计时常用布置“x”形钢筋、同时削减该处断面尺寸的办法设计铰, 理论计算该处不会存在弯矩, 但实际该铰仍然能够抗弯, 以至出现裂缝。

(2) 桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等, 在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算, 一般根据经验设置受力钢筋。研究表明, 受力构件挖孔后, 力流将产生绕射现象, 在孔洞附近密集, 产生巨大的应力集中。

这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。但必须指出, 如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝, 往往是结构达到承载力极限的标志, 是结构破坏的前兆, 其原因往往是截面尺寸偏小。根据结构不同受力方式, 产生的裂缝特征如下。

(1) 中心受拉。裂缝贯穿构件横截面, 间距大体相等, 且垂直于受力方向。采用螺纹钢筋时, 裂缝之间出现位于钢筋附近的次裂缝。

(2) 中心受压。沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行裂缝。

(3) 受弯。弯矩最大截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝, 并逐渐向中和轴方向发展。采用纹钢筋时, 裂缝间可见较短的次裂缝。当结构配筋较少, 裂缝少而宽, 结构可能发生脆性破坏。

(4) 大偏心受压。大偏心受压和受拉区配筋较少的小偏心受压构件, 类似于受弯构件。

(5) 小偏心受压。小偏心受压和受拉区配筋较多的大偏心受压构件, 类似于中心受压构件。

(6) 受剪。当箍筋太密时发生斜压破坏, 沿梁端腹部出现大于45°方向的斜裂缝;当箍筋适当时发生剪压破坏, 沿梁端中下部出现约4 5°方向相互平行的斜裂缝。

(7) 受扭。构件一侧腹部先出现多条约45°方向斜裂缝, 并向相邻面以螺旋方向展开。

(8) 受冲切。沿柱头板内四侧发生约45°方向斜面拉裂, 形成冲切面。

(9) 局部受压。在局部受压区出现与压力方向大致平行的多条短裂缝。

2 温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质, 当外部环境或结构内部温度发生变化, 混凝土将发生变形, 若变形遭到约束, 则在结构内将产生应力, 当应力超过混抗拉强度时即生温度裂缝。引起温度变化主要因素有以下几点。

(1) 年温差。一年中四季温度不断变化, 但变化相对缓慢, 对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移, 一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调, 只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝, 例如拱桥、刚架桥等。

(2) 日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后, 温度明显高于其它部位, 温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用, 导致局部拉应力较大, 出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。

(3) 骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降, 但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实桥资料进行, 混凝土弹性模量不考虑折减。

(4) 水化热。出现在施工过程中, 大体积混凝土 (厚度超过2.0米) 浇筑之后由于水泥水化放热, 致使内部温度很高, 内外温差太大, 致使表面出现裂缝。

(5) 蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当, 混凝土骤冷骤热, 内外温度不均, 易出现裂缝。

3 桥梁混凝土裂缝的施工防治措施

3.1 材料的控制

施工工艺是保证混凝土构件质量的关键、除施工的施工操作应严格按照施工技术规范的有关规定进行, 对原材料 (钢筋、水泥、砂、碎石、水等) 都应进行严格的抽样检验。对混凝土配合比应进行对比试验, 在高温下或雨后施工对砂、碎石应进行含水量实验, 及时调整施工配合比, 确保混凝土的施工质量。

3.2 温度的控制

(1) 改善骨料级配, 采用干硬性混凝土、加添加剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;拌和混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度, 利用浇筑层面散热;在混凝土中埋设水管, 通入冷水降温;规定合理的拆模时问, 气温骤降时进行表面保温, 以免混凝土表面发生急剧的温度变化;施工中长期暴露的混凝土浇筑体表面或薄壁结构, 在寒冷季节采用保温等措施。

(2) 合理地分缝分块, 避免基础过大起伏;合理地安排施工工序, 避免过大的高差和侧面长期暴露。另外, 改善混凝土的性能, 提高抗裂能力, 防止表面干缩。特别是保证混凝土的质量对防止裂缝得到更理想的经济效益。一般可以考虑在以下几个方面采用不平衡报:预计今后工程量会增加的项目, 单价适当提高, 这样在最终结算时可多赚钱;将工程量可能减少的项目单价降低, 工程结算时损失不大。

(3) 设计图纸不明确, 估计修改后工程量要增加的, 可以提高单价;而工程内容解说不清楚的, 则可适当降低单价, 待澄清后可再要求提价。

(4) 暂定项目, 又叫任意项目或选择项目, 对这类项目要具体分析。因为这类项目要在开工后再由业主研究决定是否实施, 以及由哪家承包商实施。