谈桥梁裂缝产生原因及防治

2022-11-30

随着国家对基础措施的大量投资发展, 市政工程的投入进一步加深扩大, 各种桥梁在现代的市政工程中的应用越来越普遍, 其实跨越河流、峡谷、公路、铁路等的重要公路工程。因此, 桥梁的质量好坏关系到整个桥梁的寿命和行车的安全。而桥梁的裂缝是桥梁主要的质量问题之一, 严重时可使桥梁出现垮塌等后果, 造成人间惨剧而这种因裂缝而影响工程质量出现垮塌现象的人间惨剧还在不断上演。因此, 研究分析桥梁的裂缝产生原因和防治措施, 对提高整个桥梁工程的质量有很大的促进作用。本文探讨桥梁裂缝的产生原因, 并提出一些防治裂缝产生的方法。

1 桥梁混凝土裂缝的产生原因

桥梁主要是由混凝土结构建造, 而混凝土结构裂缝的产生成因复杂、繁多, 很多时候是好几种原因相互影响作用。其主要的混凝土裂缝产生原因有以下几种。

1.1 温差产生的裂缝

混凝土在其硬化过程放出大量水化热, 内部温度不断升高, 在表面引起拉伸应力。而在硬化后期的降温过程, 由于受到基础或老混凝土的约束, 在其内部又出现拉伸应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当以上几种拉应力超过混凝土的抗裂强度时, 就会产生裂缝, 既是温差裂缝。混凝土是一种脆性材料, 其主要特点是抗压能力强, 但抗拉能力却很差, 短期加荷的极限拉伸变形范围只有 (0.6~1.0) ×10-4, 长期加载的极限拉伸变形范围也只有 (1.2~2.0) ×10-4[1]。再加上原材料的不均匀、水灰比不稳定及运输和浇筑过程出现的离析现象, 在同一块混凝土中的抗拉强度又是不均匀的, 存在着许多因抗拉能力很而导致裂缝的薄弱部位。但是混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度时, 往往在其内部引起很大的拉应力, 有时温度应力甚至超过其他外荷载引起的应力。对于温差裂缝, 研究人员应掌握混凝土因温差引起的温度应力的变化规律, 可有效控制裂缝的产生, 其表现在桥梁结构的设计和施工过程。

1.2 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为荷载裂缝, 分为直接应力裂缝、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。荷载裂缝的产生原因有: (1) 设计结构计算不合理, 假设的受力情况与实际受力不符, 安全系数低, 设计时不多加考虑施工的可行性, 构造处理不当等。 (2) 施工阶段乱堆放机具、材料;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等。 (3) 使用阶段时重型车辆的过载现象严重;受到车辆、船舶的接触、撞击;发生地震、爆炸等[2]。

1.3 收缩引起的裂缝

在实际工程中, 因收缩引起的裂缝是混凝土裂缝最常见的一种形式。在混凝土收缩种类中, 塑性收缩和缩水收缩 (干缩) 是发生混凝土体积变形的主要原因, 其他还有自收缩和炭化收缩。经研究发现, 影响混凝土收缩裂缝的主要因素是:水泥品种、标号及用量、粗细骨料的品种、水灰比、外掺剂、养护力法、外界环境、振捣方式及时间等。

1.4 地基变形引起的裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移, 使结构中产生的附加应力, 超出混凝土结构的抗拉能力, 导致结构开裂而产生裂缝。基础不均匀沉降的主要原因是:地质勘察精度不够、试验资料不准;地基地质差异太大;结构荷载差异太大;结构基础类型差别太大;冻胀;桥梁基础基于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时, 都有可能造成基础不均匀沉降。

1.5 施工质量引起的裂缝

混凝土的结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程, 如果出现施工工艺不合理, 就会使桥梁的混凝土出现裂缝质量问题。

2 桥梁混凝土裂缝的防治措施

2.1 材料的控制

对于进入施工现场的原材料都应按相关的施工技术规范进行相应的严格抽样检验, 原材料包括钢筋、水泥、砂、碎石、水等, 并对混凝土的配合比进行对比试验;高温或雨后的施工应对砂、碎石进行含水量实验, 及时调整施工配合比, 确保混凝土的施工质量。

2.2 温差裂缝

为防止混凝土因温度变化而产生裂缝, 应合理安排混凝土的浇筑顺序和浇筑速度, 在混凝土浇筑过程中降低部分温差。夏季施工时需要主要骨料的洒水降温细节, 冬季施工时则要注意混凝土表面的保温细节。

2.3 荷载裂缝

采取合理的计算模型、设定合理的安全系数、限制施工机具的堆放、限制超过设计荷载的重型车辆过桥等方法, 可有效避免桥梁产生荷载裂缝。

2.4 收缩裂缝

加强早期混凝土养护以降低混凝土中水分蒸发速率方法可有效预防桥梁产生收缩裂缝, 例如可在结构外露面覆盖麻袋、海绵等, 然后进行浇水养护。

2.5 地基变形引起的裂缝

利用地基基础处理, 科学设计支架搭设, 对支架进行全面积预压以消除非弹性变形的方法, 可预防地基变形裂缝。可在混凝土中掺加减水剂减少混凝土泌水, 确保混凝土保护层厚度, 混凝土施工时进行一次抹面以及浇筑前将基层和模板充分浇水湿透等, 都是基地变形产生裂缝的可靠防治方法[3]。

2.6 桥梁混凝土裂缝的修补措施

当混凝土构件出现裂缝后, 应认真研究分析裂缝的产生原囚及危害程度, 最后才作出修补的方案。桥梁施工规范规定, 混凝土表面裂缝宽度小于0.15mm, 深度小于10mm时, 可不做修补处理, 这样的裂缝多是因为混凝土表面的干缩引起的, 不危及混凝土的整体结构抗拉强度, 也不影响混凝土的抗渗和耐久性, 不具破坏性。但一旦裂缝超出以上参数时, 应马上进行修补。桥梁混凝土的结构裂缝常采用1∶2水泥砂浆处理, 对混凝土裂缝应先凿出裂缝深处, 直至未到延伸位置为止, 再用砂浆抹平。另一种方法是灌浆法, 其分为水泥灌浆法和化学灌浆法两种。水泥灌浆法只能填充裂缝和承受压力, 不能抵抗拉应力和剪应力, 化学灌浆法能将裂缝两边的混凝土黏结在一起, 使其具有一定抗拉强度和抗变形能力, 目前多采用环氧树脂来对裂缝进行整修。

3 结语

桥梁裂缝的产生原因错综复杂, 且花样繁多, 在修补桥梁裂缝时, 应认真研究分析其产生的主要原因, 再采取有效地修补方案。桥梁的裂缝问题是影响桥梁整体质量的关键因素, 相关工作者应对此重视, 认真做好桥梁混凝土裂缝的防治措施, 避免出现桥梁垮塌等严重事故。

摘要：随着桥梁技术的不断发展, 桥梁工程的建设越来越多, 在现代工程占据很重要的位置。而桥梁的施工常出现裂缝等问题, 不仅影响工程的质量控制, 甚至会导致桥梁垮塌事故, 造成人员伤亡和财产损失, 给社会带来很大的负面影响。本文就桥梁的裂缝产生原因, 阐述有关桥梁裂缝的防治措施, 旨在给同行提供一些技术交流。

关键词：桥梁建设,裂缝原因,防治措施