基于混凝土桥梁施工裂缝的产生原因及控制探讨

来源:期刊VIP网所属分类:路桥建设发布时间:2012-07-14浏览:

  【摘 要】随着我国桥梁技术的突飞猛进,大体积混凝土在桥梁结构中的应用也越来越广泛。混凝土是应用最广泛最重要的工程材料之一。本文作者介绍混凝土桥梁施工过程中易产生的裂缝,分析产生裂缝的原因,探索在施工过程中应采取的控制措施,以供参考。

  【关键词】 混凝土;桥梁;裂缝;控制

  近年来,我国交通基础建设得到迅猛发展,各地兴建了大量的混凝土桥梁。在桥梁建造和使用过程中,有关因出现裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的报道屡见不鲜。混凝土桥梁裂缝,对桥梁的结构破坏、表面美观及桥梁的寿命都有着重要的影响,究其原因有多方面的,如何控制,是我们长期探讨研究的问题。

  一、桥梁常见裂缝及产生的原因分析

  混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多,甚至多种因素相互影响,但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。混凝土桥梁裂缝的种类,就其产生的原因,大致可划分如下几种: 1.1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。

  1.1.1 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。结构设计时不考虑施工的可能性;设计断面不足;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足;构造处理不当;设计图纸交代不清等。

  1.1.2 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。

  1.1.3 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。⑴ 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,以至出现裂缝而导致坏基础。

  ⑵ 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。在长跨预应力连续梁中,经常在跨内根据截面内力需要截断钢束,设置锚头,而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此,若处理不当,在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。

  ⑶ 次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。次应力裂缝也是由荷载引起,仅是按常规一般不计算,但随着现代计算手段的不断完善,次应力裂缝也是可以做到合理验算的。例如现在对预应力、徐变等产生的二次应力,不少平面杆系有限元程序均可正确计算。在设计上,应注意避免结构突变(或断面突变),当不能回避时,应做局部处理,如转角处做圆角,突变处做成渐变过渡,同时加强构造配筋,转角处增配斜向钢筋,对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。

  ⑷ 荷载裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。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。

  1.2 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,当应力超过混凝土抗拉强度时,即是生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中,温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素有:

  ⑴ 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。我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度。考虑到混凝土的蠕变特性,年温差内力计算时混凝土弹性模量应考虑折减。

  ⑵ 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。

  ⑶ 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。

  ⑷ 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。施工中应根据实际情况,尽量选择水化热低的水泥品种,限制水泥单位用量,减少骨料入模温度,降低内外温差,并缓慢降温,必要时可采用循环冷却系统进行内部散热,或采用薄层连续浇筑以加快散热。

  ⑸ 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 。

  1.3 基础沉降变形引起的裂缝

  在预应力混凝土箱梁基础竖向不均匀的沉降,使结构产生附加应力,当超过结构抗拉能力时,将产生裂缝。

  1.4 钢筋锈蚀一起裂缝

  由于混凝土质量较差或保护层厚度不够,钢筋中铁离子与浸入混凝土中的氧气和水分发生反应,其锈蚀物氢氧化铁体积比原来体积的2~4倍,从而对周围混凝土产生膨胀应力,导致保护层混凝土开裂、破落。

  1.5 施工工艺不良引起裂缝

  在预应力混凝土箱梁浇筑过程中若施工工艺不合理,施工质量低劣,如保护层过厚、混凝土振捣不密实、不均匀、混凝土浇注过快、混凝土搅拌、运输时间过长、混凝土初期养护不好、混凝土分层浇筑时,接头部位处理不好、混凝土早期受冻等因素,都可能产生各种形式的裂缝。

  二、 施工过程中的防治措施

  从以上各种类型裂缝的分类及成因来看,造成混凝土桥梁裂缝的原因很多,互相影响、错综复杂。根据调查资料分析,造成混凝土桥梁裂缝,施工质量不好是主要原因,下面主要谈谈混凝土桥梁裂缝施工阶段的防治措施:

  2.1 配合比设计考虑裂缝因素

  ⑴ 配合比设计时应充分考虑混凝土收缩变形因素,考虑到桥梁箱梁各个阶段所产生的温度应力,把混凝土的变形特性作为混凝土质量的一个主要方面。

  ⑵ 尽量使用含泥量少、级配良好的砂石材料,洁净的拌合用水,减少混凝土体内杂质含量。慎用早强外加剂,采用较小的水灰比和较小塌落度,水泥用量在满足要求的情况下不宜过大。

  2.2、施工工艺控制

  ⑴ 严格按图纸所示顺序施工,特别是预应力筋张拉程序应严格按规定执行,顶板横向预应力筋张拉不得推迟太晚,避免箱梁结构承受该阶段不该承受的外荷载。

  ⑵ 控制保护层在厚度允许正负差范围内,严格按图立模、下料,检查钢筋、模板尺寸,施工人员不得踩在已绑好钢筋面上。对振捣工人进行技术交底,控制混凝土厚度在30~40cm。混凝土浇注顺序按先低后高,先外侧后内侧顺序进行。

  ⑶ 尽量采用钢模施工。同时检查底模、侧模支撑牢固可靠,减少浇筑后模板、支撑的塑性变形,避免混凝土初凝后发生变形产生裂纹。

  2.3、大体积混凝土的浇筑控制

  ⑴ 对于预应力混凝土变截面箱梁0#块,两头有横隔板将其封闭,导致混凝土浇筑后水泥水化热集中,可考虑采用二次浇筑工艺,第一次浇筑底板和腹板至上倒角,等其强度大于90%后,再浇筑顶板和翼板。对于合拢段,由于合拢后箱室内空气流通性差,不利于混凝土水化热的散热,必要时在人洞入口设置风扇加速空气流通,有利于散热。

  ⑵ 混凝土分层浇筑后,在浇筑后一层混凝土前及时对前一层混凝土进行二次振捣。如分二次浇筑,尽量减短两次混凝土浇筑的时间间隔,第一次浇筑底板时不宜随意将腹板浇高,否则该处在底板内形成应力尖角,造成裂缝产生。在浇筑第二层混凝土前将箱室内多余混凝土或杂质清除干净,将箱室内养生水清除干净,尽量减少浇筑顶板时人为的施工荷载,施工接缝处浮浆凿除,清水冲洗干净。

  ⑶ 做好箱梁混凝土养护工作,特别是早期养护阶段(终凝开始8h内)由于不宜过多淋水而采用覆盖麻袋养护法,其余应采用专人24h直接淋水保湿养护。

  混凝土浇筑后拆模不宜过早,必须在混凝土强度及预应力张拉均满足要求后,才能拆模。

  2.4 、其他因素的控制

  夏季施工时,应考虑气温对箱梁结构的影响,混凝土浇筑应尽量安排在夜晚温度较底时进行。

  不得提高混凝土强度等级来弥补设计要求张拉控制强度,必须采用强度龄期双控制。

  若预应力混凝土连续箱梁桥桥址处于软土地带,由于土灵敏度相当大而且具有触变性,当其受到外来荷载时,原有天然结构就发生变化,土粒间联结减弱,从而使地基承载力降低、支架、地基产生沉降,导致裂缝产生。所以应在混凝土浇筑后2~3天内封锁便道,不准任何车辆通过。

  三、 结束语

  总而言之,在桥梁施工中,混凝土裂缝是常见的问题。作者从多方面对混凝土桥梁产生裂缝成因作出了分析,相信以后在桥梁施工方面,对防止混凝土桥梁施工过程中裂缝的产生,以及对裂缝的控制工作打下了基础。

  参考文献

  [1] GB50204-2002,《混凝土结构工程质量验收规范》.

  [2] 廖金平,王海龙;铁路混凝土桥梁病害及分析[J]. 国防交通工程与技术2003(3):23-33

  [3] JT041-2000,《公路桥涵施工技术规范》.

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