桥梁常见裂缝类型浅析

章海江

摘 要:本人结合多年参与公路桥梁现场施工工作实践,对部分桥梁在建设过程中或建成通车后常见的一些裂缝类型进行归类总结,通过查找原因分析问题,才能让我们真正地了解各种裂缝的引发成因,进而制订防范措施,达到预防布控之目的。

关键词:桥梁工程;结构裂缝;裂缝类型;诱发原因

桥梁工程结构裂缝,一旦管理不善、控制不力,则往往容易出现在施工过程的各个角落,如承台、立柱、盖梁以及空心板梁等等部位。由于裂缝的产生不仅会影响混凝土结构的外观质量,严重时还会降低桥梁结构的设计功能,从而危及到整桥的使用安全。对此,桥梁工程的结构裂缝问题,不得不引起我们工程建设者的重视。其实,对于裂缝问题,我们也大可不必“谈缝色变”,如果我们能从根本上认识了这些裂缝的诱发成因,从而采取有效的针对性措施,原本很多容易出现的结构裂缝还是可以避免和控制的。为了尽量避免工程建设中出现危害性较大的结构裂缝,本文下面就以结构裂缝的产生成因这一题材,来浅谈一下自已的经验之见,以供业内同行日后在从事相关工程的建设施工时能举一反三,从而达到预防控制的目的。

1 结构裂缝形成原因的种类

根据桥梁工程的设计特点,在工程施工中钢筋砼结构产生施工裂缝的原因,大致有以下几种类型:

1.1 由施工荷载引起的裂缝

由施工荷载引起的裂缝,这类裂缝我们简称为荷载裂缝。荷载裂缝产生的原因,在于施工过程中,由于工人不了解桥梁结构的受力特点,而又毫无限制地在其上面堆放了大量的施工机具、工程材料,造成了负荷过重从而引发了荷载裂缝的发生。此外,以下几种情况也是引发荷载裂缝的常见主因:

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。

1.2 由温度变化引起的裂缝

我们大家都知道,混凝土与其它普通物质一样,同样具有热胀冷缩的材料性质。当外部环境或结构内部温度发生变化时,混凝土将发生变形。倘若变形遭到约束,则会在结构内部将产生应力,当应力超过混凝土抗拉强度时即产生了温度裂缝。在某些大跨径桥梁中,温度应力可以达到甚至超出外部所有的活载累计应力。温度裂缝区别于其他裂缝的最大特征是随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化的主要施工因素有:

水化热。在施工过程中,大体积混凝土在浇筑混合料之后由于水泥水化放热,致使内部温度升高,由于内外温差的进一步拉大,致使表面出现裂缝。因此,在施工中应根据实际情况,尽量选用水化热偏低的水泥品种,并限制水泥单位用量,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。

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。

预制T梁时横隔板安装,支座预埋钢板与调平钢板焊接时,若焊接措施不当,铁件附近混凝土容易烧伤开裂。采用电热法张拉预应力构件时,当预应力钢材温度升高至350℃时,此时,混凝土构件也容易出现开裂。

1.3 由收缩引起的裂缝

在公路工程建设中,由混凝土收缩所引起的结构裂缝是最常见的一种。在混凝土收缩种类中,塑性收缩和干性收缩是发生混凝土体积变形的两大主因。

塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后4h～5h左右,此时水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大,可达l%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处,如T梁、箱梁腹板与顶、底板交接处,因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。为减小混凝土塑性收缩,施工时应控制水灰比,避免过长时间的搅拌,下料不宜太快,振捣要密实,竖向变截面处宜分层浇筑。

缩水收缩(干缩)。混凝土结硬以后,随着表层水分逐渐蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失很快,内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件(超过3%),钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,混凝土表面容易出现龟裂裂纹。混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝,裂缝宽度较细,且纵横交错,呈龟裂状,形状没有任何规律。

1.4 由钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足,混凝土保护层受侵蚀炭化至钢筋表面,使钢筋周围混凝土碱度降低,或由于氯化物介入,钢筋周围氯离子含量较高,均可引起钢筋表面氧化膜破坏,钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应,其锈蚀物氧化铁体积比原来增长约2 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、剥离,沿钢筋纵向产生裂缝,并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀,使得钢筋有效断面面积减小,钢筋与混凝土握裹力削弱,结构承载力下降,并将诱发其他形式的裂缝,加剧钢筋锈蚀,导致结构破坏。要防止钢筋锈蚀,施工时应控制混凝土的水灰比,加强振捣,保证混凝土的密实性,防止氧气侵入,同时严格控制含氯盐的外加剂用量,沿海地区或其他存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。

1.5 由工艺控制问题引起的裂缝

在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理、施工质量低劣,容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异,比较典型常见的有:

混凝土保护层过厚,或乱踩已绑扎的上层钢筋,使承受负弯矩的受力筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。

混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀或其他荷载裂缝的起源点。

混凝土浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝,既塑性收缩裂缝。

混凝土搅拌、运输时间过长,使水分蒸发过多,引起混凝土塌落度过低。使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。

混凝土初期养护时急剧干燥,使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。

用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥用量,或因其他原因加大了水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,使得混凝土体积上出现不规则裂缝。

混凝土分层或分段浇筑时,接头部位处理不好,易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如混凝土分层浇筑时,后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑,引起层面之间的水平裂缝;采用分段现浇时,先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好,新旧混凝土之间黏结力小,或后浇混凝土养护不到位,导致混凝土收缩而引起裂缝。

2结束语

如上所述,一座桥梁如果在建设过程中出现结构裂缝,那么,裂缝的出现绝对并非偶然,它必定是由某一方面的原因或是某一个环节在管理上的疏忽所引起的,虽然裂缝的初期出现,并不会迅速影响整桥的正常使用,但是,大部分的裂缝却能随着时间的变化而再进一步恶化发展,最终也将升级为危害性较大的病害缺陷。对此,我们必须慎而待之。总之,有了对以上几种裂缝产生原因的深入分析,对我们以后在工程开工前或在施工过程中制订合理有效的技术措施起到了很好地参考作用。

参考文献

[1]《桥梁施工工程师手册》(第二版)杨文渊, 徐

主编.人民交通出版社2003年.

[2]《桥梁工程施工与维修》陈惠发主编.机械工业出版社 2009年3月.