桥梁工程裂缝产生原因及预防措施

李继刚 秦亮

摘要：在桥梁工程的建设中,裂缝是工程应当关注的问题。工程的质量问题在很大程度上是由于桥梁施工的裂缝引起的。所以找出裂缝产生的原因，解决裂缝问题至关重要。

关键词：桥梁裂缝应力防治措施

中图分类号： K928.78文献标识码：A文章编号：

桥梁施工的裂缝产生的问题大致有下面几种：

1外荷载直接应力引起

桥梁工程在施工建设过程中,时常会因为许多原因而导致桥梁裂缝的产生。裂缝的产生给桥梁的工程质量带来了严重的质量和安全隐患,不仅会影响桥梁的顺利施工,还会直接影响到桥梁的使用安全,在严重的情况下,可能导致桥梁的坍塌。而由于外荷载引起的桥梁施工裂缝,是常见的一种,也是危害极大的一种。通常对混凝土构建的桥梁由于常规的静荷载和动荷载引起的桥梁裂缝,以及外荷载次应力下产生的裂缝统称为荷载裂缝。

直接应力裂缝产生的原因,首先是在桥梁工程的设计阶段,由于设计上的失误导致,比如在桥梁的结构计算上,对部分应予考虑并计算在内的部分漏算；以及在结构承受荷载的预测上,设计预测与实际受力不相符合,导致桥梁在施工及使用过程中,桥梁结构受力超过设计荷载,导致受力超标时,桥梁结构发生裂缝;同时,在内力与配筋计算上产生误差,造成两者调配不当,影响桥梁的实际质量,还有对结构安全系数把握不足,直接影响桥梁的质量,导致桥梁受外荷载力时产生裂缝。

其次是在施工阶段,由于施工单位安全意识不够,对桥梁施工过程中可能造成裂缝的因素估计不足,或者是桥梁的现场施工人员素质不高,对施工过程中可能导致裂缝的各种情况没有了解,比如不加限制地在施工中的桥梁上,停放各种重量过大的施工机械或堆放各种施工材料。同时可能有部分现场施工人员,不按投资方与施工单位签订合同时所定下的设计图纸进行施工,为求速度或经济利益而更改结构施工顺序或者改变结构受力模式;在施工过程中没有注意物理现象,不对结构做施工机器运转而产生的振动下的疲劳强度的验算等。

此外,由于施工现场人员操作不当而导致施工车辆的碰撞,以及自然因素如发生暴风雨雪及冰雹和地震、意外爆炸等也可能导致桥梁施工裂缝的产生。

2外荷载次应力引起

次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝,它是外荷载引起裂缝的另一种形式。首先在通常情况下,是在桥梁工程设计外荷载的作用影响下,由于桥梁应用结构物的实际工作情况,同预测的习惯计算有偏差或计算的范围过窄,导致预测与实际数据的差异过大 ,从而在施工中桥梁结构的某些部位引起次应力,而由此导致桥梁结构的开裂。实际的桥梁工程施工过程中,次应力裂缝已经是产生荷载裂缝的常见原因之一。一般来说,次应力裂缝多属于剪切、张拉、劈裂性质。在现代桥梁施工技术中,次应力裂缝被认为是由荷载引起,但是在目前的许多桥梁施工中,按行业的常规一般不做严格的计算,不过随着高科技在桥梁施工中的运用,现代计测手段的不断发展和完善,次应力裂缝的计算已经被各施工单位所重视,而且要对次应力裂缝进行科学合理的验算已经是可以实现的了。比如现在在桥梁的施工中对徐变和预应力等产生的二次应力的情况,通过平面杆系有限元程序均可正确的计算,这就减少了因对二次应力产生的应力裂缝的问题有了一个好的应对方案。同时,在桥梁的设计上,必须注意结构突变或断面突变的情况出现,但是有些情况是不能预测或者避免的,但是这并不是就任由危险存在,而是在不能回避的时候,及时的根据相关原理和实际情况,在不危害大局的情况下,做局部的处理,如在转角处做圆角,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,对于较大孔洞应当及时的在周边设置护边角钢,以防止裂变的危险。

3温度变化引起的裂缝

温度裂缝是指在外部环境或结构内部出现温度发生变化的情况,混凝土就会出现变形的情况,而如果在变形的过程中遭到压制,便有可能在其结构内造成应力的产生,这样当产生的应力超过桥梁的混凝土的抗拉强度时,就会产生温度裂缝。在特定的情况下,桥梁工程所产生的温度应力可能会达到甚至超出荷载应力,在这样的情况下,产生温度裂缝便不可避免,甚至可能出现更大的隐患。随温度的改变而扩张或合拢是温度裂缝的主要特点。年温差,即是指一年四季温度不断变化而造成的裂变。不过这种裂变的产生是受一定条件限制的,比如,桥梁结构的位移受到限制时才可能出现温度裂缝,如拱桥、刚架桥等位移不可能出现的这类桥梁。虽然温度变化比较缓和,不会出现突然转变,对桥梁的危险也是蠕变性的,但是出于防范意识,对年温差内力计算时混凝土弹性模量应考虑折减。日照也是温度裂变的原因之一。由于桥面板、主梁或桥墩侧面等容易遭太阳曝晒,其温度会明显的高于桥梁的其他部位,整个桥梁的温度分布不均匀,再加上受到自身的影响,导致桥梁局部拉应力较大,进而导致裂缝的出现。同时,突然降温和水泥的水化热等也是造成温度裂缝的原因。

4收缩引起的裂缝

在实际工程中,最常见的裂变之一是混凝土因收缩而引起的裂缝。首先是自身的收缩,混凝土在硬化的过程中,由于水泥和水及其他物质会发生化学反应,由此会产生许多新的化学物质,在这一过程中,就有可能产生一些易挥发的物质,在接触空气,比如水泥中的氢氧化钙会和空气中的二氧化碳直接发生化学反应,生成碳酸钙,而碳酸钙的体积却比氢氧化钙的体积小,因而可能产生收缩,或者在太阳的暴晒之下挥发,导致自身质量及体积的缩水,由此导致混凝土局部张力失衡,而产生裂变。同时,因为混凝土在硬化的整个过程中,只有很少的分水分参与化学反应,大部分的水会因为蒸发而消失,这就导致桥梁混凝土的体积发生了干缩变形,在水泥浆形成水泥石后,它的极限干缩将会达到3 000微应变左右,这样造成的干缩效应,就会使不同程度的拉应力在混凝土的内部产生。而在混凝土的硬化初期,其抗拉强度小,在产生干缩拉应力超过其抗拉强度时,桥梁裂缝的情况就有可能会发生。

5施工中钢筋的用量不当

由于设计时对普通钢筋用量或间距预测不足,可能会致常规下允许的裂缝宽度,不能根据规则在一定范围内得到有效的控制,同时普通钢筋在混凝土中使用过多,或者因为施工人员在施工过程中对间距的把握不足,导致过密的钢筋阻止了混凝土的正常凝固收缩,而致使桥梁产生裂缝。

6 桥梁混凝土裂缝的施工防治措施

6.1 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。

6.2 温度的控制

6.2.1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。

6.2.2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十分重要。应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的。因此施工中应以预防其贯穿性裂缝的发生为主。

6.3 非结构性裂缝防止措施

防止塑性沉降裂缝的措施有基础处理、支架搭设进行科学设计、严格施工．对支架进行全面积预压以消除非弹性变形；砼中加减水剂减少砼泌水，确保砼保护层厚度、砼施工时进行二次抹面。防止塑性收缩裂缝的措施有加强早期砼养护以降低砼中水份蒸发速率。方法是结构外露面覆盖麻袋、海绵等浇水湿治养护。防止温差裂缝的措施有合理安排砼浇注顺序及浇筑速度，在砼浇注的过程中消除部分温差。夏季施工时骨料要洒水降温．冬季施工时砼表面应覆盖保温。

7 结语

在桥梁施工过程中，出现裂缝的原因是多种多样的。只有掌握出现裂缝的原因，才能在施工中采取合理的措施，严格控制好材料质量，采取合理的施工工艺，加强现场的施工管理，根据现场条件、材料特点、气温等多种因素，采取合理的措施，就能有效地控制裂缝的产生，确保工程质量。