關于橋梁施工裂縫原因和防治措施的思考

劉合拯

摘要:本文對混凝土橋梁施工裂縫的種類和產生的原因作了分析,并提出了相應的防治措施和裂縫處理措施。

關鍵詞:橋梁施工;施工裂縫;溫差

1 前言

橋梁施工過程中,很容易出現裂縫。裂縫的出現不僅僅影響工程質量甚至會導致橋梁垮塌。混凝土開裂經常困擾著我們橋梁工程技術人員。其實,如果采取有效的施工措施,很多裂縫是可以克服和控制的。為了盡量避免工程中出現危害較大的裂縫、少出裂縫,本文盡可能對混凝土橋梁在施工過程中產生裂縫的原因作較全面的分析、總結,以方便施工中做出行之有效的控制辦法,保證工程的質量。

2 常見的混凝土施工裂縫形成原因

裂縫可分為結構性裂縫及非結構性裂縫兩大類型。其中結構性裂縫可分為設計結構性裂縫及施工結構性裂縫。非結構性裂縫可分為塑性裂縫、溫差裂縫、長期干裂縫、龜裂縫及其它侵害性裂縫。

2.1 結構性裂縫的形成原因

設計結構裂縫是指設計時采用的結構型式在荷載作用下必然會產生的裂縫,如非預應力的預制梁板及非預應力現澆連續箱梁等。雖然在施工時針對這種形式設置了預拱,但在荷載作用下,預拱消失后梁底抗拉區的混凝土最終還是要開裂的。非預應力現澆連續箱梁還在梁頂負彎矩區產生裂縫。這種裂縫是正常的、安全的,但裂縫的寬度應小于0.20mm或設計規定的范圍,若超過這個范圍,那么裂縫就不正常了,就需要對其成因及安全性作進一步分析和鑒定。施工結構性裂縫是指由于施工原因造成的結構性裂縫,如預應力結構的張拉裂縫,普通鋼筋混凝土連續箱梁支架拆除過程中產生的裂縫等等。預應力結構的張拉裂縫一般是由于錨墊板位置沒按設計位置布置、錨墊板后螺旋筋沒有頂牢錨墊板、錨墊板混凝土不密實或混凝土強度未達到設計或規范規定的張拉強度時進行張拉等原因造成的;普通鋼筋混凝土連續箱梁拆架過程中產生的裂縫是由于落架順序不當或落架時間過長引起的,因為一聯箱梁落架不可能在瞬間完成,有一個從簡支梁到連續梁的受力體系以接近設計受力體系的方式進行轉換,那么連續梁的負彎矩區在簡支過程中梁底是肯定要產生橫向裂縫的。

2.2 非結構性裂縫的形成原因

2.2.1 塑性裂縫

塑性裂縫,即混凝土在可塑狀態下出現的裂縫,分為沉降裂縫和收縮裂縫兩種形式。沉降裂縫產生的原因一是由于混凝土在塑性狀態下其基礎、支架等有不均勻沉降,使局部地方的混凝土變形受約束導致裂縫;二是由于重力作用使混凝土中較重顆粒下沉,而使水泥漿上浮,當這種下沉受到鋼筋、模板拉桿約束時就會產生裂縫。收縮裂縫產生的主要原因是由于混凝土快速干燥,混凝土內水份的蒸發速率大于其泌水速率,在固體顆粒水面形成彎月形產生毛細管張力,混凝土自體收縮所產生的拉應力大于 昆凝土本身的抗拉強度而導致裂縫。

2.2.2 溫差裂縫

溫差裂縫,即由于混凝土自體的溫度變化及混凝土自體溫度與環境溫度的差異使混凝土自體收縮不均而產生的裂縫。由于早期混凝土構件被模板等材料隔離,水泥水化所產生的熱量無法及時散發到空氣中,故在初始24h內混凝土溫度將升高,過幾天后隨著熱量的散發混凝土將變冷,此時混凝土會產生收縮,這種收縮受結構內部鋼筋及外部模板等約束會使混凝土開裂;當混凝土冬季施工時,由于混凝土散熱快,其內部溫度較高,而表面溫度受環境影響變得較低,表面混凝土的收縮率大于混凝土內部的收縮率,從而使表面混凝土產生裂縫。

2.2.3 長期干縮裂縫

長期干縮裂縫,即混凝土長期暴露于不飽和的空氣中由于物理的、化學的失水使混凝土體積縮小,當縮小受到約束時產生的裂縫。通常來講,干縮產生的混凝土應變速率非常慢,而且混凝土徐變產生的松弛可抵消部分干縮應變。但混凝土設計的體積與表面積的比值、分布鋼筋的布置、混凝土的配合比及混凝土所處環境的溫度、濕度等都會導致干縮裂縫。

3 橋梁混凝土裂縫的施工防治措施

3.1 材料的控制

施工工藝是保證混凝土構件質量的關鍵、除施工的施工操作應嚴格按照施工技術規范的有關規定進行,對原材料(鋼筋、水泥、砂、碎石、水等)都應進行嚴格的抽樣檢驗。對混凝土配合比應進行對比試驗.在高溫下或雨后施工對砂、碎石應進行含水量實驗,及時調整施工配合比,確保混凝土的施工質量。

3.2 溫度的控制

(1)改善骨料級配,采用干硬性混凝土、加添加劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;拌和混凝土時用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;在混凝土中埋設水管,通入冷水降溫;規定合理的拆模時問,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發生急劇的溫度變化;施工中長期暴露的混凝土澆筑體表面或薄壁結構,在寒冷季節采用保溫等措施。

(2)合理地分縫分塊,避免基礎過大起伏;合理地安排施工工序,避免過大的高差和側面長期暴露。另外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力.防止表面干縮。特別是保證混凝土的質量對防止裂縫十分重要。應特別注意避免產生貫穿裂縫,出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的。因此施工中應以預防其貫穿性裂縫的發生為主。

3.3 非結構性裂縫防止措施

防止塑性沉降裂縫的措施有基礎處理、支架搭設進行科學設計、嚴格施工.對支架進行全面積預壓以消除非彈性變形;砼中加減水劑減少砼泌水,確保砼保護層厚度、砼施工時進行二次抹面。防止塑性收縮裂縫的措施有加強早期砼養護以降低砼中水份蒸發速率。方法是結構外露面覆蓋麻袋、海綿等澆水濕治養護。防止溫差裂縫的措施有合理安排砼澆注順序及澆筑速度,在砼澆注的過程中消除部分溫差。夏季施工時骨料要灑水降溫,冬季施工時砼表面應覆蓋保溫。

防止干縮裂縫的措施有設計部門布設足夠的控制裂縫的分布筋。施工配合比設計時減小水灰比。盡量增加骨料用量、增大骨料粒徑,施工完成后加強砼的濕治養護。防止龜裂的措施有配合比設計時水泥用量不宜過多,振搗要密實而不過振,砼表面泌水及浮漿要及時清除并注意及時養護。

4 裂縫處理

4.1 表面修補法

表面修補法是一種簡單、常見的修補方法,它主要適用于穩定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料,在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂,通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

4.2 灌漿、嵌縫封堵法

灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補,它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中,膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體,從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法,它通常是沿裂縫鑿槽,在槽中嵌填塑性或剮性止水材料,以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等;常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

4.3 結構加固法

當裂縫影響到混凝土結構的性能時,就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法:加大混凝土結構的截面面積,在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。

4.4 混凝土置換法

混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法,此方法是先將損壞的混凝土剔除,然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

4.5 電化學防護法

電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用,改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態,鈍化鋼筋,以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的三種方法。

5 結束語

在橋梁施工過程中,只要嚴格控制好材料質量、施工工藝、以及現場的施工管理,根據現場條件,材料特點,氣溫等多種因素,采取合理的措施,就能有效地控制裂縫的產生,確保工程質量。