連續(xù)箱梁裂縫傷害的淺析與防治建議

孫 偉

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國(guó)公路建設(shè)成績(jī)也突飛猛進(jìn)，隨著工程及環(huán)保的需要，鋼筋混凝土橋梁的數(shù)量也隨之增多。其中，普通鋼筋混凝土橋梁中，連續(xù)箱梁橋型以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自重輕，承重大等原因，常被我們采用到混凝土橋梁中來(lái)，但隨之而來(lái)的箱梁裂縫傷害卻一直是讓建設(shè)者頭痛的問(wèn)題，不管哪座現(xiàn)澆連續(xù)箱梁都存在不同程度的裂縫問(wèn)題，因此裂縫問(wèn)題不容忽視。現(xiàn)就裂縫問(wèn)題作以下分析，供橋梁建設(shè)者們參考。

1 連續(xù)箱梁裂縫傷害產(chǎn)生原因淺析

1.1 材料自身差異導(dǎo)致的裂縫

根據(jù)材料的理論強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度性質(zhì)的定義可以知道，材料的強(qiáng)度可以簡(jiǎn)單定義為拉開(kāi)相鄰原子所需要的力值。而在實(shí)際應(yīng)用中，鋼筋與混凝土的組成結(jié)構(gòu)中，就因?yàn)槠浔旧碜冃巍⒃蛹s束等一系列內(nèi)在原因，造成混凝土構(gòu)件本身存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫，正是由于這些先天材料的特性的存在才使鋼筋混凝土呈現(xiàn)出一些非均質(zhì)的特性，導(dǎo)致連續(xù)箱梁構(gòu)件都是帶縫工作的。近代科學(xué)研究和大量的混凝土工程實(shí)踐證明，在混凝土工程中特別是裂縫問(wèn)題是不可避免的，在我們公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中，也允許存在一定程度的裂縫。

1.2 水泥混凝土成型時(shí)的干縮裂縫

混凝土是由氣、液、固三相組成的假固體(指澆筑過(guò)程到保養(yǎng))，其中尚有未水化的水泥顆粒，還要吸收周圍的水分。液固相間的膠凝體，因水分散失，體積會(huì)縮小，引起干縮裂縫。干縮裂縫多出現(xiàn)在橋梁工程施工中混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。相對(duì)濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度基本小于0.2 mm，在連續(xù)箱梁平面部位多見(jiàn)，而較薄的梁肋中多沿其短向分布。干縮裂縫通常會(huì)影響混凝土的抗?jié)B性，引起鋼筋的銹蝕從而影響連續(xù)箱梁的耐久性、承載力等。

1.3 地基沉降及支架系統(tǒng)變形引起的裂縫

對(duì)于連續(xù)箱梁來(lái)說(shuō)早期影響較大的裂縫主要是由兩方面引起的，首先是地基沉降差異導(dǎo)致的裂縫。其成因是由于橋梁結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟，或回填土不實(shí)或浸水而造成橋梁整體不均勻沉降所致;或者因?yàn)檫B續(xù)梁體模板剛度不足，模板支撐間距過(guò)大或支撐底部松動(dòng)等導(dǎo)致。在冬季施工中，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關(guān)，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯(cuò)位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。其次是支架系統(tǒng)變形產(chǎn)生的裂縫，其成因主要是由于支撐立桿(或立柱)不均勻分布，各部分剛度分布不一致，使其桿件的彈性變形不均勻，導(dǎo)致早期裂縫以及支架的地基不均勻沉降引起現(xiàn)澆箱梁的早期裂縫。

1.4 化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致裂縫

在連續(xù)箱梁制造過(guò)程中，可能由于使用的骨料中含有泥性硅物質(zhì)與堿性物質(zhì)相遇，則水、硅、堿反應(yīng)生成膨脹的膠質(zhì)，吸收水后造成局部膨脹和拉應(yīng)力，造成混凝土酥松、膨脹開(kāi)裂，在潮濕的地方較為多見(jiàn)。其次在混凝土箱梁澆筑過(guò)程中，水泥外加劑含氯量超過(guò)規(guī)定后，容易引起混凝土內(nèi)鋼筋的銹蝕，在一段時(shí)間后沿鋼筋方向產(chǎn)生裂縫。

1.5 溫度變形引起的裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的表面或溫差變化較大地區(qū)的連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)中。混凝土澆筑后，在硬化過(guò)程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，由于現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的體積較大，大量的水化熱聚積在梁體內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而連續(xù)箱梁梁體表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使梁體表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，梁體表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在橋梁澆筑的中后期。連續(xù)箱梁的溫度裂縫的走向多平行于短邊。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫通常是中間粗兩端細(xì)，而冷縮裂縫的粗細(xì)變化不太明顯。此種裂縫的出現(xiàn)會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。

2 連續(xù)箱梁裂縫傷害的防治建議

1)材料自身差異導(dǎo)致的裂縫首先需要在設(shè)計(jì)階段計(jì)算好鋼筋及混凝土調(diào)配比例，做到科學(xué)配筋。其次，在選用混凝土材料時(shí)，針對(duì)連續(xù)箱梁工程現(xiàn)狀，應(yīng)使用水化熱較低的硅酸鹽水泥，不應(yīng)使用水化熱較高的水泥。必須選用材質(zhì)堅(jiān)硬、干凈的中粗砂;粗骨料的最大粒徑、級(jí)配、強(qiáng)度均要滿足規(guī)范要求，并要嚴(yán)格控制含泥量。2)水泥混凝土成型時(shí)的干縮裂縫的主要防治措施:a.根據(jù)連續(xù)箱梁工程需要，盡量選用收縮量較小的水泥，例如采用中低熱水泥和粉煤灰水泥，并降低水泥的用量。b.混凝土的配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量控制好水灰比的選用，同時(shí)摻加合適的減水劑。c.加強(qiáng)大體積連續(xù)箱梁的早期養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。冬季施工時(shí)要適當(dāng)延長(zhǎng)梁體保溫覆蓋時(shí)間，并涂刷養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)。3)地基沉降原因的裂縫防治措施主要是做好地質(zhì)勘測(cè)，在施工前做好地基處理。連續(xù)箱梁澆筑前做好沉降觀測(cè)。而支架系統(tǒng)變形引起的裂縫防治則應(yīng)首先對(duì)支架的地基要處理均勻，并對(duì)下臥層的不良土層進(jìn)行處理;其次支架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量分布均勻，其桿件的剛度應(yīng)盡量保持一致，并進(jìn)行預(yù)壓，設(shè)計(jì)合理的預(yù)拱度。4)化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致裂縫防治主要是做好材料進(jìn)場(chǎng)前檢驗(yàn)及施工中材料的抽檢，做到盡量不用堿集料反應(yīng)性骨料，絕不使用氯離子含量不符合國(guó)標(biāo)的外加劑。5)應(yīng)對(duì)溫度變形引起的連續(xù)箱梁裂縫，首先應(yīng)盡量選用低熱或中熱水泥，降低水灰比，改善骨料級(jí)配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來(lái)減少水泥用量，降低水化熱。其次是改善混凝土的攪拌加工工藝，采取措施降低混凝土澆筑時(shí)溫度，在混凝土中摻加一定量的具有減水、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動(dòng)性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現(xiàn)時(shí)間。再次是在北方高溫季節(jié)澆筑箱梁時(shí)盡量在夜間進(jìn)行也可以采用搭設(shè)遮陽(yáng)板等輔助措施控制混凝土的溫升，降低澆筑混凝土的環(huán)境溫度。再者，連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)尺寸較大，溫度應(yīng)力也大，因此要合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束，在梁體內(nèi)部設(shè)置冷卻管道，通冷水或者冷氣冷卻，減小混凝土的內(nèi)外溫差，加強(qiáng)混凝土溫度的監(jiān)控，及時(shí)采取冷卻、保護(hù)措施。最后是注重加強(qiáng)連續(xù)箱梁梁體養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑后，及時(shí)用濕潤(rùn)的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保證梁體表面緩慢冷卻。在寒冷季節(jié)，梁體表面應(yīng)設(shè)置保溫措施，以防止寒潮襲擊。

3 結(jié)語(yǔ)

在鋼筋混凝土連續(xù)橋梁中裂縫傷害是大體積箱梁結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低梁體的抗?jié)B能力，影響梁體的使用功能，而且會(huì)引起梁體內(nèi)鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低橋梁的耐久性，影響橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，因此要對(duì)連續(xù)箱梁裂縫成因進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)中采取各種有效的預(yù)防措施來(lái)預(yù)防裂縫傷害的出現(xiàn)和發(fā)展，保證橋梁結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定地為我國(guó)公路事業(yè)服務(wù)。

[1] 孫向英.32 m預(yù)測(cè)混凝土箱梁裂縫成因測(cè)試分析與研究[J].山西建筑 ，2008 ，34(13):324-325.