公路橋梁施工裂縫的成因與策略

周再榮

(貴州省遵義公路管理局)

0 前言

通過大量理論分析和工程實(shí)踐的發(fā)現(xiàn)，一般鋼筋混凝土橋梁構(gòu)件都是帶裂縫工作的，通常這些裂縫很細(xì)小，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的危害不大，細(xì)小裂縫是允許存在的，然而這些裂縫可能在外界物理和化學(xué)因素作用下或者使用荷載作用下不斷增多并延伸發(fā)展，導(dǎo)致混凝土發(fā)生碳化、表面保護(hù)層脫落及內(nèi)部鋼筋發(fā)生銹蝕，耐久性降低，嚴(yán)重時(shí)則發(fā)生重大垮塌事件。公路橋梁施工裂縫的成因比較復(fù)雜，可能受到多種因素相互影響。以下將對(duì)公路橋梁的施工裂縫的成因以及恰當(dāng)預(yù)防處理策略作分析研究。

1 混凝土公路橋梁施工裂縫的成因

1.1 荷載引起的裂縫

公路橋梁的混凝土構(gòu)件在常規(guī)的各種荷載作用下或者次應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫一般稱為荷載裂縫。通常主要分為直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫兩類。外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫就是直接應(yīng)力裂縫;次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。

1.2 溫度變化引起的裂縫

眾所周知，混凝土具有熱脹冷縮的特點(diǎn)。如果環(huán)境溫度或者結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生改變時(shí)，混凝土可能會(huì)產(chǎn)生變形，變形遭到周圍的約束，那么會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫。在某些大跨度公路橋梁工程中發(fā)現(xiàn)溫度應(yīng)力能夠達(dá)到甚至超過其活載應(yīng)力。溫度裂縫最主要特征是隨溫度變化而擴(kuò)張或并攏，這一點(diǎn)是不同于其他類型的裂縫。圖1為大體積混凝土的溫度、應(yīng)力分布和裂縫圖。

圖1 大體積混凝土的溫度、應(yīng)力分布和裂縫圖

1.3 收縮引起的裂縫

在混凝土硬化后，表層水分會(huì)逐漸蒸發(fā)，濕度慢慢降低，其體積也會(huì)隨之減小，這個(gè)現(xiàn)象稱之為縮水收縮(也稱為干縮)。由于混凝土表層水分蒸發(fā)的很快，內(nèi)部損失卻很少，因此會(huì)發(fā)生內(nèi)部收縮小、表面收縮大的不均勻收縮現(xiàn)象，內(nèi)部混凝土?xí)s束表面收縮變形，導(dǎo)致表面混凝土承受拉力，當(dāng)表面混凝土承到的拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)收縮裂縫。

1.4 地基變形引起的裂縫

由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。基礎(chǔ)不均勻沉降的主要原因有以下幾種，地質(zhì)勘察精度不夠、試驗(yàn)資料不準(zhǔn)沒有充分掌握地質(zhì)情況就設(shè)計(jì)和施工。這是造成地基不均勻沉降的主要原因。

圖2 不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫示意圖

1.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫

如果混凝土的質(zhì)量較差或鋼筋的保護(hù)層厚度不夠，混凝土的保護(hù)層就會(huì)受侵蝕，炭化到鋼筋的表面，鋼筋周圍混凝土堿度就會(huì)隨之降低，或者由于氯化物的介入使鋼筋周圍氯離子含量非常高，都能夠引起鋼筋表面氧化膜的破壞，氧氣、水分與鐵離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氧化鐵，這種氧化物的體積會(huì)膨脹，因此鋼筋周圍的混凝土就會(huì)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，保護(hù)層的混凝土就會(huì)發(fā)生開裂剝離，沿著鋼筋的縱向會(huì)出現(xiàn)裂縫。鋼筋發(fā)生銹蝕使得有效面積減小，混凝土和鋼筋握裹力會(huì)減弱，結(jié)構(gòu)承載力也就隨之下降，甚至?xí)T發(fā)其他類型的裂縫，加快鋼筋銹蝕過程。

2 預(yù)防施工裂縫的措施

預(yù)防施工裂縫的關(guān)鍵在于施工過程中的養(yǎng)護(hù)檢測(cè)工作要到位。在公路橋梁施工過程中，必須加強(qiáng)橋梁的巡查工作，分析橋梁構(gòu)造物現(xiàn)有裂縫的出現(xiàn)原因，有目的性的對(duì)橋梁一般病害進(jìn)行加固修復(fù)。還要平衡路橋養(yǎng)護(hù)的比例，防止發(fā)生重路面養(yǎng)護(hù)、輕橋梁養(yǎng)護(hù)的錯(cuò)誤觀念。在每年的日常養(yǎng)護(hù)計(jì)劃工作中，分配必要的經(jīng)費(fèi)來保證橋梁維修養(yǎng)護(hù)的一般需求費(fèi)用，以便橋梁的日常養(yǎng)護(hù)工作的順利進(jìn)行。對(duì)公路橋梁進(jìn)行普查記錄，認(rèn)真完善的做好橋梁技術(shù)檔案工作。在定期檢查的基礎(chǔ)上不定期安排工作人員對(duì)橋梁進(jìn)行專項(xiàng)調(diào)查，對(duì)公路橋梁的技術(shù)狀況有清晰的認(rèn)識(shí)。加強(qiáng)技術(shù)人員的能力培訓(xùn)，通過進(jìn)行培訓(xùn)來提高養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)人員對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)管理的認(rèn)識(shí)水平，使技術(shù)人員在工作中掌握檢查、檢測(cè)維修及加固的工程措施。還必須加大對(duì)橋梁檢查檢測(cè)工程設(shè)備的投入，使檢查的技術(shù)手段科學(xué)化、現(xiàn)代化。

防止沉降裂縫的方法主要有科學(xué)設(shè)計(jì)支架搭設(shè)并嚴(yán)格進(jìn)行施工，通過對(duì)支架全面積預(yù)壓來消除非彈性的變形，在混凝土中加減水劑減少泌水，保證保護(hù)層的厚度，混凝土施工時(shí)可以采用二次抹面的方法。防止收縮裂縫的措施有加強(qiáng)早期混凝土的養(yǎng)護(hù)以減小水份的蒸發(fā)速度，例如在結(jié)構(gòu)外表面覆蓋麻袋等澆水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，防止溫度裂縫的措施主要有合理設(shè)計(jì)混凝土的澆筑速度和澆筑順序;在冬天施工時(shí)混凝土表面須覆蓋保溫，在夏天施工時(shí)骨料須進(jìn)行灑水降溫，防止干縮裂縫的措施有設(shè)計(jì)過程中布置足夠的分布筋來控制裂縫的產(chǎn)生，施工時(shí)，盡可能增大骨料粒徑，增加骨料用量，減小水灰比，在施工結(jié)束后加強(qiáng)混凝土的濕治養(yǎng)護(hù)。

某沿海高速公路特大橋工程，該公路橋梁長度為1 585.54 m。主橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)，尺寸為67.5 m+2×110 mm+67.5 m，采用深水高樁承臺(tái)基礎(chǔ)形式，承臺(tái)項(xiàng)目施工采用的方法是鋼吊箱圍堰。承臺(tái)截面形式為中間為長方形和兩側(cè)為半圓形，工程采用標(biāo)號(hào)為C30的混凝土材料。通過統(tǒng)計(jì)單個(gè)承臺(tái)的混凝土為845 m3，是典型的大體積混凝土結(jié)構(gòu)。在混凝土澆筑結(jié)束后，通過覆蓋塑料薄膜和養(yǎng)生布的方式對(duì)混凝土進(jìn)行了保濕養(yǎng)護(hù)。在混凝土澆筑完成后，及時(shí)灑水并養(yǎng)護(hù)一周，使混凝土表面始終保持濕潤狀態(tài)。在縱向和橫向的對(duì)稱軸上設(shè)置了一定數(shù)量的測(cè)溫孔，中心測(cè)溫點(diǎn)設(shè)置于混凝土的一半厚度處，每6 h對(duì)其中心溫度和表面溫度測(cè)量一次。表1和表2分別為大橋承臺(tái)混凝土配合比和混凝土溫度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值。在施工過程中環(huán)境溫度在15～26℃之間，在混凝土澆筑結(jié)束后60 h，混凝土的中心溫度最高達(dá)到63℃，然后該溫度持續(xù)了12 h，接著開始小幅下降，在養(yǎng)護(hù)一周后混凝土的溫度下降到34℃，混凝土的表面未出現(xiàn)斜向裂縫和貫通裂縫。

表1 大橋承臺(tái)混凝土配合比

表2 混凝土溫度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值

通過該工程，可以看出在橋梁工程的混凝土澆筑過程中保濕養(yǎng)護(hù)可以有效的減防止施工裂縫的產(chǎn)生。在澆筑過程中，在混凝土中布置冷卻水管，通過水循環(huán)作用對(duì)混凝土內(nèi)部進(jìn)行降溫。在澆筑混凝土結(jié)束后，應(yīng)該及時(shí)采用灑水并覆蓋塑料薄膜或者養(yǎng)生布的方法對(duì)其進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。在灑水養(yǎng)護(hù)的過程應(yīng)該不少于一周，同時(shí)必須使混凝土表面一直處于濕潤狀態(tài)。在公路橋梁工程施工過程中要完全避免裂縫的產(chǎn)生是不可能的，但是施工技術(shù)人員可以找出裂縫出現(xiàn)的原因，認(rèn)真分析研究，通過相應(yīng)的工程措施是完全有可能減少或控制裂縫的出現(xiàn)。

3 結(jié)束語

混凝土公路橋梁出現(xiàn)的施工裂縫的原因主要有以上幾類，通過采取合理的設(shè)計(jì)和施工措施來控制大的裂縫出現(xiàn)是任何工程技術(shù)人員都必須加強(qiáng)理解和及時(shí)預(yù)防的，所以嚴(yán)格遵照國家相關(guān)規(guī)范條文和相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理，是確保工程結(jié)構(gòu)安全耐用的基礎(chǔ)和前提。進(jìn)一步深入理解施工裂縫的出現(xiàn)和掌握預(yù)防處理的措施，在施工管理過程中是非常有意義的。

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