浅谈钢筋混凝土桥梁裂缝成因及处理

浅谈钢筋混凝土桥梁裂缝成因及处理一、概述混凝土桥梁在建造和使用过程中出现裂缝不仅影响桥梁的外观、影响着桥梁结构的耐久性，严重的甚至影响结构的安全性。如果不及时进行处理，桥梁结构的使用寿命将大大缩短，桥梁坍塌的事件也时有发生。二、混凝土桥梁裂缝成因分析混凝土桥梁裂缝按其形成原因总体上可分为5大类：荷载裂缝、温度裂缝、收缩裂缝、沉降裂缝、腐蚀裂缝。1．荷载裂缝荷载裂缝是指钢筋混凝土桥梁在常规静、动荷载作用下产生的裂缝。荷载裂缝产生的原因有：（1）设计计算阶段，计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。结构设计截面承载力不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当等。（2）施工阶段，施工机具、材料堆放不合理；预制结构翻身、起吊、运输、安装不当，造成结构受力不合理；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。（3）使用阶段，车辆超载和超速行驶是桥梁出现裂缝的重要原因。超载会使桥梁产生过大的变形，使受拉区和受剪区混凝土开裂；超速行驶会对桥梁结构形成强大的冲击，导致桥梁混凝土局部应力过大，形成裂缝。2．温度裂缝混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉极限应力时就会产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。引起温度裂缝主要因素是温度差，包括：（1）年温差。一年四季温度不断变化，变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向伸缩，一般通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，但结构的位移受到限制时就会引起温度裂缝，例如拱桥、刚架桥超静定结构，由于结构不能自由伸缩，很容易出现此类裂缝（2）日照温差。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。（3）骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度，产生裂缝。（4）水化热。出现在施工过程中，大体积混凝土（厚度超过2.0m）浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。（5）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。3．收缩裂缝在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因。（1）塑性收缩一般发生在施工过程中、混凝土浇筑后4-5小时左右，此时水泥水化反应激烈，水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，称为塑性收缩。（2）缩水收缩（干缩）是指混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小的现象。由于混凝土表层水分损失快，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，致使表面混凝土产生拉应力，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。4．沉降裂缝由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。5．腐蚀裂缝由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋锈蚀，钢筋锈蚀引起体积变大，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，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。三、混凝土桥梁裂缝控制措施《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定，钢筋混凝土构件计算的最大裂缝宽度不应超过下列规定限值：（1）ⅰ类和ⅱ类环境，限值为0.2mm；（2）ⅲ类和ⅳ类环境，限值为0.15mm。为了达到这样的标准，就必须对各种裂缝采取相应的控制措施。1．荷载裂缝在结构设计方面，结构设计者必须严格按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定进行裂缝控制验算，根据不同的结构部位，采取相应的合理配筋。2．温度裂缝防止因混凝土本身与外界气温相差悬殊，处于高温环境的构件，应采取隔热措施，加强养护，尤其在气温高、风大且干燥的气候条件下更应及早喷水。3．收缩裂缝防治措施如下：（1）严格控制混凝土配合比，提高混凝土抗裂度；（2）加强混凝土构件的早期养护，适当延长养护时间；（3）采取密封保水养护措施；（4）长期露天堆放的混凝土构件，应经常适当浇水养护；（5）后张法预应力构件及时张拉；（6）发现混凝土结构有微小裂缝，应及时撒水养护。4．沉降裂缝在选择桥位时，应尽量选择在基岩和坚硬土层外露或埋藏较浅、地质构造简单、稳定的地段；避免活动型断层、滑坡、泥石流、强岩溶及其他不良地质地段；设计时要考虑沉降对结构的影响，尽量减小沉降对结构的影响。5．腐蚀裂缝设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度；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，沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。四、混凝土桥梁裂缝处理对策混凝土桥梁结构或构件一旦出现了裂缝，有的破坏结构整体性，降低构件刚度，影响结构承载力；有的会引起钢筋锈蚀、降低耐久性，影响正常使用要求。因此，应根据裂缝性质、大小、结构受力情况和使用要求，区别情况，及时进行治理。1．裂缝治理原则（1）必须充分了解设计意图和技术要求，严格遵循设计和施工规范的有关规定。（2）应认真分析裂缝产生的原因和性质，根据不同受力情况和使用要求，分别采取不同的治理方法。（3）裂缝处理后应能保证结构原有的承载能力、整体性以及防水、抗渗性能。处理时要考虑温度、收缩应力较长时间的影响，以免处理后再出现新的裂缝。（4）防止进一步人为的损伤结构和构件，尽量避免大动大补，并尽可能保持原结构的外观。（5）处理方法应从实际出发，在安全可靠的基础上，要考虑技术上的可能性，力求施工简单易行，以符合经济合理的原则。2．裂缝修补方法（1）表面裂缝封闭处理用切割机（锯片厚度1.8mm）沿裂缝方向开出深5-10mm的小才槽；用钢丝刷清除裂缝周边的松动物，用高压空气将裂缝清吹干净，用丙酮清洗一遍；用毛刷将裂缝表面涂一层环氧浆液，待浆液半干后用刮刀将环氧胶泥刮涂在小槽内，并压实，处理平整。（2）内部裂缝修补内部修补法系用压浆泵将胶结料压入裂缝中，由于其凝结、硬化而起到补缝作用，以恢复结构的整体性。五、结语综上所述，混凝土桥梁裂缝的形成因素繁多，影响因素也是多方面的，需要在设计和施工过程中高度重视，严格按照相关规范、技术标准进行设计、施工。在实际使用过程中，必须加强对桥梁的管理，定期对桥梁进行检查，了解桥梁的使用状况，损害程度以及裂缝的发展情况，及时对桥梁状况做出判断，并及时进行维修处理，确保桥梁安全运营。