桥梁横梁裂缝原因浅析及处理

桥梁横梁裂缝原因浅析及处理目前我国正处于交通基础建设的快速发展时期，各地兴建了大量的混凝土桥梁，取得了很多宝贵的实践经验，施工方案和机械化施工水平明显提升，完成了一座座举世瞩目的大桥。但是在许多工程中由于各种原因致使桥梁出现质量事故的也不在少数，而由于混凝土裂缝而影响工程质量甚至造成桥梁直接倒塌的案例也不少见，因此作为工程技术人员必须对裂缝引起足够的重视。裂缝产生的原因是多方面，并不是由单一原因造成的，它的多因性也经常困扰着工程技术人员，要想控制或减少裂缝的产生，有必要了解其产生机理，在施工中加以控制。浙江某大桥0号块在支架上现浇，从当天上午开始浇注，第二天上午完成，共浇注时间约为25个小时。第四天开始拆模，在所有现浇支架均未拆除的情况下一拆模就发现有多条裂缝，宽度较大。根据检测单位的检测报告，最大的裂缝宽度达到1.4mm，而且是贯通的，横梁的发展趋势基本是从底面向上发展。1裂缝产生原因综述裂缝产生的形式和种类很多，正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效控制和减少混凝土裂缝产生的最有效途径。广义上讲，裂缝产生有两种原因。一种是由荷载引起的，我们称这种裂缝为结构性裂缝，是承载力不足的结果；另一种为由于变形受约束引起的，此类裂缝称为非机构性裂缝，如温度变化、混凝土收缩、基础不均匀沉降等因素引起的变形，当变形受到约束，在结构内部产生次应力，由于混凝土的早期抗拉强度比较低，因此产生的次应力很容易就超过了混凝土的抗拉强度，引起混凝土开裂。1.1混凝土的收缩收缩是混凝土的一个主要特性，对混凝土的性能有很大影响。由于收缩而产生的微观裂缝一旦发展，则有可能引起结构物的开裂、变形甚至破坏。产生收缩裂缝的原因，一般认为在施工阶段因水泥水化热及外部气温的作用引起混凝土收缩而产生的裂缝。多为规则的条状，很少交叉。研究结果表明混凝土干缩率大体在（2～10）/万的范围内。收缩裂缝多发生在混凝土表面上，裂缝较浅而细，对于高度较大的预应力混凝土梁，一般在腰部产生竖向裂缝，且多集中在构件的中部，中间宽两头窄，至梁的上缘及下缘逐渐消失，呈“枣核”形。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。1.2混凝土材料及配合比配合比设计不当直接影响混凝土的抗拉强度，是造成混凝土开裂不可忽视的原因。配合比不当指水泥用量过大，水灰比大，含砂率不适当，骨料种类不佳，选用外加剂不当等，这几个因素是互相关联的。有关试验资料显示：用水量不变时，水泥用量每增加10%，混凝土收缩增加5%；水泥用量不变时，用水量每增加10%，混凝土强度降低20%，混凝土与钢筋的粘结力降低10%.总结的原因有如下方面：（1）粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生；（2）骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单方用灰量、用水量增多，收缩量增大；（3）混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩；（4）水泥品种原因，矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大。1.3施工及现场养护原因（1）现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生。（2）高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值大。（3）大体积混凝土浇注，对水化计算不准、现场混凝土降温及保温工作不到位，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，混凝土产生温度裂缝。（4）现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。（5）现场模板拆除不当，引起拆模裂缝或拆模过早。这些因素都会造成混凝土较大的收缩，致使混凝土微观裂缝迅速扩展，形成宏观裂缝。养护是使混凝土正常硬化的重要手段，养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。1.4外界因素支架不均匀沉降，产生沉降裂缝。1.5温度裂缝混凝土硬化中，水泥放出大量水化热（内部温度可达70℃），造成其内外温差大，表面受内部混凝土的约束，将产生很大应力，使混凝土因早期强度低而产生裂缝。因此，为防治水化热引起的裂缝，施工前应计算升温峰值、内外温差及降温速率，制定相应的技术措施，防止和控制温度裂缝，确保工程质量。混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，应该采取以下控制温度的措施。（1）采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。（2）降低混凝土入模温度。a、降低原材料进入搅拌机的温度如夏季在水箱内加冰块，降低水温；粗骨料遮阳防晒，并洒冷水降温；细骨料遮阳防晒；散装水泥提前储备，避免新出厂水泥温度过高。采取以上措施最大限度降低混凝土出机温度。b、夏季混凝土运输车加保温套或对罐体喷淋冷水降温。混凝土泵送管道遮阳防晒。c、混凝土浇筑作业面遮阳，减少混凝土冷量损失。d、控制浇注温度。应调整施工时间，尽量选择低温及夜间施工；考虑到冷量损失在浇注过程中影响较大，因此要加快运输，缩短浇注时间。（3）降低混凝土水化热。a、选择中低热品种水泥，优先选用矿渣硅酸盐水泥。b、掺人一定比例的粉煤灰。c、掺人高效减水剂。d、掺加缓凝剂。e、热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热。（4）控制混凝土的出机温度。对混凝土出机温度影响大的是石子和水的温度，砂的温度次之，水泥的温度影响最小。气温较高时，为防止阳光直接照射，砂石堆应设遮阳棚，并喷冷水降温。拌合用水可加冰，使水温度控制在5℃，混凝土出机温度应控制在18-20℃为宜。（5）规定合理的拆模时间。此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，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贯穿性裂缝的发生为主。为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂（如微膨胀剂、减水防裂剂）也是减少开裂的措施之一。使用减水防裂剂的其主要作用为：a.混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低；b.水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25％；c.水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15％的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充；d.减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形；e.提高水泥浆与骨料的粘结力，提高混凝土的抗裂性能；f.混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效的提高混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能；g.掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩；h.掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。2大桥裂缝产生的主要原因裂缝产生后业主及时组织专家及相关人员赴现场查看，对裂缝产生的原因进行了分析，认为横梁裂缝是多种因素综合影响的结果，主要包括施工工艺、气温条件、混凝土材性、支架系统以及混凝土水化热影响等因素。但是主要的原因是：1、现场施工气温高，最高时达40℃以上，风速大湿度低，加上高标号混凝土产生的大量水化热以及烈日暴晒，致使梁体的内外温差远远超过25℃。2、混凝土的初凝时间仅为3小时，远小于浇筑时间，上层混凝土在浇筑的过程中，下层混凝土已经初凝，在荷载的作用下就会出现裂缝。3对横梁的处理本次桥梁裂缝的特点主要表现在通长的和贯通的裂缝较多，裂缝的宽度较大，大多数裂缝均从横梁底面向上延伸发展，部分裂缝有继续发展的趋势。说明性状比较严重，必须引起高度重视，认真对待。专家组建议由设计单位通过验算提出意见，看横梁裂缝处理后是否还具有继续使用的可能性。设计单位认为从理论上讲通过对较大裂缝采取压力注浆法及对细小裂缝采取涂膜封闭法处理后再进行预应力张拉，可以满足受力的需要，但是根据检测单位报告，横梁有部分裂缝已经贯穿，致使结构的刚度下降，横梁的抗弯、抗剪能力减小，即使对裂缝进行修补，也会严重影响构件未来的使用，使结构的耐久性下降，导致桥梁的使用寿命缩短。另外横梁的部分钢筋可能已经受拉破坏，内部混凝土是否有破碎夹层也未知，如有破碎层存在，则受力方面肯定大受影响，无法满足设计要求，建议对横梁凿除后重新浇筑。处理方法：凿除位置布置在以d0横梁为中心至横梁四周倒角处的位置（图2阴影部分）考虑此横梁拆除施工时的震动及工期的要求，如果沿用传统的风镐，则震动较大且工期较长；若用爆破作业，则会产生很大的震动，对施工造成安全隐患，无法解决保护原主体结构的基本要求。鉴于上述要求，本次凿除工具采用钻石钢线切割法结合风镐。横梁顶面同行车道板同厚度的部分先用风镐凿除，使横梁成为单独的块件。横梁主体部位采用钻石钢线切割法，根据吊装重量分段切割，至靠近主体结构的切割边缘线1m左右范围内混凝土采用风镐凿除，保留该段钢筋，以便与新浇筑横梁内钢筋连接。凿除后新浇横梁浇筑时应在两端靠近边主梁的两侧分别设置1m的后浇带，在混凝土中掺人适量的膨胀剂。钻石钢线切割法作为一项新型的施工技术，受到了众多建筑业人士的关注与兴趣，该设备由大功率油压机、传动定位滑轮及带有金刚石锯齿的钢线组合而成，油压马达通过传动滑轮带动钢线围绕被切割物体高速旋转进行切割，具有施工作业速度快、噪音低、无震动、无粉尘废气污染等优点，而且切口平直光滑，无须做善后加工处理。采用该技术，对于一些对施工有特殊要求的工程，如工期紧迫、环保要求高，以及一些大型混凝土结构拆卸、切割的工程，这些难题即可迎刃而解。在后面重新浇筑的时候，施工单位根据提出的意见对施工工艺进行了改进，没有出现裂缝，效果良好。4结束语混凝土桥梁的裂缝是一个较复杂的问题，它涉及到管理、设计、施工等各个方面，某一环节稍有疏忽均可能导致裂缝的出现，引起钢筋的锈蚀，影响整座桥梁结构的耐久性，造成很大的经济损失。本文简单的阐述了裂缝产生的原因及最终的处理措施，供工程实践借鉴，以尽量避免这些问题的出现，使国家有限的建设资金发挥最大的经济效益