淺談鋼筋混凝土橋梁裂縫成因及處理
2014-01-21 來源：土木工程網
一、概述
混凝土橋梁在建造和使用過程中出現裂縫不僅影響橋梁的外觀、影響著橋梁結構的耐久性，嚴重的甚至影響結構的安全性。如果不及時進行處理，橋梁結構的使用壽命將大大縮短，橋梁坍塌的事件也時有發(fā)生。
二、混凝土橋梁裂縫成因分析
混凝土橋梁裂縫按其形成原因總體上可分為5大類：荷載裂縫、溫度裂縫、收縮裂縫、沉降裂縫、腐蝕裂縫。
1．荷載裂縫
荷載裂縫是指鋼筋混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載作用下產生的裂縫。荷載裂縫產生的原因有：
（1）設計計算階段，計算模型不合理；結構受力假設與實際受力不符；荷載少算或漏算；內力與配筋計算錯誤；結構安全系數不夠。結構設計截面承載力不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結構剛度不足；構造處理不當等。
?。?）施工階段，施工機具、材料堆放不合理；預制結構翻身、起吊、運輸、安裝不當，造成結構受力不合理；不按設計圖紙施工，擅自更改結構施工順序，改變結構受力模式；不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。
?。?）使用階段，車輛超載和超速行駛是橋梁出現裂縫的重要原因。超載會使橋梁產生過大的變形，使受拉區(qū)和受剪區(qū)混凝土開裂；超速行駛會對橋梁結構形成強大的沖擊，導致橋梁混凝土局部應力過大，形成裂縫。
2．溫度裂縫
混凝土具有熱脹冷縮性質，當外部環(huán)境或結構內部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉極限應力時就會產生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應力可以達到甚至超出活載應力。引起溫度裂縫主要因素是溫度差，包括：
（1）年溫差。一年四季溫度不斷變化，變化相對緩慢，對橋梁結構的影響主要是導致橋梁的縱向伸縮，一般通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協(xié)調，但結構的位移受到限制時就會引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋超靜定結構，由于結構不能自由伸縮，很容易出現此類裂縫
?。?）日照溫差。橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。
（3）驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表面溫度突然下降，但因內部溫度變化相對較慢而產生溫度梯度，產生裂縫。
?。?）水化熱。出現在施工過程中，大體積混凝土（厚度超過2.0m）澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內部溫度很高，內外溫差太大，致使表面出現裂縫。
?。?）蒸汽養(yǎng)護或冬季施工時施工措施不當，混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均，易出現裂縫。
3．收縮裂縫
在實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因。
?。?）塑性收縮一般發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4-5小時左右，此時水泥水化反應激烈，水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，稱為塑性收縮。
?。?）縮水收縮（干縮）是指混凝土結硬以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小的現象。由于混凝土表層水分損失快，內部損失慢，因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內部混凝土的約束，致使表面混凝土產生拉應力，當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時，便產生收縮裂縫。
4．沉降裂縫
由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結構中產生附加應力，超出混凝土結構的抗拉能力，導致結構開裂。
5．腐蝕裂縫
由于混凝土質量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕引起體積變大，對周圍混凝土產生膨脹應力，導致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結構承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結構破壞。
三、混凝土橋梁裂縫控制措施
《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》規(guī)定，鋼筋混凝土構件計算的最大裂縫寬度不應超過下列規(guī)定限值：（1）ⅰ類和ⅱ類環(huán)境，限值為0.2mm；（2）ⅲ類和ⅳ類環(huán)境，限值為0.15mm。為了達到這樣的標準，就必須對各種裂縫采取相應的控制措施。
1．荷載裂縫
在結構設計方面，結構設計者必須嚴格按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》規(guī)定進行裂縫控制驗算，根據不同的結構部位，采取相應的合理配筋。
2．溫度裂縫
防止因混凝土本身與外界氣溫相差懸殊，處于高溫環(huán)境的構件，應采取隔熱措施，加強養(yǎng)護，尤其在氣溫高、風大且干燥的氣候條件下更應及早噴水。
3．收縮裂縫
防治措施如下：
（1）嚴格控制混凝土配合比，提高混凝土抗裂度；
?。?）加強混凝土構件的早期養(yǎng)護，適當延長養(yǎng)護時間；
?。?）采取密封保水養(yǎng)護措施；
?。?）長期露天堆放的混凝土構件，應經常適當澆水養(yǎng)護；
（5）后張法預應力構件及時張拉；
?。?）發(fā)現混凝土結構有微小裂縫，應及時撒水養(yǎng)護。
4．沉降裂縫
在選擇橋位時，應盡量選擇在基巖和堅硬土層外露或埋藏較淺、地質構造簡單、穩(wěn)定的地段；避免活動型斷層、滑坡、泥石流、強巖溶及其他不良地質地段；設計時要考慮沉降對結構的影響，盡量減小沉降對結構的影響。
5．腐蝕裂縫
設計時應根據規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護層厚度；施工時應控制混凝土的水灰比，加強振搗，保證混凝土的密實性，防止氧氣侵入，同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區(qū)尤其應慎重。
四、混凝土橋梁裂縫處理對策
混凝土橋梁結構或構件一旦出現了裂縫，有的破壞結構整體性，降低構件剛度，影響結構承載力；有的會引起鋼筋銹蝕、降低耐久性，影響正常使用要求。因此，應根據裂縫性質、大小、結構受力情況和使用要求，區(qū)別情況，及時進行治理。
1．裂縫治理原則
?。?）必須充分了解設計意圖和技術要求，嚴格遵循設計和施工規(guī)范的有關規(guī)定。
?。?）應認真分析裂縫產生的原因和性質，根據不同受力情況和使用要求，分別采取不同的治理方法。
（3）裂縫處理后應能保證結構原有的承載能力、整體性以及防水、抗?jié)B性能。處理時要考慮溫度、收縮應力較長時間的影響，以免處理后再出現新的裂縫。
?。?）防止進一步人為的損傷結構和構件，盡量避免大動大補，并盡可能保持原結構的外觀。
?。?）處理方法應從實際出發(fā)，在安全可靠的基礎上，要考慮技術上的可能性，力求施工簡單易行，以符合經濟合理的原則。
2．裂縫修補方法
（1）表面裂縫封閉處理
用切割機（鋸片厚度1.8mm）沿裂縫方向開出深5-10 mm的小才槽；用鋼絲刷清除裂縫周邊的松動物，用高壓空氣將裂縫清吹干凈，用丙酮清洗一遍；用毛刷將裂縫表面涂一層環(huán)氧漿液，待漿液半干后用刮刀將環(huán)氧膠泥刮涂在小槽內，并壓實，處理平整。
（2）內部裂縫修補
內部修補法系用壓漿泵將膠結料壓入裂縫中，由于其凝結、硬化而起到補縫作用，以恢復結構的整體性。
五、結語
綜上所述，混凝土橋梁裂縫的形成因素繁多，影響因素也是多方面的，需要在設計和施工過程中高度重視，嚴格按照相關規(guī)范、技術標準進行設計、施工。在實際使用過程中，必須加強對橋梁的管理，定期對橋梁進行檢查，了解橋梁的使用狀況，損害程度以及裂縫的發(fā)展情況，及時對橋梁狀況做出判斷，并及時進行維修處理，確保橋梁安全運營。
