混凝土橋梁裂縫及其成因分析
2017-02-27
目前，在我國(guó)很多地方和地區(qū)混凝土橋梁在使用過程中出現(xiàn)裂縫，為保證混凝土橋梁有良好的耐久性和結(jié)構(gòu)安全，需要進(jìn)行裂縫處治和加固的施工工藝。
一、混凝土橋梁裂縫的分類?；炷翗蛄航Y(jié)構(gòu)的裂縫是固體材料中某種不連續(xù)的現(xiàn)象，是由材料內(nèi)部的初始缺陷、細(xì)微裂縫擴(kuò)展引起的。引起裂縫的原因很多，但可歸結(jié)成兩大類。第一類，由變形引起的裂縫，也稱為非結(jié)構(gòu)性裂縫。如溫度變化、混凝土收縮、地基不均勻沉降等因素引起的變形，當(dāng)此變形得不到滿足，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生自應(yīng)力，當(dāng)這種自應(yīng)力超過混凝土允許應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生混凝土裂縫。第二類，由外部荷載引起的裂縫，也稱為結(jié)構(gòu)性裂縫、受力裂縫；其裂縫與荷載相對(duì)應(yīng)，預(yù)示結(jié)構(gòu)承載力可能不足或者存在嚴(yán)重問題。
二、非結(jié)構(gòu)性裂縫產(chǎn)生的原因。（一）塑性裂縫?；炷猎谒軕B(tài)階段產(chǎn)生的裂縫通稱為塑性裂縫。它是各類現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中常見的一種早期裂縫。（二）收縮裂縫。當(dāng)混凝土成形后，表面水分蒸發(fā)，內(nèi)外干縮量不一樣，因而混凝土表面收縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，或受其他約束產(chǎn)生拉應(yīng)力。而混凝土早期強(qiáng)度較低，因而出現(xiàn)收縮裂縫。（三）溫度裂縫。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溫度變形受到約束，在混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度，混凝土即會(huì)出現(xiàn)裂縫，這種裂縫稱為溫度裂縫。（四）施工縫處理不當(dāng)引起的裂縫。施工縫如果處理不好，由于混凝土收縮或受力變形后會(huì)產(chǎn)生裂縫。如地震作用、鋼筋腐蝕、火災(zāi)事故等原因同樣也會(huì)產(chǎn)生裂縫，從而降低結(jié)構(gòu)的受力性能和耐久性能。
三、荷載引起的裂縫。橋梁混凝土在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載作用下引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有計(jì)算模型不合理結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)有些受力部分不計(jì)算或漏算；結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際受力不符；超重車輛的增加造成結(jié)構(gòu)物實(shí)際受到的荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)算的荷載這樣就早成內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤；與實(shí)際不符，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮施工的可能性；個(gè)別設(shè)計(jì)斷面不足；鋼筋設(shè)置偏少或布置錯(cuò)誤；結(jié)構(gòu)剛度不足；構(gòu)造處理不當(dāng)；設(shè)計(jì)圖紙交代不清等。
四、收縮引起的裂縫。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，當(dāng)水泥與水接觸后其礦物成分與水起水化反應(yīng)生成水化物，水化物的體積是水泥的2倍多。
五、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：（一）地質(zhì)勘察精度不夠、試驗(yàn)資料不準(zhǔn)。（二）地基地質(zhì)差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁，河溝處的地質(zhì)與山坡處變化較大，河溝中甚至存在軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。（三）結(jié)構(gòu)荷載差異太大。（四）分期建造的基礎(chǔ)。在原有橋梁基礎(chǔ)附近新建橋梁時(shí)，如分期修建的高速公路左右半幅橋梁，新建橋梁荷載或基礎(chǔ)處理時(shí)引起地基土重新固結(jié)，均可能對(duì)原有橋梁基礎(chǔ)造成較大沉降。（五）地基凍脹。
六、鋼筋銹蝕引起的裂縫。由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長(zhǎng)約2～4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)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(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。施工工藝質(zhì)量引起的裂縫：在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫，特別是細(xì)長(zhǎng)薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異。
結(jié)語(yǔ)：混凝土橋梁裂縫是一個(gè)普遍的技術(shù)問題，通過近代混凝土強(qiáng)度理論的亞微觀研究和大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，都說明混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，細(xì)微裂縫對(duì)使用無多大危害。在混凝土橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算理論中，構(gòu)件是允許帶裂縫工作的，但應(yīng)控制裂縫的寬度不能過寬?；炷翗蛄航Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫也是有方法修補(bǔ)和加固的，在找出裂縫產(chǎn)生的真正原因后，采用正確、合理的修復(fù)材料和方法，就能實(shí)現(xiàn)橋梁構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)、改善結(jié)構(gòu)性能，提高橋梁的承載能力和通行能力，從而延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊?。由上述可知，設(shè)計(jì)疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力，均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。因此，嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理，是保證結(jié)構(gòu)安全耐用的前提和基礎(chǔ)。在運(yùn)營(yíng)管理過程中，進(jìn)一步加強(qiáng)巡查和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題，也是相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
作者單位：青海省大武公路段
參考文獻(xiàn)：
[1]蒙云,盧波.橋梁加固與改造[M].北京.人民交通出版社.2004.
