談混凝土橋梁裂縫的安全評(píng)估

王慶寧

(北京鐵路局北京鐵建工程監(jiān)理有限公司，河北石家莊 050000)

混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因復(fù)雜并且種類繁多。裂縫的出現(xiàn)不僅會(huì)有損于橋梁的美觀，減小混凝土的受力面積，使結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋暴露在空氣中，加速鋼筋的銹蝕，進(jìn)而嚴(yán)重影響到橋梁的承載性和耐久性，所以需要對(duì)混凝土橋梁裂縫綜合進(jìn)行分析并對(duì)安全等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。

1 裂縫類型及產(chǎn)生原因

雖然鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用條件下，允許有一定限度的細(xì)小裂縫存在，但也有一些結(jié)構(gòu)是不允許有裂縫出現(xiàn)的，如全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。但是如果出現(xiàn)較大的裂縫，就需要對(duì)其加以控制，并找到產(chǎn)生的具體原因，必要時(shí)還需要采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

1.1 荷載引起的裂縫

由于荷載引起的裂縫按照應(yīng)力作用方式的不同，可以分為直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫兩種。

在外荷載的作用下因直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫稱為直接應(yīng)力裂縫。其產(chǎn)生的主要原因有:在施工的時(shí)候，施工材料與機(jī)具雜亂無(wú)章的堆放;起吊、運(yùn)輸和安裝的不規(guī)范;另外，由于不依照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，導(dǎo)致其受力模式的改變。

在外荷載的作用下因次生應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫稱為次生應(yīng)力裂縫。其產(chǎn)生的主要原因有:在施工過程中經(jīng)常需要在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)鑿槽、開洞、設(shè)置牛腿等，構(gòu)件在受力和開孔后，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力流繞射的現(xiàn)象，因此在進(jìn)行大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)橋梁施工中，需要根據(jù)跨中截面內(nèi)力作用大小的不同，適當(dāng)截?cái)噤撌⒃O(shè)置錨頭，這樣裂縫就可以轉(zhuǎn)移到錨固斷面附近。

1.2 溫度變化引起的裂縫

利用大體積混凝土對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行澆筑施工時(shí)，由于基礎(chǔ)是堅(jiān)硬基巖或厚度較大的舊混凝土表面，結(jié)構(gòu)的整體性不強(qiáng)，混凝土受室溫及水化熱反應(yīng)所產(chǎn)生熱量的影響，造成混凝土內(nèi)部溫度明顯高于外部溫度，以至于混凝土在降溫過程中收縮變形，受到基巖和舊混凝土墊層兩方面的約束，混凝土的內(nèi)部將會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)大的拉應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生約束裂縫。通常這種類型的裂縫會(huì)在混凝土澆筑完成后2個(gè)月～3個(gè)月后出現(xiàn)，裂縫的深度較大，有時(shí)候可能貫穿整個(gè)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的整體性受到一定程度的破壞。

1.3 收縮引起的裂縫

在施工工程中，收縮裂縫可以說(shuō)是混凝土結(jié)構(gòu)的最常見裂縫，也是影響混凝土結(jié)構(gòu)變形的因素。

在混凝土施工過程中塑性收縮變形大部分發(fā)生在澆筑完成后4 h～5 h，這個(gè)時(shí)候混凝土的水化反應(yīng)劇烈，正是分子鏈的形成階段，水分迅速蒸發(fā)，混凝土在急劇失水后發(fā)生收縮變形，此時(shí)骨料也由于自重因素下沉。所以在混凝土施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比，攪拌時(shí)間及下料速度，振搗要達(dá)到充分密實(shí)，在豎向變截面處盡量分層澆筑。

混凝土結(jié)構(gòu)硬結(jié)后會(huì)出現(xiàn)縮水收縮，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)表面水分逐漸蒸發(fā)后，濕度也隨之下降，混凝土體積逐漸減小，也就是施工中俗稱的干縮現(xiàn)象。因混凝土結(jié)構(gòu)表層暴露在大氣中，水分損失相對(duì)比內(nèi)部較快，內(nèi)外收縮應(yīng)力不均勻，混凝土結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于其抗壓強(qiáng)度，所以混凝土表面承受拉力過大時(shí)，裂縫很自然就出現(xiàn)了。

1.4 地基沉降引起的裂縫

在基礎(chǔ)發(fā)生豎向不均勻沉降或產(chǎn)生水平方向位移的時(shí)候，結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生附加應(yīng)力，當(dāng)附加應(yīng)力達(dá)到并超過混凝土結(jié)構(gòu)抗拉極限時(shí)，結(jié)構(gòu)便產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。探究其產(chǎn)生的原因，主要是由于在施工過程中基礎(chǔ)類型差異較大，在同一連續(xù)梁施工中，采用不同的基礎(chǔ)類型，例如某個(gè)橋墩采用了樁基礎(chǔ)而相鄰的采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，即使都采用了樁基礎(chǔ)，但是有的樁徑長(zhǎng)有的樁徑短，造成了樁徑差異過大，諸如此類的現(xiàn)象都將誘發(fā)地基的不均勻沉降的發(fā)生。特別在分期建造基礎(chǔ)過程中也可能出現(xiàn)地基不均勻沉降，如分期修建的鐵路橋梁，舊橋已經(jīng)加載梁荷載，新建橋梁荷載會(huì)引起舊橋基礎(chǔ)應(yīng)力重分配，可能會(huì)造成舊橋基礎(chǔ)產(chǎn)生較大沉降。此外，橋梁經(jīng)過不良地質(zhì)構(gòu)造地段也會(huì)引起地基不均勻沉降。

1.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫

當(dāng)采用劣質(zhì)混凝土或者保護(hù)層厚度過低時(shí)，空氣中的二氧化碳會(huì)透過混凝土保護(hù)層侵蝕到內(nèi)部鋼筋表面，降低了鋼筋附近混凝土的堿度，另外氯離子會(huì)聚集在鋼筋周圍，這些情況都會(huì)破壞鋼筋表面氧化膜?；炷两Y(jié)構(gòu)中的氧氣和水會(huì)與鋼筋中的鐵離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生氫氧化鐵，加大了混凝土自身的膨脹應(yīng)力，從而引起混凝土保護(hù)層開裂，裂縫沿著鋼筋縱向不斷發(fā)展。隨著鋼筋銹蝕反應(yīng)的繼續(xù)，鋼筋與混凝土之間的箍握力逐漸減弱，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力降低，增加了其他形式裂縫發(fā)生的幾率，促使鋼筋銹蝕速度加快，最后造成結(jié)構(gòu)的整體破壞。

1.6 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

混凝土的施工工藝也是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的主要因素，現(xiàn)澆混凝土及其構(gòu)件在制作、拆模等階段應(yīng)特別重視施工的工藝質(zhì)量，如果工藝質(zhì)量過低，將會(huì)引起縱向和橫向等多種裂縫。產(chǎn)生的具體原因包括以下幾種:1)當(dāng)上層鋼筋已經(jīng)綁扎好后，如發(fā)生胡亂踩踏現(xiàn)象，容易產(chǎn)生垂直于鋼筋方向的裂縫。2)混凝土振搗不均勻，密實(shí)度不足，容易產(chǎn)生麻面與空洞等現(xiàn)象，是引起鋼筋銹蝕腐化的主要因素。3)在澆筑混凝土過程中，如果速度過快，會(huì)降低混凝土的流動(dòng)性，造成混凝土硬化前后沉實(shí)程度不足及過大，易在澆筑過后形成塑性收縮裂縫。4)當(dāng)混凝土需要進(jìn)行分段澆筑的時(shí)候，接頭部位處理的好壞對(duì)裂縫的生成影響較大。裂縫很容易在新舊混凝土的交界地段產(chǎn)生，如果在澆筑過程中遇到下雨及停電等因素，造成后澆筑混凝土在前澆筑混凝土初凝后澆筑，易產(chǎn)生水平裂縫;另外混凝土接觸面處理不妥，清洗不徹底，很容易造成新舊混凝土結(jié)合面處粘結(jié)力不足，從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。5)模板的剛度也是影響裂縫產(chǎn)生的因素之一，模板會(huì)在施工中由于某種原因造成側(cè)向壓力過大，使得模板變形。另外拆模過早也會(huì)使構(gòu)件因施工荷載產(chǎn)生裂縫。

2 裂縫的安全評(píng)估

裂縫的持續(xù)發(fā)展會(huì)影響到橋梁的使用壽命，所以對(duì)裂縫進(jìn)行觀察和監(jiān)測(cè)是十分必要的。

任何混凝土結(jié)構(gòu)都會(huì)存在開裂現(xiàn)象，裂縫的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要看是否威脅到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與耐久性。因此在施工過程中應(yīng)根據(jù)具體情況判斷裂縫的安全限度，例如剛架和組合結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)具有較大安全承載能力，結(jié)構(gòu)的韌性較好，當(dāng)發(fā)生較大變形時(shí)也不至于出現(xiàn)倒塌破壞現(xiàn)象，因此可以存在少量不危及結(jié)構(gòu)安全的裂縫。在處理具體問題時(shí)可根據(jù)裂縫的實(shí)際情況制定相應(yīng)的管理標(biāo)準(zhǔn)，所以需要規(guī)定一個(gè)評(píng)判裂縫的標(biāo)準(zhǔn)，以便更好控制工程質(zhì)量。通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)查，在充分保證工程質(zhì)量和保證效率的基礎(chǔ)上，可按工程種類和具體情況將裂縫安全評(píng)估的等級(jí)劃分為四級(jí):

Ⅰ級(jí)裂縫:裂縫寬度小于現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，肉眼可見裂縫較少或基本沒有;

Ⅱ級(jí)裂縫:裂縫寬度接近于或等于設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定;

Ⅲ級(jí)裂縫:裂縫寬度超過規(guī)范規(guī)定，但對(duì)橋梁承載力并無(wú)實(shí)質(zhì)影響，僅需對(duì)其加以封閉，以保證混凝土橋梁的正常使用;

Ⅳ級(jí)裂縫:裂縫遠(yuǎn)超過規(guī)范規(guī)定，必須采取加固等措施后橋梁方能使用。

3 結(jié)語(yǔ)

既然混凝土橋梁的裂縫是客觀存在的，這就需要在混凝土橋梁的施工過程中對(duì)裂縫加以控制，對(duì)裂縫進(jìn)行安全評(píng)估。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐與反饋，通過這種方法能有效確保工程質(zhì)量，降低施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)，充分做到防患于未然。

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