試論橋梁裂縫在道橋工程中的影響

李積倉

【摘要】：本人結(jié)合多年參與公路橋梁現(xiàn)場施工工作實踐，對部分橋梁在建設(shè)過程中常見的一些裂縫類型進(jìn)行歸類總結(jié)，通過查找原因分析問題，才能讓我們真正地了解各種裂縫的引發(fā)成因，進(jìn)而制訂防范措施，達(dá)到預(yù)防布控之目的。

【關(guān)鍵詞】：橋梁工程；結(jié)構(gòu)裂縫；裂縫類型；誘發(fā)原因

在橋梁工程中混凝土橋梁縫的種類，就基其產(chǎn)生的原因，主要可劃分如下幾種：

一、荷載引起的裂縫

混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應(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)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：①設(shè)計計算階段，結(jié)構(gòu)計算時不計算或部分漏算；計算模型不合理；結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際受力不符；荷載少算或漏算；內(nèi)力與配筋計算錯誤；結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。結(jié)構(gòu)設(shè)計時不考慮施工的可能性；設(shè)計斷面不足；鋼筋設(shè)置偏少或布置錯誤；結(jié)構(gòu)剛度不足；構(gòu)造處理不當(dāng)；設(shè)計圖紙交代不清等。②施工階段，不加限制地堆放施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設(shè)計圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式；不對結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動下的疲勞強(qiáng)充驗算等。③使用階段，超出設(shè)計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸等。次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：①在設(shè)計外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)物的、實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。②橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設(shè)置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用準(zhǔn)確的圖式進(jìn)行模擬計算，一般根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置受力鋼筋。研究表明，受力構(gòu)件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。在長跨預(yù)截斷鋼束，設(shè)置錨頭，而在錨固斷面附近經(jīng)?？梢钥吹搅芽p。因此，若處理不當(dāng)，在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現(xiàn)裂縫。

二、 溫度變化引起的裂縫

①年溫差。一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導(dǎo)致橋梁的縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時才會引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋等。我國年溫差一般以一月和七月平均溫度的作為變化幅度。考慮到混凝土的蠕變特性，年溫差內(nèi)力計算時混凝土彈性模量應(yīng)考慮折減。②日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)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。由于受到自身的約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。日照和下述驟然降溫是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見原因。③驟然降溫。

突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度。日照和驟然降溫內(nèi)力計算時可采用設(shè)計規(guī)范或參考實橋資料進(jìn)行，混凝土彈性量不考慮折減。

三、收縮引起的裂縫

1.塑性收縮。

在施工過程中、混凝土筑后4-5小時左右，此時水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和分急劇，因此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大，可達(dá)1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成洞鋼筋方向的裂縫。

2.縮水收縮干縮。

混凝土結(jié)硬以后，隨著表層水逐步蒸發(fā)，溫度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面民縮大、內(nèi)部收縮小的不均，鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯，混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂紋。自生收縮是混凝土在硬化過程中，水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)，這種收縮與外界濕度無且可以是正的（即收縮、如普通硅酸鹽水泥混凝土），也可以是負(fù)的（即膨脹，如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土）。

3.炭化收縮。

大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。炭化收縮只有在溫度505℃左右才能發(fā)生，且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計算。混凝土收縮裂縫的特點是大部分表面裂縫，寬度較細(xì)，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。

研究表明，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標(biāo)號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥土收縮性較高，普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標(biāo)號越低、單體積用量越大、磨細(xì)度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時間越長。例如，為了提高混凝土的強(qiáng)度，施工時經(jīng)常采用強(qiáng)行增加水泥用量的做法，施工時經(jīng)常用強(qiáng)行增加水泥用量的做法，用不水量大。火灰比越高，混凝土收縮越大。養(yǎng)護(hù)方法。良好的養(yǎng)護(hù)方法可加速混凝土的水化反應(yīng)，獲得較高的混凝土強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時間越長，則混凝土收縮越小。對于溫度和收縮引起的裂縫，增配構(gòu)造鋼筋可用明顯提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁結(jié)構(gòu)（壁厚20-60cm）。構(gòu)造上配筋宜優(yōu)先采用小直徑鋼筋小距布置，全截面構(gòu)造配筋率宜低于0.3%，一般可采用0.3%-0.5%。

四、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)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)的和貫穿各種裂縫，特別是細(xì)長薄壁結(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，比較典型常見的有：①混凝土保護(hù)層過厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。②混凝土振搗不密實、不均勻、出一蜂窩、麻面、空洞，導(dǎo)致鋼筋誘蝕或其它荷載裂縫的起源點。③混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實不足，硬化后沉實過大，容易發(fā)生裂縫，既塑性收縮性。④混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。⑤混凝土分層或分段時，接頭部位處理裂縫。⑥混凝土分層或分段時，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。⑦施工時拆模過程，混凝土強(qiáng)度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

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