裂縫形成對(duì)橋墩影響及防治措施綜述

黨曉冰

裂縫是混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的病害之一，橋梁一旦產(chǎn)生裂縫就會(huì)降低自身的整體結(jié)構(gòu)性，各個(gè)部件的抗拉、抗剪能力也跟著下降，墩體內(nèi)部的鋼筋在遇到潮濕的空氣后發(fā)生銹蝕，這些都會(huì)影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性。本文歸納總結(jié)了混凝土橋墩裂縫的成因及處理方法，可以為防治橋墩裂縫的產(chǎn)生提供定的參考。

混凝土橋墩產(chǎn)生裂縫的原因

混凝土是一種多相體，它既具有抗壓強(qiáng)度高、耐久性好的優(yōu)點(diǎn)，又具有抗拉強(qiáng)度較低、受拉時(shí)抗變形能力小、易開(kāi)裂等缺點(diǎn)。有關(guān)資料中認(rèn)為，工程實(shí)踐中橋墩的裂縫，由荷載引起的占20%左右，由變形變化引起的約占80%?；炷翗蚨樟芽p按照不同的角度可劃分為下列幾類(lèi)：

1.溫度裂縫

熱脹冷縮是混凝土的屬性之一，結(jié)構(gòu)因溫度變化而發(fā)生變形又同時(shí)受到約束的時(shí)候，混凝土的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力增大到混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫，稱(chēng)為溫度裂縫。根據(jù)橋墩的溫度場(chǎng)、溫度變形和溫度應(yīng)力不同，溫度裂縫可以分為截面均勻溫差裂縫、截面上下溫差裂縫、截面內(nèi)外溫差裂縫三種類(lèi)型。

2.荷載裂縫

由外荷載引起的裂縫，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)性裂縫，這類(lèi)裂縫的分布及寬度與外荷載有關(guān)。出現(xiàn)這類(lèi)裂縫說(shuō)明橋墩的承載力可能不足或存在其他嚴(yán)重問(wèn)題。實(shí)際工程中，次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見(jiàn)原因。次應(yīng)力裂縫多屬于張拉、劈裂、剪切性質(zhì)。次應(yīng)力裂縫也是由荷載引起，只不過(guò)按照常規(guī)是不去計(jì)算的，但隨著現(xiàn)代計(jì)算手段的不斷完善，次應(yīng)力裂縫也是可以被合理驗(yàn)算的。

3.收縮裂縫

在混凝土收縮種類(lèi)中，塑性收縮和干縮是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮?；炷潦湛s裂縫大部分屬于表面裂縫，具有裂縫寬度較細(xì)，且排列縱橫交錯(cuò)，形狀又沒(méi)有任何規(guī)律的特點(diǎn)。

4.混凝土沉縮裂縫

施工過(guò)程中，如果對(duì)混凝土的搗實(shí)達(dá)不到質(zhì)量要求，又或者混凝土的流動(dòng)性并不好，在混凝土硬化前就會(huì)有沉縮，這樣在澆筑后的到三個(gè)小時(shí)內(nèi)就有可能出現(xiàn)梭形裂縫，裂縫直達(dá)鋼筋表面。

5.地基礎(chǔ)變形裂縫

橋梁在服役期間，其基礎(chǔ)會(huì)因?yàn)榈刭|(zhì)條件的影響發(fā)生縱向的不均勻沉降或橫向位移，附加應(yīng)力產(chǎn)生并超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，從而牽連橋墩也產(chǎn)生裂縫。

6.凍脹裂縫

氣溫低于0℃時(shí)，混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，同時(shí)混凝土膠孔中的過(guò)冷水引起滲透壓，然后膨脹應(yīng)力會(huì)更大，混凝土的強(qiáng)度就會(huì)減弱，導(dǎo)致混凝土發(fā)生凍脹裂縫；氣溫低于零攝氏度和混凝土吸水飽和都是混凝土發(fā)生凍脹破壞的其中個(gè)條件。

7.施工裂縫

在混凝土橋墩結(jié)構(gòu)中如果有細(xì)薄壁部件，則更容易在施工過(guò)程中因?yàn)槭┕すに嚥缓侠?、施工質(zhì)量差，產(chǎn)生走向、寬度等不同的表面的或者貫穿的裂縫。

8.化學(xué)作用裂縫

水泥中的堿性物質(zhì)與骨料中的活性硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成堿一硅酸鹽凝膠，凝膠吸水產(chǎn)生膨脹壓力，會(huì)造成混凝土開(kāi)裂。該反應(yīng)一旦發(fā)生就很難控制，通常不超過(guò)兩年結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)明顯開(kāi)裂；海水中的氯離子對(duì)橋墩的侵蝕是氯離子從外界環(huán)境侵入已硬化的混凝土造成的，氯離子對(duì)混凝土的侵蝕屬于化學(xué)侵蝕，對(duì)結(jié)構(gòu)的危害是多方面的，但最終表現(xiàn)為橋墩內(nèi)鋼筋的銹蝕，銹蝕后的鋼筋體積將增大，從而脹裂橋墩的混凝土保護(hù)層致其脫落。

橋墩裂縫對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響

混凝土橋墩裂縫的出現(xiàn)破壞了橋梁結(jié)構(gòu)的整體性，有可能會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)的受力情況發(fā)生改變。裂縫會(huì)使橋墩內(nèi)部的鋼筋直接與空氣接觸，導(dǎo)致鋼筋銹蝕膨脹，有效截面變小。另外有些裂縫處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而加速橋梁的破壞。在寒冷地區(qū)，雨水進(jìn)入裂縫會(huì)導(dǎo)致混凝土受凍融循環(huán)的破壞，降低橋梁的耐久性。在沿海地區(qū)，較多的氯離子因?yàn)榱芽p的出現(xiàn)而直接與鋼筋，接觸發(fā)生電化學(xué)腐蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。橋梁的受力情況較為復(fù)雜，橋墩裂縫產(chǎn)生的影響因素又很多。

混凝土橋墩裂縫的防治措施

眾所周知，混凝土帶裂縫工作是不可避免的，但對(duì)混凝土橋墩裂縫的防治工作仍是值得研究的重點(diǎn)，可以有效降低橋梁發(fā)生危害的可能。

1.設(shè)計(jì)計(jì)算階段

在設(shè)計(jì)計(jì)算階段，結(jié)構(gòu)與荷載計(jì)算時(shí)不可有漏算，嚴(yán)格控制計(jì)算模型的合理性，保證結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際受力情況相符；在滿足各項(xiàng)規(guī)范的前提下，設(shè)計(jì)截面尺寸較小的圓形橋墩樣式可以改變結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的峰值并減小裂縫產(chǎn)生的可能；還有就是鋼筋配筋數(shù)量要滿足承載力要求，布置合理，有時(shí)還需要考慮溫度應(yīng)力等因素來(lái)適當(dāng)增配鋼筋。選取橋墩模板時(shí)，質(zhì)量需要嚴(yán)格把控，它決定著橋墩的外形是否美觀。為了保證模板不發(fā)生彎曲變形，在材料選擇上實(shí)用偏硬切表面光滑的材質(zhì)為最佳。

2.施工階段

施工前在混凝土材料的選擇方面，要選用收縮性較低的水泥，合理搭配混凝土中水泥、骨料、水和外加劑之間的關(guān)系。千萬(wàn)不能只為了追求所謂的經(jīng)濟(jì)效益，使用高標(biāo)號(hào)水泥和大水灰比的配合比。為了提高施工質(zhì)量，混凝土中應(yīng)摻加膠凝材料總量20-30%以上的粉煤灰?；炷恋陌柚?，要嚴(yán)格控制原料計(jì)量準(zhǔn)確，同時(shí)嚴(yán)格控制混凝土的出機(jī)塌落度，要盡量降低混凝土拌合物出機(jī)口的溫度。

橋墩混凝土的澆筑要振搗充分方可密實(shí)，溫度不宜過(guò)高，盡量避開(kāi)日間施工，同時(shí)應(yīng)調(diào)整混凝土配合比，降低水泥用量以減小水化放熱量。熱天澆筑混凝土?xí)r適當(dāng)?shù)販p少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱，或者搭設(shè)遮陽(yáng)板，這些輔助措施可以控制混凝土的升溫。

養(yǎng)護(hù)過(guò)程中可以用濕潤(rùn)的草簾、麻片等覆蓋橋墩外表，并注意灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保證混凝土表面是逐步緩慢冷卻的。安排合理的拆模時(shí)間，對(duì)溫度、濕度實(shí)施監(jiān)測(cè)可為混凝土的覆蓋保溫和拆模時(shí)機(jī)的選擇提供可靠的依據(jù)。拆模后的橋墩表面仍需要保持潮濕。

3.使用階段

使用階段有已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫需要治理，也有隱藏的潛在裂縫需要控制。關(guān)于潛在裂縫，一般是不考慮有超出設(shè)計(jì)載荷的重型車(chē)輛過(guò)橋，或者受劇烈撞擊，以及風(fēng)雪地震等因素。

環(huán)境因素最可能左右橋墩潛在裂縫發(fā)展趨勢(shì)。如果氣溫驟降，潛在裂縫因?yàn)榛炷潦湛s可能轉(zhuǎn)變成可見(jiàn)的裂縫，所以要提前在橋墩表面涂抹可以防凍的保護(hù)涂層。根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，對(duì)公路橋墩裂縫縫寬大于0.15mm或鐵路橋墩裂縫縫寬大于0.2mm以下的局部收縮裂縫，須進(jìn)行處理及修補(bǔ)。還有一些既有裂縫并不會(huì)對(duì)橋墩的承載能力造成影響，那就只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的表面處理即可，推薦使用防水型化學(xué)灌漿技術(shù)。

結(jié)論

混凝土橋墩經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂縫問(wèn)題，影響建筑美觀，危及工程質(zhì)量。通過(guò)分析橋墩裂縫產(chǎn)生的原因，我們可以了解到從設(shè)計(jì)到材料選擇，從施工養(yǎng)護(hù)到后來(lái)的運(yùn)行階段，都會(huì)對(duì)橋墩的裂縫形成產(chǎn)生一定影響。在橋墩建設(shè)時(shí)有針對(duì)性的加強(qiáng)對(duì)裂縫的防治措施，才能有效防止裂縫給橋梁帶來(lái)的隱患，才能有效提高橋梁的使用年限。