摘要:近年来,桥梁工程的建设步伐日益加快,但桥梁结构受到各种内在因素和外界复杂环境的影响经常会出现裂缝,从而影响桥梁工程的建设质量。为了更好地避免桥梁施工过程中存在裂缝,本文首先对桥梁结构的裂缝分类,随后研究了桥梁结构各种施工裂缝出现的原因,最后基于“防治结合”的理念提出了桥梁裂缝的防治措施。
关键词:桥梁工程;施工;裂缝成因;处治措施
引言
随着我国基础交通设施大力发展和“西部大开发”战略、“一带一路”倡议提出,桥梁工程的建设步伐也日益加快,工程建设中对桥梁结构的强度和稳定性等方面的要求也逐年提高。但是桥梁结构在施工过程中,由于施工技术复杂、混凝土性能的缺陷以及其他各种外界环境的影响,不可避免地会出现裂缝问题。桥梁的施工裂缝不仅会影响桥梁结构的稳定性和运营时间,还极其可能出现桥梁坍塌等隐患事故,从而造成重大损失。因此,在桥梁结构建设时,必须充分地重视混凝土裂缝间题,尽可能地降低混凝土裂缝出现的概率,并采取相应的裂缝治理措施。这样不仅能更好地保证桥梁工程的建设质量,还可以为类似桥梁工程的施工提供理论指导,从而推动我国桥梁建设水平的快速发展。
1.桥梁施工裂缝的分类
桥梁施工裂缝主要分为两大类,即结构性裂缝和非结构性裂缝。根据施工裂缝的形态不同,可以将结构性裂缝划分成八字裂缝、垂直裂缝、水平裂缝三种。根据裂缝的形成原因不同,可以将非结构性裂缝划分成收缩裂缝、塑性裂缝和温度裂缝三种,八字裂缝和收缩裂缝在桥梁结构施工中是普遍存在的。桥梁结构的施工裂缝是多样的,不同的裂缝对桥梁的危害程度各有差异,但其对桥梁的危害性主要体现在改变桥梁的结构状态、影响桥梁的稳定性,并减少其通车运营时间等几个方面。
2.桥梁施工裂缝的产生原因
2.1混凝土内外温差较大
温度变化对混凝土的结构性能会产生较大的影响,如果混凝土内部和混凝土表面出现较大的温度差异,就会引起其内部结构的变化。在桥梁工程的施工建设过程中,由于混凝土材料对施工温度的要求较高,如果混凝土内部和外界环境之间的温度差异较大,可能会使混凝土表面出现硬化现象,从而使混凝土的表面出现收缩现象。但由于混凝土材料的不均匀性,其表面的收缩现象也可能不同,从而导致混凝土的温差裂缝。与此同时,桥梁工程的施工一般是在暴露的户外环境进行,桥梁表面的混凝土由于受到阳光辐射(温度较高的夏季更加明显),但是桥梁整体的受照射程度往往并不相同,这样就会导致混凝土内部受力不均匀间题,从而使桥梁结构出现裂缝。
2.2桥梁荷载设计不合理
桥梁工程在施工和运营期间,不可避免地会遇到各种各样的重量荷载。如果在桥梁结构的设计过程中对其承受的荷载能力考虑不到位,数值计算模型选择不合理,对桥梁的施工可行性考虑不全面,便可能引起桥梁结构出现裂缝。桥梁因为荷载设计不合理产生裂缝的详细原因主要有以下两个方面:第一,桥梁设计对其承载能力选择不当,导致桥梁的实际承载力与设计承载力相差较大,比如,施工人员在桥梁施工时将施工机械和材料随意放置在未完工的桥梁结构或者对桥梁预制构件的施工质量的控制不严格,这就会引起桥梁结构在运营期间局部的荷载较大,使得桥梁的实际荷载大于原来的设计荷载,从而引起桥梁裂缝的出现。第二,桥梁结构在施工时,施工人员没依据设计单位的方案来施工。比如,施工人员将强度测试达不到规范要求的混凝土构件或者验算数值计算和理论验算不合格的桥梁结构用于桥梁结构的施工。因为桥梁构件在正式建设前未按规范要求开展性能试验,会使桥梁结构在运营期间承载力增加,并形成裂缝。
2.3混凝土收缩
(1)塑性收缩。塑性收缩导致桥梁出现裂缝的主要原因在于混凝土强烈的水化反应。混凝土的水化反应会在较短的时间内产生大量分子链,造成桥梁混凝土表面出现水分流失现象,进一步引起混凝土产生较大的塑性变形。混凝土的塑性变形会使其中的骨料在下沉过程中碰上钢筋,此时桥梁结构的表面混凝土顺着钢筋的走向方向开裂,形成桥梁塑性裂缝。
桥梁混凝土塑形收缩往往出现在混凝土浇筑完成的5h之内,但是其收缩变形发生的可能性仅为1%。
(2)失水收缩。桥梁结构在结束混凝土浇筑,并达到规范规定的硬化要求时,混凝土表层结构的水分会快速蒸发,但是混凝土内部的水分蒸发速度相对于表层要小得多,这样使得混凝土内部的水分含量较大。研究表明,混凝土的收缩性和含水率成反比,故桥梁混凝土表层结构收缩性比内部结构收缩性大。混凝土内层、外层收缩性不一样会导致其内层、外层的受力水平不均匀。因此,桥梁混凝土结构在结束硬化后,由于水分蒸发的不均匀出现失水收缩现象,从而使桥梁混凝土出现施工裂缝,但是因为失水收缩出现的施工裂缝往往只存在于其表层结构,大体呈龟裂趋势。
3.桥梁施工裂缝处理措施
3.1加强混凝土强度和温度控制
桥梁结构在施工时,一定要控制好混凝土材料的质量,选择质量较好的水泥,同时必须开展相应的室内试验来确定混凝土的性能、塌落度、配合比等物理力学参数。混凝土强度满足要求之后,在浇筑混凝土时还要控制好施工温度,控制好混凝土表层和内部温度差比如夏季施工采取洒水的方法来给混凝土的表层降温,减少由于高温而产生的局部裂缝;比如冬季施工时,要做好混凝土冬季浇筑的专项方案,做好混凝土表层结构的保温工作。
3.2做好混凝土养护工作
混凝土的养护对于减少桥梁结构裂缝有重大的意义。如果混凝土养护较差,就会导致桥梁裂缝和强度达不到规范要求。桥梁工程施工的最佳温度一般在10- 20℃的环境,在这种环境下,混凝土的养护(保温、保湿)也更加简单。桥梁施工时可以根据施工实际情况,采用覆盖保湿养护法对混凝土进行养护。
3.3完善裂缝处理技术
(1)表面处理法。表面处理法是在混凝土表而开展贴补和涂抹工作。表面处理法主要用在不漏水且伸缩缝不明显的区域或者用于浆料不容易灌入且深度低于钢筋表层的结构中。(2)填充法。填充法就是对桥梁表面已经出现的裂缝来进行填充处理,具有工程造价低、操作方便等优点。填充法往往只用于宽度超过0.3mn的裂缝。而对宽度小于0.3mn的裂缝效果并不明显。宽度小于0.3mn的裂缝往往使用的是开槽修补法。(3)灌浆法。灌浆法就是对桥梁表面已经出现的裂缝进行灌注浆液,并将混凝土表面修补完整。灌浆法在桥梁施工裂缝处理中的应用最为广泛,主要用于微裂缝和宽度较大的裂缝的治理。(4)结构补强法。结构补强法主要是用在桥梁结构因超载而产生的裂缝中。
结语
本文主要针对桥梁混凝土的成因展开了详细的研究,主要得到以下几个方面的结论:(1)桥梁施工裂缝主要分为结构性裂缝和非结构性裂缝两大类,且八字裂缝和收缩裂缝在桥梁结构施工中存在最为普遍。(2)桥梁施工裂缝出现原因主要分为混凝土内外温差较大、桥梁荷载较高、混凝土收缩(塑性收缩、失水收缩)等几个方面。(3)桥梁施工裂缝在防控时应当采取“防治结合”的理念,并从加强混凝土强度和温度控制、做好混凝土养护工作、完善裂缝处理技术等几个方面来控制桥梁裂缝的出现。
参考文献
[1]尤玉平.道路桥梁施工中裂缝成因及预防措施[J].工程建设与设计,2018(22):104-105.
[2]张戎令,万通,康健,等.干旱气候下不同养护方式对混凝土杭裂性能的影响[J].长江科学院院报,2018(18):1-b.