孙安博
北京城建道桥建设集团有限公司 100022
摘要：
总结了桥梁工程施工中混凝土温差裂缝、荷载裂缝、干缩裂缝、地基变形裂缝的形成原因及危害,提出了桥梁施工中混凝土裂缝的防治与处理措施,包括控制桥梁的荷载、加强冬季施工管理、合理调整钢筋位置、加强混凝土结构的早期维护,旨在提升桥梁工程施工质量,保障人们的出行安全。
关键词：桥梁工程;?混凝土裂缝;?病害防治;
?引言：
混凝土是桥梁工程中十分重要的一种施工材料,其应用广泛,施工便利,但由于混凝土抗拉性能较差,因此容易产生裂缝。一旦混凝土出现裂缝,不仅会影响桥梁的使用寿命,严重时甚至会导致桥梁垮塌。因此,加强对桥梁施工裂缝的防治尤为重要。
1.裂缝形成种类及原因分析
1.1设计方面原因
主要是设计疏漏,计算假设受力与实际受力不相符、计算模型不合理、外部荷载考虑不周全等等。
1.2施工方面原因
不按设计图纸施工,使结构受力模型与设计不相符;施工中混凝土振捣不密实、初期养生不够、拆除支架顺序不正确;不加限制地堆放施工机具、材料,超过计算荷载;不根据预制结构受力特点合理起吊、运输、安装;施工蛮干、不合理使用,乱开孔、乱埋预埋件、乱开槽、乱支牛腿,受车辆、船舶的撞击等都会产生裂缝。
1.3材料性质原因
水泥的反常凝固、反常膨胀、离析与泛浆以及水泥的水化热不按规范施工;混凝土在硬化初期的体积变化和后期的干缩,若养生不充分;混凝土骨料的配合比、密度、空隙率、弹性模量等不合适,所有以上原因也会导致裂缝的产生。
1.4外部环境原因
温度与湿度的变化、混凝土构件内外温差、内部钢筋的锈蚀、受盐类的化学腐蚀,车轮的磨损、地震荷载、地基变形及沉降等外部环境影响也会产生裂缝。
2.桥梁工程裂缝的预防措施
2.1改善配筋
1)薄壁结构配筋中增设防裂筋,一般用小直径钢筋(φ8~φ14),小间距布置(@10~@15cm),明显地提高混凝土抗裂性。
2)大体积混凝土配筋中增设温度筋,分层布置,一般用小直径、小间距布置,提高混凝土抵抗温度应力所引起的混凝土变形。
3)结构的转角处、锚固断面、构件形状突变处、预留孔道处、受力钢筋截断处等容易出现裂缝的部位增设抗裂筋,较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。改善应力集中,防止裂缝的出现。
2.2增加应力释放途径,减少内外约束
1)设立应力释放缝:在断面小的结构中(如防撞护栏)按受力特点规则地增设应力释放缝。在采取分层或分块浇筑大体积混凝土中,合理设置水平或垂直施工缝。
2)设置后浇缝:当大体积混凝土平面尺寸过大时,可以适当设置后浇缝,以减小外应力和温度应力;同时增加混凝土散热面积,降低混凝土的内部温度。
3)设置滑动层及缓冲层:对大体积混凝土基础与岩石地基,或基础与厚大的混凝土垫层之间设置滑动层,如采用平面浇沥青胶铺砂、或刷热沥青、或铺卷材。在垂直面、键槽部位设置缓冲层,如铺设30~50mm厚沥青木丝板或聚苯乙烯泡沫塑料,以消除嵌固作用,释放约束应力。
4)在大体积混凝土内部预埋冷却水管,预制T梁及连续刚构中以预埋预应力管道为冷却水管,通入冷却水,强制降低混凝土水化热温度。
5)易发生裂缝的重要结构部位混凝土设计时外掺定量的纤维材料,提高混凝土的抗拉能力,避免裂缝产生。
2.3结构方面
1)地质勘察精度可靠、试验资料准确,防止因基础技术资料与实际有误造成不匀均沉降而产生裂缝。
2)同一联桥梁中,基础结构类型尽量一致,防止因混合使用不同基础类型或同时采用扩大基础但基底标高差异大时而引起地基不均匀沉降从而产生裂缝。
3)避免结构突变(或断面突变),当不能回避时,应做局部处理,如转角处做圆角,突变处做成渐变过渡。防止因应力集中而产生裂缝。
2.4选用优质原材料
1)水泥:选用水化热较低、收缩量较小、干缩值较小、高标号、早期强度较高的、含碱量较低的、初凝时间较长的水泥,以减少水化热量总量,减小温差变化幅度,减少水泥水化时收缩量,增强水泥胶和物的早期强度,从而避免因温差、干缩等原因产生裂缝。
2)粗细集料:选用吸水率较小、收缩性较低、级配良好的骨料,控制骨料中云母、含泥量、有机质和轻物质和硫化物的含量,以减少骨料的收缩,增强混凝土强度。
2.5确定最佳配合比
1)水灰比:一般来说用水量越大,水灰比越高,混凝土干缩越大。水灰比一般控制在0.5以下。
2)外掺矿物粉:为减小混凝土中水泥含量,减少水化热及收缩,一般采取外掺粉煤灰等矿物粉,替代混凝土中部分水泥含量,矿物粉掺配比例宜占胶凝总量的1/4。
3)外加剂:掺加高效减水、增塑、缓凝剂来增加混凝土的坍落度和和易性,减少水泥及水的用量,改善混凝土拌合物的流动性、保水性,降低水化热,减少水化热总量,减少混凝土干缩,推迟热峰的出现时间。
2.6混凝土浇筑
1)混凝土施工时,必须严格按照规范施工,尽量克服由于材料性质所产生的裂缝。
2)混凝土搅拌与运输时,要合理确定施工时间的长短,防止混凝土水灰比加大,避免混凝土凝结硬化时收缩量增加,防止水分蒸发过多,引起混凝土塌落度过低,使混凝土出现不规则的收缩裂缝。
3)混凝土振捣时,防止过振、漏振及振捣不密实,严禁出现混凝土中粗细骨料不均匀、硬化后沉落过大及成型后出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀等现象,避免混凝土抵抗裂缝的抗拉强度降低、塑性收缩及成为荷载裂缝的起点。
4)混凝土分层或分段浇筑时,接头部位处理好,防止在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。浇筑时分层适度,使混凝土中水化热合理散发。
5)混凝土初期养护时不得急剧干燥或早期受冻,防止混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝、局部剥落,或脱模后出现空鼓现象。
6)在长、高较大而宽度较小(一般小于80cm)、配筋较多、预留孔道较多的结构(如50mT梁腹板、悬臂浇筑连续刚构腹板等)混凝土浇筑振捣时,采用多种方法浇筑,可避免振捣控制不力及蜂窝、麻面、空洞的产生。
2.7支架及模板变形监控
对于重要结构部位,如悬臂施工刚构0#块支架、挂蓝、连续箱梁满堂支架等施工前要进行等荷载预压,实际测得变形值,施工时据实测变形值预设预拱度。浇筑混凝土过程中,专人负责检查支架及模板稳定性,准备必需的工具、材料,在发现变形时,在混凝土处于流态时及时支护。
2.8混凝土配合比监控
实测粗细骨料含水量,计算出施工配合比。搅拌过程中,水量通过时间来控制,粗细骨料及水泥、外掺矿粉通过电子计量来控制,外加剂通过量杯保证按施工配合比搅拌混凝土,严禁随意更改水灰比。
2.9温度监控
1)控制混凝土入模温度低于30℃,实时监控构件中混凝土终凝前内外温度,尤其是浇筑后1天~3天内水化热高峰时。
2)实测循环冷却降温管进出口水温,据内外温差值确定冷却水流量、冷却水温度,保证混凝土内外温差在规范允许范围内。
3.桥梁混凝土裂缝的处治办法
3.1裂缝表面修补
混凝土表面出现裂缝,多数情况是由于外部水分流失所造成的,这种情况表现为一些细小的裂纹,但总体上并没有呈现出连续的特点。具体的处理方法为:在施工过程中对混凝土加以覆盖,避免混凝土受到阳光直射,同时在混凝土表面进行洒水养生,以预防开裂。还可采取修补的方法对混凝土裂缝进行处治。此方法主要是针对混凝土的表面裂缝、深层裂缝等,其减小了对混凝土结构承载力的影响。混凝土开裂还有可能出现在大体积混凝土构件当中,而这种情况就比较严重,需采取巩固性措施。具体方法为:在混凝土的拌和过程中加入一定比例的骨料,通过材料的合理搭配减缓水化热的释放过程,从而更好地控制混凝土原料的内部温度。
3.2灌浆修补
当桥梁混凝土出现的裂缝严重影响到桥梁运行时,就需要采取灌浆修补的方法。其工作原理是通过真空压力设施将浆质料压入到裂缝当中,一段时间后浆质料就会慢慢地硬化,然后对裂缝处的混凝土进行连接固化,达到修补的目的。
3.3结构加固
由于混凝土出现的裂缝会严重破坏桥梁的主体构造,可采用结构加固的方法来提升混凝土构造的预应力,并对支点进行加固,以达到修补裂缝的目的。
3.4加设应力层
在控制反射裂缝的产生和扩展方面,应力吸收薄膜有很大的优势,可以有效地减小裂缝处相对位移产生的应力对面层的影响。由于防裂效果与吸收薄膜的弹性模量有很大关系,模量越低,防裂效果越好,所以在选择应力层材料时,要选择韧性高、变形率大的应力薄膜。另外,还要使用加筋沥青和土工格栅,从而实现对反射裂缝、疲劳裂缝、车辙等的有效控制,但要根据不同的控制要求,在施工中选用不同类型的格栅,并将搅拌均匀的热沥青和磨细的废橡胶粉铺设在面层中间,使其形成薄膜或与砂石共同形成薄层。经试验验证,橡胶沥青吸收膜是吸收应力效果最好的应力吸收层。
?结语：
总之,桥梁工程中经常会遇到混凝土裂缝,其对桥梁的安全和运行有着较大的威胁,这就需要桥梁施工人员在施工过程中严格遵循工艺流程和材料管理标准,做好施工质量控制,减少由于混凝土出现裂缝而导致的质量问题,以提升桥梁混凝土的施工质量,延长桥梁的使用寿命。
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