橋梁施工中混凝土裂縫的分析
2017-02-20
混凝土開裂已成為影響工程結(jié)構(gòu)使用壽命的重要影響因素之一。在混凝土橋梁產(chǎn)生的各種裂縫,形成的原因不同,因此其危害性有顯著的差異。為此,本文首先概述了裂縫的種類和成因,然后從設(shè)計和施工兩個方面分析了如何防治混凝土橋梁的施工裂縫。
1、裂縫的種類及成因分析
(1)荷載產(chǎn)生的裂縫。鋼筋混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫,又可細分為直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。承受拉(軸)力和彎矩的鋼筋混凝土構(gòu)件在橫截面會產(chǎn)生一維的拉應(yīng)力,承受剪力和扭矩及其他復(fù)合受力結(jié)構(gòu)則會出現(xiàn)主拉應(yīng)力,它們都可能會在垂直于主拉應(yīng)力的方向產(chǎn)生裂縫。裂縫一般沿構(gòu)件寬度方向貫通部分截面或全截面。根據(jù)截面形狀的不同,荷載裂縫的形態(tài)也會有所不同。
(2)混凝土收縮引起的裂縫。混凝土收縮所產(chǎn)生的裂縫是最常見的一種裂縫,包括塑性收縮、縮水收縮等?；炷翝仓?～5h后,水泥水化反應(yīng)激烈,逐漸形成分子鏈,水分急劇蒸發(fā),骨料下沉,混凝土硬化尚未完成,此時發(fā)生的收縮稱為塑性收縮。骨料下沉,受到鋼筋阻擋,形成沿鋼筋方向的裂縫,此即為塑性收縮裂縫?；炷脸醪接不瓿珊?表層水分逐漸蒸發(fā),濕度逐漸降低,混凝土體積逐漸減小,稱為縮水收縮?；炷羶?nèi)外收縮不均勻,表面收縮大,因此會受到內(nèi)部混凝上的約束,表面混凝土將會承受拉力,超過抗拉強度后,便會產(chǎn)生收縮裂縫。
(3)溫度變化引起的裂縫?；炷翗蛄簩儆诖篌w積混凝土工程,在澆筑過程中,混凝土內(nèi)會產(chǎn)生較大的水化熱,如果采取的措施不當(dāng),會造成混凝土內(nèi)外的溫差過大,產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力,從而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。
(4)基礎(chǔ)變形引起的裂縫。橋梁工程一般跨度大,寬度窄,基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移,便會在結(jié)構(gòu)中引起較大的附加應(yīng)力,一旦超出結(jié)構(gòu)的抗拉能力,便會發(fā)生開裂?；A(chǔ)沉降變形的主要原因有地質(zhì)、勘察不詳、結(jié)構(gòu)荷載或基礎(chǔ)類型差別太大等。
(5)施工工藝質(zhì)量引起的裂縫。1)支架地基未壓實、基礎(chǔ)承載力不夠,澆筑混凝土后支架產(chǎn)生不均勻沉降;2)支架剛度、強度、穩(wěn)定性不足或模板剛度不足,澆筑混凝土中,混凝土自重及側(cè)向壓力迫使模板變形;過旱拆模或野蠻拆模引起的裂縫;3)混凝土攪拌、運輸時間,引起混凝土坍落度過低,和易性不好;4)混凝土配合比不符合規(guī)范要求,水泥、碎石、砂、外加劑、外摻料等不符合規(guī)范要求;5)擅自更改設(shè)計水灰比,從而導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加;6)混凝土未能嚴格按規(guī)范要求分層、分段澆筑,混凝土澆筑不連續(xù);施工縫處理不到位;7)混凝土振搗不密實、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞等,削弱了截面承載力,引起鋼筋銹蝕等;8)混凝土養(yǎng)護措施不當(dāng),使得混凝土的結(jié)構(gòu)強度未達到設(shè)計目標。
(6)鋼筋銹蝕引起的裂縫。一般橋梁結(jié)構(gòu)都處在自然環(huán)境下,若構(gòu)件保護層過薄、密實性較差或防腐措施不當(dāng),混凝土中的鋼筋就會銹蝕,引起體積膨脹,導(dǎo)致混凝土順筋脹裂。這種先銹后裂的縱向裂縫一旦發(fā)生,就會逐步惡化,最終導(dǎo)致混凝土保護層成片剝落甚至鋼筋銹斷。
(7)構(gòu)件不能自由伸縮引起的裂縫。現(xiàn)澆橋梁混凝土達到一定強度時支座臨時鎖定未及時解除,造成梁體不能自由伸縮引起的裂縫。除了以上所列的幾種裂縫以外,施工材料缺陷、氣候變化等也會對橋梁裂縫的產(chǎn)生有影響,需要結(jié)合具體工程條件及施工過程中的變化,做好動態(tài)控制的各項準備。
2、裂縫防治措施
2.1 設(shè)計防裂控制措施
為盡量避免荷載裂縫的出現(xiàn),應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)突變或斷面突變;如果結(jié)構(gòu)突變不可避免,則應(yīng)做好細部處理,如轉(zhuǎn)角處做圓角,突變處做成漸變過渡,同時加強構(gòu)造配筋或斜向鋼筋等。為防止混凝土收縮和溫度變化引起的裂縫,可增加構(gòu)造配筋,以提高混凝土的抗裂性,尤其是薄壁結(jié)構(gòu)。為防止筋銹蝕引起的裂縫,設(shè)計中應(yīng)嚴格按照規(guī)范要求控制裂縫寬度,采用足夠的保護層厚度及防腐混凝土。
2.2 施工防裂控制措施
(1)鋼筋綁扎:綁扎鋼筋前,首先應(yīng)進行徹底的除銹,然后加工成型后運至現(xiàn)場進行安裝,安裝時嚴格把握鋼筋的間距。鋼筋規(guī)格、型號、數(shù)量、間距、幾何尺寸、接頭位置及質(zhì)量等均應(yīng)符合設(shè)計圖紙和施工規(guī)范的要求。鋼筋層間距對混凝土構(gòu)件的受力性能影響顯著,但鋼筋保護層厚度不夠卻嚴重影響橋梁的使用壽命,尤其是在復(fù)雜惡劣的腐蝕環(huán)境下,因此,在鋼筋層間應(yīng)留有足夠的間距,鋼筋外層與模板間應(yīng)設(shè)置具備一定厚度的混凝土墊塊。
(2)模板的安裝與拆除:針對具體工程,應(yīng)對模板及其支架的承載能力、剛度和穩(wěn)定性進行校核,不能盲目依照經(jīng)驗和類似工程照搬使用。支架應(yīng)牢固可靠,施工前必須對支架進行預(yù)壓,以消除支架非彈性形變和測出彈性形變值以便立模預(yù)留預(yù)拱度。安裝模板時應(yīng)確保構(gòu)造緊密、不漏漿、不滲水,形狀規(guī)則,能保證混凝上的均勻性。模板及其支架的拆除順序應(yīng)按施工技術(shù)方案執(zhí)行,未達到混凝土預(yù)定強度要求不得拆除。
(3)混凝土的澆筑:澆筑之前首先要對模板及支架、鋼筋及其保護層厚度、預(yù)理件、預(yù)留孔洞等進行檢查,確認無誤后方可進行澆筑?；炷恋陌韬瓦\輸?shù)缺仨殱M足連續(xù)澆筑要求。澆筑還要防止鋼筋、模板、定位筋、墊塊及預(yù)理管適的移動和變形。大體積混凝土澆筑還要滿足分層澆筑、分層振搗的要求,并應(yīng)采取一定的散熱措施,有效降低混凝土內(nèi)外的溫差,從而減少溫度裂縫的產(chǎn)生。振搗要密實,確保混凝土能填充到各個角落,同時也要避免過振引起塑性裂縫和干縮裂縫。
(4)混凝土的養(yǎng)護:混凝土終凝后應(yīng)及時采用覆蓋、灑水、噴霧或薄膜保濕等措施進行養(yǎng)護,避免急劇干燥、溫度急劇變化、振動以及外力干擾等。養(yǎng)護時間必須符合實際工程要求。冬季施工,不得向裸露部位的混凝土直接澆水養(yǎng)護,應(yīng)用塑料薄膜或其他保溫材料進行保溫、保濕養(yǎng)護。
(5)其他措施:橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮了施工順序?qū)?nèi)力的影響,施工中應(yīng)嚴格按照制定的方案進行,不得隨意更改施工順序,以免引起附加應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。施工方案中,應(yīng)做好入模混凝土的溫度控制、澆筑后混凝土溫度控制、養(yǎng)護及拆除模板后的養(yǎng)護等措施,施工前做好施工技術(shù)交底,落實各項施工任務(wù),分配專人進行技術(shù)指導(dǎo)和質(zhì)量監(jiān)督。
3、結(jié)語
在橋梁施工過程中,只要嚴格控制好材料質(zhì)量、施工工藝、以及現(xiàn)場的施工管理,根據(jù)現(xiàn)場條件,材料特點,氣溫等多種因素,采取合理的措施,就能有效地控制裂縫的產(chǎn)生,確保工程質(zhì)量。
