混凝土橋梁裂縫分析與處治對策
2017-06-05
1.混凝土橋梁裂縫分析
混凝土結構的裂縫由材料內部的初始缺陷、微裂縫的擴展引起。引起裂縫的原因錯綜復雜，根據裂縫位置、形狀等表現形式可將其分為兩大類：一是由外荷載引起的結構性受力裂縫，與外荷載的作用大小、位置有關，常預示著結構承載力的相對不足；二是環(huán)境因素引起的裂縫，這類裂縫又可分為直接環(huán)境因素引起的裂縫和間接環(huán)境因素引起的裂縫。
1.1外荷載引起的受力裂縫
混凝土結構在荷載作用下，承受拉(軸)力和彎矩的構件在橫截面上有一維的拉應力，承受剪應力和扭矩的構件，或二維和三維結構有主拉應力，這些構件都將出現垂直于主拉應力方向的裂縫。對于常見的混凝土簡支梁結構來說，常見的受力裂縫有受彎裂縫、受剪裂縫兩大類，不同裂縫的出現位置、形狀、成因各不相同。
1.1.1受彎裂縫
混凝土簡支梁受彎裂縫主要是由于主梁抗彎承載力相對不足引起：一是結構先天性設計承載力不足，不能滿足橋梁荷載標準的規(guī)定要求；二是滿足橋梁荷載標準的主梁結構承載力相對于日益增大的使用荷載顯得不足，如橋梁上有超限車輛通行時。受彎裂縫一般出現于梁跨中部位，沿截面豎直向上發(fā)展，一般情況下，裂縫寬度不大，間距較密，分布均勻，不影響橋梁正常使用。若裂縫寬度過大，則預示主梁抗彎能力不足，此種情況常伴隨主梁撓度過大，且發(fā)生顯而易見的塑性變形，反應在橋面上可能有下沉現象。
1.1.2受剪裂縫
混凝土簡支梁根據跨高比或剪跨比的不同，有三種受剪破壞形態(tài)：剪壓破壞、斜壓破壞和斜拉破壞。其中，斜壓破壞和斜拉破壞均屬脆性破壞，不允許發(fā)生，一般在設計中采取措施防止二者發(fā)生，換言之，若橋梁在正常設計使用荷載下發(fā)生了斜壓或斜拉破壞，則主梁的設計一定是不合格的。剪壓破壞中，彎剪鋼筋和箍筋首先屈服，斜裂縫發(fā)展而呈使結構呈塑性破壞，有明顯征兆，是結構所能接受的破壞形式。當主梁截面尺寸過小，腹筋配置過多時，混凝土首先被壓碎而發(fā)生斜壓破壞，梁上出現多條平行斜裂縫。實際中，有時因超限車輛荷載遠遠大于設計使用荷載，而造成主梁截面尺寸相對較小，使得該種破壞也時有發(fā)生。
當梁內配置腹筋過少時，將發(fā)生斜拉破壞。此種情況下，斜裂縫一旦出現，很快形成臨界斜裂縫，并迅速伸展到受壓邊緣，將梁拉斷破壞。剪壓破壞發(fā)生時，首先出現少量垂直裂縫和細微斜裂縫，隨著荷載的增加，出現臨界裂縫，荷載繼續(xù)增加，引起與斜裂縫相交的腹筋屈服。
1.2環(huán)境因素引起的裂縫
1.2.1直接環(huán)境因素裂縫
直接環(huán)境因素裂縫主要有兩類：溫度裂縫和收縮裂縫。
混凝土結構在溫度變化時發(fā)生熱脹冷縮變形，變形受到約束時即產生拉應力，拉應力達到混凝土極限抗拉強度就會引起混凝土結構的開裂。此類裂縫發(fā)生在梁板上通常平行于短邊，發(fā)生在如橋面鋪裝等大面積結構上時多表現為縱橫交錯，當橋梁伸縮縫受到堵塞而不能自由伸縮變形時，會使橋面產生大面積開裂。
收縮裂縫是混凝土結構常見裂縫，多發(fā)生在混凝土表面，裂縫淺而細，寬度多在0.05～0.2mm之間。
溫度裂縫和收縮裂縫一般在設計中或施工中通過構造措施或材料配比進行控制，使用中一般不會對結構承載力造成影響，但會間接的影響結構的耐久性。
1.2.2間接環(huán)境因素裂縫
此類裂縫主要有鋼筋銹蝕裂縫和堿骨料反應裂縫。當有水分浸入混凝土內部時就會破壞鋼筋鈍化膜進而引起鋼筋銹蝕，鋼筋因銹蝕膨脹引起表面混凝土開裂，鋼筋銹蝕裂縫一般沿順筋方向。當混凝土保護層較薄時，就會引起混凝土大片脫落堿骨料反應一般指水泥中的堿與骨料中的活性硅發(fā)生反應，生成堿-硅酸鹽凝膠，吸水后體積膨脹，引起混凝土開裂。堿骨料反應一般發(fā)生在結構竣工數年之后(5~10年)，其自損危害較大，一旦發(fā)生則很難控制，對混凝土耐久性破壞相當嚴重，有時稱為混凝土結構的“癌癥”。骨料膨脹裂縫一般發(fā)生在淺層，呈網狀或放射狀，裂縫交匯點為骨料膨脹點。
堿骨料反應的一個重要特點是混凝土的局部膨脹，裂縫兩邊緣出現錯臺現象。另外，對于同一結構而言，潮濕部位出現裂縫，而干燥部位則安然無恙。
2.混凝土橋梁裂縫處治
根據以上對混凝土橋梁的裂縫分析，就可在實際中分辨出裂縫的具體類型，然后根據裂縫情況，對癥下藥，采取相應處治對策。
2.1規(guī)范規(guī)定裂縫限值
交通部04版規(guī)范及建設部城市橋梁養(yǎng)護規(guī)范均對鋼筋混凝土構件的最大寬度裂縫進行了限值規(guī)定：
I類(一般環(huán)境)和II類(嚴寒、濱海環(huán)境)環(huán)境0.20mm
III類(海水環(huán)境)和IV類(侵蝕環(huán)境)環(huán)境0.15mm
2.2裂縫處治對策
在采取裂縫處治前，需對裂縫的寬度、深度進行測量，裂縫寬度的測量較簡單，采用一般的刻度放大鏡或寬度測量工具即可，裂縫深度的測量對于淺層裂縫可在其中注入酚酞溶液測量，對于較深裂縫則需用超聲波探測儀測量。
2.2.1對裂縫進行跟蹤觀測、記錄
若裂縫發(fā)展嚴重，應進行評價，并制定維修加固方案；若裂縫較穩(wěn)定且在限值以內，宜采用涂刷柔性樹脂膠或低壓灌注環(huán)氧樹脂漿液進行封閉；若裂縫穩(wěn)定但寬度為0.2mm～1mm，宜采用環(huán)氧樹脂漿液低壓灌漿封閉裂縫；若裂縫穩(wěn)定但寬度大于1mm時，宜用低壓環(huán)氧樹脂漿液或高強微膨超細水泥漿液灌注，必要時進行加固。
2.2.2環(huán)境因素引起的裂縫
對于溫度裂縫和收縮裂縫，可涂刷柔性樹脂膠或低壓灌注環(huán)氧樹脂漿液進行封閉，以避免水分侵入，提高橋梁耐久性。（下轉第157頁）（上接第200頁）對于鋼筋銹蝕裂縫，可鑿除裂縫周圍松散混凝土，露出新茬后打磨銹蝕鋼筋，界面涂黏合劑后用環(huán)氧砂漿修補。
對于堿骨料反應裂縫，若裂縫發(fā)展較多已形成剪錐體時，應將錐體敲掉后打磨銹蝕鋼筋，涂刷界面黏合劑后用同標號混凝土修補；若裂縫較輕，可涂刷柔性樹脂膠或低壓灌注環(huán)氧樹脂漿液封閉裂縫，以隔絕水分或潮氣減緩病害發(fā)展。若病害很嚴重，維修加固不經濟時，可更換結構或拆除重建。
3.結論
混凝土結構裂縫的及時、有效處治是進行橋梁養(yǎng)護的重要內容，是提高橋梁耐久性、延長使用壽命的重要手段。對裂縫性狀的合理分析是采取正確處治措施的前提和基礎，希望本文能夠拋磚引玉，引起大家對混凝土結構裂縫的關注，提高對混凝土結構裂縫的認識和理解，為橋梁的合理有效養(yǎng)護提供借鑒。
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