淺談橋梁裂縫的形成原因
2016-12-12
在橋梁施工建設(shè)中，工程的質(zhì)量問題，在一定程度上是由于橋梁施工的裂縫引起的?；炷灵_裂經(jīng)常困擾著橋梁工程技術(shù)人員。為了盡量避免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫，本文將對混凝土橋梁在施工過程中產(chǎn)生裂縫的六大原因作較全面的分析、總結(jié)。
1.荷載性裂縫的形成原因
1.1 在設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算模型不合理，結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際受力不符，荷載少算或漏算，內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)斷面不足，鋼筋設(shè)置偏少或布置錯(cuò)，結(jié)構(gòu)剛度不足。在施工中，結(jié)構(gòu)本身存在設(shè)計(jì)缺陷，不能抵抗應(yīng)力而開裂。
1.2 設(shè)計(jì)對施工考慮不全，大體積結(jié)構(gòu)構(gòu)造鋼筋偏少，在澆筑混凝土?xí)r，中途停止?jié)仓?，混凝土表面開裂。施工對結(jié)構(gòu)受力不了解，在施工中，構(gòu)件在連成整體前，是單獨(dú)受力的，施工不合理堆放施工機(jī)具、材料；對混凝土構(gòu)件隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝；擅自更改結(jié)構(gòu)施習(xí)頃序，改變結(jié)構(gòu)受力模式，造結(jié)構(gòu)混凝土開裂。
1.3 由于施工和構(gòu)造的需要，橋梁結(jié)構(gòu)經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設(shè)置牛腿等，設(shè)計(jì)時(shí)難以用準(zhǔn)確的模型進(jìn)行計(jì)算，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置受力鋼筋。受力構(gòu)件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。因此，如處理不當(dāng)，在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角或構(gòu)件形狀突變處，受力鋼筋截?cái)嗵幰壮霈F(xiàn)裂縫。
2結(jié)構(gòu)性裂縫的形成原因
設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)裂縫是指設(shè)計(jì)時(shí)采用的結(jié)構(gòu)型式在荷載作用下必然會產(chǎn)生的裂縫，如非預(yù)應(yīng)力的預(yù)制梁板及非預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁等。雖然在施工時(shí)針對這種形式設(shè)置了預(yù)拱，但在荷載作用下，預(yù)拱消失后梁底抗拉區(qū)的混凝土最終還是要開裂的。非預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁還在梁頂負(fù)彎矩區(qū)產(chǎn)生裂縫。這種裂縫是正常的、安全的，但裂縫的寬度應(yīng)小于0.2mm或設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍，若超過這個(gè)范圍，那么裂縫就不正常了，就需要對其成因及安全性作進(jìn)一步分析和鑒定。施工結(jié)構(gòu)性裂縫是指由于施工原因造成的結(jié)構(gòu)性裂縫，如預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的張拉裂縫，普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁支架拆除過程中產(chǎn)生的裂縫等等。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的張拉裂縫一般是由于錨墊板位置沒按設(shè)計(jì)位置布置、錨墊板后螺旋筋沒有頂牢錨墊板、錨墊板混凝土不密實(shí)或混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)或規(guī)范規(guī)定的張拉強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行張拉等原因造成的；普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁拆架過程中產(chǎn)生的裂縫是由于落架順序不當(dāng)或落架時(shí)間過長引起的，因?yàn)橐宦?lián)箱梁落架不可能在瞬間完成，有一個(gè)從簡支梁到連續(xù)梁的受力體系以接近設(shè)計(jì)受力體系的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，那么連續(xù)梁的負(fù)彎矩區(qū)在簡支過程中梁底是肯定要產(chǎn)生橫向裂縫的。
3非結(jié)構(gòu)性裂縫的形成原因
3.1 塑性裂縫
塑性裂縫，即混凝土在可塑狀態(tài)下出現(xiàn)的裂縫，分為沉降裂縫和收縮裂縫兩種形式。沉降裂縫產(chǎn)生的原因一是由于混凝土在塑性狀態(tài)下其基礎(chǔ)、支架等有不均勻沉降，使局部地方的混凝土變形受約束導(dǎo)致裂縫；二是由于重力作用使混凝土中較重顆粒下沉，而使水泥漿上浮，當(dāng)這種下沉受到鋼筋、模板拉桿約束時(shí)就會產(chǎn)生裂縫。收縮裂縫產(chǎn)生的主要原因是由于混凝土快速干燥，混凝土內(nèi)水份的蒸發(fā)速率大于其泌水速率，在固體顆粒水面形成彎月形產(chǎn)生毛細(xì)管張力，混凝土自體收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于 昆凝土本身的抗拉強(qiáng)度而導(dǎo)致裂縫。
3.2 溫差裂縫
溫差裂縫，即由于混凝土自體的溫度變化及混凝土自體溫度與環(huán)境溫度的差異使混凝土自體收縮不均而產(chǎn)生的裂縫。由于早期混凝土構(gòu)件被模板等材料隔離，水泥水化所產(chǎn)生的熱量無法及時(shí)散發(fā)到空氣中，故在初始24h內(nèi)混凝土溫度將升高，過幾天后隨著熱量的散發(fā)混凝土將變冷，此時(shí)混凝土?xí)a(chǎn)生收縮，這種收縮受結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋及外部模板等約束會使混凝土開裂；當(dāng)混凝土冬季施工時(shí)，由于混凝土散熱快，其內(nèi)部溫度較高，而表面溫度受環(huán)境影響變得較低，表面混凝土的收縮率大于混凝土內(nèi)部的收縮率，從而使表面混凝土產(chǎn)生裂縫。
3.3 長期干縮裂縫
長期干縮裂縫，即混凝土長期暴露于不飽和的空氣中由于物理的、化學(xué)的失水使混凝土體積縮小，當(dāng)縮小受到約束時(shí)產(chǎn)生的裂縫。通常來講，干縮產(chǎn)生的混凝土應(yīng)變速率非常慢，而且混凝土徐變產(chǎn)生的松弛可抵消部分干縮應(yīng)變。但混凝土設(shè)計(jì)的體積與表面積的比值、分布鋼筋的布置、混凝土的配合比及混凝土所處環(huán)境的溫度、濕度等都會導(dǎo)致干縮裂縫。
4施工材料質(zhì)量引起的裂縫
水泥出廠強(qiáng)度不足，安定性不合格，水泥受潮或過期，施工時(shí)使混凝土強(qiáng)度不足，導(dǎo)致混凝土開裂。砂石粒徑太小，級配不良，空隙率大，將導(dǎo)致拌合水和水泥用量加大，使混凝土收縮加大；砂石中含泥量高，將造成水泥和水用量加大，將降低混凝土強(qiáng)度和抗凍性、抗?jié)B性，導(dǎo)致混凝土開裂。砂石中含有硫化物會與水泥中的鋁酸三鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，體積膨脹導(dǎo)致混凝土開裂。
5收縮引起的裂縫
在施工中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮的炭化收縮。
6地基礎(chǔ)變形引起的裂縫
由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂?；A(chǔ)不均勻沉降的主要原因有:地基地質(zhì)差異太大、結(jié)構(gòu)荷載差異太大、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大、地基凍脹等。
