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某混凝土板橋裂縫成因分析及修補措施

建筑論文網(wǎng) · 2011-01-25 00:00 留言
  摘   要:在橋梁建造和使用過程中,因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)橋梁垮塌的現(xiàn)象屢見不鮮。正確分析裂縫的成因,是克服和控制裂縫的關(guān)鍵。為了進一步加強對混凝土橋梁裂縫的認(rèn)識,盡量避免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫,本文通過對某混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因進行分析、總結(jié),以方便設(shè)計、施工找出控制裂縫的可行辦法,達到防范于未然的作用。  
    
  關(guān)鍵詞:橋梁裂縫 混凝土 橋面板 荷載 材料 橋面鋪裝 修補措施  
  
  1、前言 
    
  在橋梁建造與使用過程中,現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫,是非常值得關(guān)注的問題。裂縫的發(fā)展會使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生異常的內(nèi)部應(yīng)力或變形,嚴(yán)重的可能會危及橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。由于橋面板直接受到車輪荷載的影響,一旦開裂容易迅速惡化。因此對橋面板出現(xiàn)的裂縫,更應(yīng)盡早發(fā)現(xiàn),盡量提前進行適當(dāng)?shù)奶幚怼?
    
  造成橋面板出現(xiàn)裂縫的原因比較復(fù)雜,主要受材料、施工、使用環(huán)境以及結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面因素的影響。裂縫的種類繁多,不同的裂縫對橋梁的危害各有輕重。正確地分析裂縫出現(xiàn)的原因,是克服和控制裂縫、保證橋梁正常使用的關(guān)鍵。 
    
  2、工程實例 
    
  省道S223線K80+780小橋為該二級路改建時新增加的單跨現(xiàn)澆混凝土實心板橋,跨度為1×8米,寬度為8.5米。橋面板厚40厘米,采用柱式橋臺,直徑為1米,鉆孔樁基礎(chǔ),樁徑為1.1米,每邊各二根。樁基持力層為中風(fēng)化石英巖。板面板及橋臺材料均為C30混凝土,樁基材料為C25混凝土。設(shè)計荷載為汽-20、掛-100。
    
  該橋在通車一年后,左側(cè)橋面板距路中線約50cm處出現(xiàn)一道較明顯的縱向裂縫,縫寬0.2~0.3mm,局部超過0.3mm,且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢。 
    
  為正確地研究橋面板裂縫產(chǎn)生的原因,必須對橋梁的設(shè)計、施工過程及使用環(huán)境進行詳細(xì)地分析,才能采取有效的修補加固措施,確保橋梁的正常使用。 
    
  3、橋面板裂縫產(chǎn)生原因分析 
    
  3.1 概述 
    
  混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多,甚至多種因素相互影響,每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種原因。在鋼筋混凝土橋面板上所看到的損傷都是由于構(gòu)造上的或與荷載條件有關(guān)的種種原因而造成的。導(dǎo)致鋼筋混凝土橋面板裂縫產(chǎn)生的原因,大致可分為以下幾類: 
    
  3.1.1  作用的常規(guī)靜、動荷載過大或次應(yīng)力的產(chǎn)生 
    
  在設(shè)計計算階段,計算模型不合理;設(shè)計斷面不足;結(jié)構(gòu)計算時部分荷載漏算;構(gòu)造處理不當(dāng),鋼筋設(shè)置偏少或布置錯誤;設(shè)計圖紙交代不清等。在施工階段,不加限制地堆放施工機具、材料;不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力特點,隨意翻身、起吊、運輸、安裝;不按設(shè)計圖紙施工,擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序,改變結(jié)構(gòu)受力模式;不對結(jié)構(gòu)做機器振動下的疲勞強度驗算等。在橋梁使用階段,超出設(shè)計載荷的重型車輛頻繁過橋;受車輛、船舶的接觸、撞擊等。以上幾種情況都會使橋面板在荷載的作用下發(fā)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)微裂縫。這種由常規(guī)靜、動荷載或次生應(yīng)力所產(chǎn)生的裂縫稱為荷載裂縫。荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點,其分布規(guī)律是沿主拉應(yīng)力方向開展,其走向與主拉應(yīng)力方向垂直。這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴(yán)重部位。 
    
  3.1.2  溫度變化頻繁或溫差過大 
    
  混凝土具有熱脹冷縮的性能,當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化,混凝土將發(fā)生變形,若變形遭到約束,則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。 
    
  3.1.3  混凝土的干縮 
    
  在混凝土中,水以結(jié)合水、層間水、物理吸附水和毛細(xì)水等狀態(tài)存在。當(dāng)這些水在混凝土硬化過程中失去時,水泥漿體就會收縮,當(dāng)收縮受到限制產(chǎn)生收縮應(yīng)力時,就會產(chǎn)生裂縫?;炷潦湛s裂縫的特點是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細(xì),且縱橫交錯,成龜裂狀,形狀沒有任何規(guī)律。橋梁工程中,由于混凝土的干縮所引起的干縮裂縫是最常見的。 
    
  3.1.4  地基變形 
    
  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)開裂產(chǎn)生裂縫。 
    
  3.1.5  施工質(zhì)量不良 
    
  在施工過程中,假如混凝土級配不良或施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣,造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度不足,容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫。 
    
  3.2  病因分析 
    
  3.2.1  現(xiàn)場勘測情況 
    
  對該小橋進行詳細(xì)地勘測發(fā)現(xiàn),除了左側(cè)橋面板靠近路中線處的那道縱向裂縫外,橋面板上表面未出現(xiàn)其它裂縫,但在橋面板底部同一位置上卻發(fā)現(xiàn)存在裂縫,縫寬0.2~0.3mm,也呈縱向布置,由此可判斷該裂縫是上下貫通的。對橋面板底部進行細(xì)致檢查,發(fā)現(xiàn)在其它位置還有多條極細(xì)微的裂縫,縫寬小于0.1mm,均呈縱向布置。對橋臺臺帽及錐坡進行檢查,未發(fā)現(xiàn)有裂縫。 
    
  現(xiàn)場交通量正常,但大型貨車較多,且時有超載的違章車輛通過。 
    
  3.2.2  施工情況 
    
  該小橋所使用的混凝土和鋼筋各項指標(biāo)均合格,水泥凝結(jié)試驗以及摻合料、水、細(xì)骨料的試驗結(jié)果均屬正常。施工期間氣象條件良好,平均氣溫24℃,濕度60~85%,混凝土澆灌過程中,天氣睛朗,風(fēng)速較小。橋面板采用整體澆筑,鋼筋布設(shè)均按圖施工,但鋼筋搭接恰好處于距路中50cm左右的左側(cè)橋面上。  3.2.3  基礎(chǔ)情況 
    
  由地質(zhì)勘察資料分析,該路段地基地質(zhì)情況較為一致,未有較大的地質(zhì)差異,且沒有軟弱地質(zhì)層;鉆孔樁嵌入中風(fēng)化石英巖。橋臺臺帽及錐坡沒有出現(xiàn)裂縫,因此可排除因地基不均勻沉降所造成的裂縫。 
    
  3.2.4  設(shè)計情況 
    
  根據(jù)實際使用荷載進行驗算,發(fā)現(xiàn)原設(shè)計橋面板配筋量為承載力要求的1.5~1.6倍,偏于安全。但設(shè)計圖紙中,橋面鋪裝層采用4cm厚的水泥混凝土,厚度偏薄,且未配置構(gòu)造鋼筋。 
    
  3.2.5  診斷結(jié)論 
    
  綜上所述,本例中橋面板裂縫不可能是由溫差變化、混凝土干縮及基礎(chǔ)不均勻沉降所引起。造成橋面板開裂的主要原因,應(yīng)該是橋面鋪裝層過薄,導(dǎo)致橋面板局部沖擊荷載過大,產(chǎn)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)裂縫。我們知道,橋面鋪裝即行車道鋪裝,亦稱橋面保護層,它是車輪直接作用的部分。橋面鋪裝層的作用在于防止車輛輪胎或履帶直接磨耗行車道板,保護主梁(橋板)免受雨水侵濕,并對車輛輪重的集中荷載起分布作用,起到聯(lián)系各主梁(橋板)共同受力的作用。為使鋪裝層具有足夠的強度和良好的整體性,一般在混凝土中鋪設(shè)直徑為4-6mm的鋼筋。 
    
  本例中,因為橋面鋪裝層厚度過薄,且未配置構(gòu)造鋼筋,喪失了保護橋面板的作用,使橋面板直接承受車輪荷載的沖擊作用。在車輪荷載頻繁沖擊的板帶,由于動荷載的不斷作用而發(fā)生應(yīng)力集中,出現(xiàn)縱向微裂縫;當(dāng)應(yīng)力反復(fù)作用時,裂縫逐步擴展,從而不斷減小承受應(yīng)力作用的有效面積,最終在車輪荷載反復(fù)作用達到一定次數(shù)后導(dǎo)致破壞,橋面板出現(xiàn)裂縫。在這種情況下,裂縫會迅速擴展,最后上下貫通,使橋面板失去整體性,承載力不斷下降,最終導(dǎo)致破壞,危害性較大,必須及時采取有效的修補措施,控制裂縫的發(fā)展,增強橋面板的整體性,保證橋梁的正常使用。 
    
  4、修補措施 
    
  根據(jù)橋面板裂縫的成因,可采取以下幾種修補處理措施。 
    
  4.1  橋面鋪裝層重新鋪設(shè) 
    
  4.1.1  橋面鋪裝層采用C40防水混凝土,路線中心處厚度為13.6cm,路邊緣處厚度為8cm,構(gòu)造筋采用φ10@120,提高鋪裝層的整體強度。 
    
  4.1.2  嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,橋面板頂面鑿毛至露出骨料3~5mm,并用高壓氣泵或水槍清理干凈;嚴(yán)格控制混凝土的配合比和坍落度,使混合料具有良好的和易性;混凝土采用低收縮配方,減少收縮開裂。 
    
  4.1.3  為使橋面鋪裝層與橋面板緊密結(jié)合,使橋面鋪裝層共同參與受力,同時固定橋面鋪裝鋼筋的位置,采用“植筋”的技術(shù)。在橋面板上按1m×1m的間距鉆孔,孔深大于鋼筋錨固長度,孔徑略大于鋼筋直徑,前后排孔的布置成梅花狀;用高壓氣泵將孔清理干凈后,灌入調(diào)配好的環(huán)氧樹脂膠液,然后植入Φ18螺紋鋼筋,待膠液固化并達到強度后,將植入的鋼筋與橋面鋪裝鋼筋牢固焊接后,再澆筑防水混凝土。 
    
  4.1.4  鑿開橋頭搭板,重新調(diào)整搭板厚度,并鋪設(shè)構(gòu)造鋼筋,使其與橋面板及橋兩側(cè)路面連接順暢。 
    
  4.2  裂縫的修補 
    
  4.2.1  對于橋面板中間帶上下貫通的裂縫,其下部采用鋼板粘結(jié)施工法進行修補。這種施工法是用環(huán)氧樹脂把鋼板粘貼在橋面板混凝土受拉緣的外表面,使其與原橋面形成整體化,在活載的作用下可作為鋼筋來使用。本工程采用6mm厚、100mm寬的長條鋼板,順橋方向進行加固。施工時采用液狀環(huán)氧樹脂注入施工法,根據(jù)橋面板的平整度,用錨固螺栓預(yù)先固定鋼板,并使鋼板與橋面板表面間保持2~4mm的間隙,然后用膩子狀環(huán)氧樹脂封閉鋼板的邊緣,再從適當(dāng)設(shè)置在封閉線上及鋼板中部的注入口注入環(huán)氧樹脂,并保持原狀使其硬化。 
    
  4.2.2  對于橋面板中間帶上下貫通的裂縫,其上部采用注入施工法進行處理。沿裂縫7~8cm寬度的范圍內(nèi),用砂輪機和鋼絲刷去混凝土表面的游離石灰和灰塵等,并用洗凈劑清洗,然后加壓注入具有滲透性和粘著性的環(huán)氧樹脂,以此來填充混凝土裂縫,提高橋面板的防水性,防止鋼筋銹蝕及混凝土老化。 
    
  4.2.3  對橋面板下部寬度小于0.2mm的其它裂縫,采用表面處理法進行修補,在混凝土表面沿裂縫涂抹樹脂保護膜。施工時先用鋼絲刷除去混凝土表面的附著物,再用清水清洗,經(jīng)充分干燥后,用油灰狀樹脂填充混凝土表面的凹癟部分后,再進行必要的涂抹。 
    
  5、結(jié)束語 
    
  造成橋梁出現(xiàn)裂縫的原因是多種多樣,非常復(fù)雜的,設(shè)計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力,均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計中,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件是允許帶裂縫工作的,問題不在有無裂縫,而在于出現(xiàn)什么樣的裂縫。當(dāng)橋梁發(fā)生開裂現(xiàn)象后,應(yīng)從設(shè)計、施工及其使用狀況等各方面進行細(xì)致地調(diào)查測試及詳盡地分析,找出開裂的主要原因,分析裂縫的性質(zhì),預(yù)料其對結(jié)構(gòu)的危害性,判斷其需要修補或加固的緊迫性,最后采取合理、有效、經(jīng)濟的修補加固措施,使橋梁損傷尚在輕微時期就能得到修補,保證其正常地使用。

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