橋梁的修建和運營過程中,有時會發現梁體不同部位出現龜裂、橫向、縱向和斜向裂縫。裂縫一旦出現,輕則影響結構的耐久性、重則直接影響結構的承載能力.甚至危及結構的安全,值得予以重視,并應弄清裂縫產生的原因,首先采取措施預防裂縫發生,一旦裂縫發生,則必須采取適當的措施。予以及時的觀察監測和處理理,以保證橋梁的安全和耐久性能。
一、橋梁裂縫成因及分類
混凝土是由水泥、砂、石骨料等組成的材料,在其硬化的過程中,就已經存在氣穴、微孔和微觀裂紋。構件受力后,微孔和微觀裂紋逐漸聯通、擴展,形成宏觀裂紋。
而混凝土橋梁裂縫大致可劃分如下幾種:荷載裂縫、溫度裂縫、收縮裂縫、沉降裂縫、施工工藝質量等。
1.1 荷載引起的裂縫
裂縫產生的原因有:設計計算階段,結構計算時不計算或部分漏算:計算模型不合理:結構受力假設與實際受力不符:荷載少算或漏算:使用階段,超出設計載荷的重型車輛過橋:內力與配筋計算錯誤:結構安全系數不夠。結構設計時不考慮施工的可能性:設計斷面不足:鋼筋設置偏少或布置錯誤:結構剛度不足:構造處理不當:施工機具、材料堆放不合理:預制結構翻身、起吊、運輸、安裝不當,造成結構受力不合理:不按設計圖紙施工,擅自更改結構施工順序,改變結構受力模式 ,不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。
1.2 溫度裂縫
當外部環境或結構內部溫度發生變化,混凝土將發生變形,若變形遭到約束,則在結構內將產生應力,因此產生的裂縫。如當混凝土內部溫度很大,當混凝土因降溫的收縮變形受到巖石地基或老混凝土墊層的約束時,將會在混凝土內部出現很大的拉應力而產生約束裂縫。驟然降溫,水化熱,蒸汽養護或冬季施工時施工措施不當,混凝土驟冷驟熱,內外溫度不均,易出現裂縫。
1.3 收縮裂縫
在實際工程中,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)是發生混凝土體積變形的主要原因。混凝土結硬以后,隨著表層水分逐步蒸發,濕度逐步降低,混凝土體積減小的現象。由于混凝土表層的水分損失快,內部損失慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮。
1.4 沉降裂縫
由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移,地質勘察精度不夠、試驗資料不準。在沒有充分掌握地質情況就設計、施工,這是造成地基不均勻沉降的主要原因。比如丘陵區或山嶺區橋梁,勘察時鉆孔間距太遠,而地基巖面起伏又大,勘察報告不能充分反映實際地質情況。
1.5 施工工藝質量
混凝土結構澆筑、構件制作、拆模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理、施工質量低劣,容易產生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深層的和貫穿的各種裂縫。混凝土振搗不密實、不均勻,出現蜂窩麻面、空洞,導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易在澆筑數小時后發生裂縫,既塑性收縮裂縫。混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分蒸發過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現不規則的收縮裂縫。
裂縫的分類除了按照上訴的原因分類外,還可以根據裂縫的位置分為:垂直裂縫、縱向裂縫以及斜裂縫。
二、裂縫對結構的危害
一般情況下, 寬度小于或等于0.05mm的裂縫對使用無多大危害,且微細裂縫在混凝土中是不可避免的。所以,在鋼筋混凝土設計計算理論中,除對裂縫有嚴格要求的構件外,一般結構是允許帶裂縫工作的。但是混凝土裂縫過寬對結構有較大危害,主要表現在以下幾個方面:
第一,冰凍的影響。混凝土有了裂縫,水就能滲入,即使滲得不很深,當氣溫降到零度以下時,水分就會結成冰,冰體膨脹會導致沿裂縫邊緣的散裂,而凍融循環重復一次,這種散裂現象就會發生一次,這樣裂縫將逐漸加寬。
第二,鋼筋銹蝕。一旦水分或有腐蝕的氣體到達鋼筋,銹蝕就會開始。銹蝕削減了鋼筋的受力截面積,鐵銹膨脹,致使混凝土裂縫繼續擴展,影響鋼筋和混凝土的粘結力 。
第三,降低結構的承載力。由于鋼筋腐蝕截面削減和混凝土裂縫使有效高度削弱,使構件承載力有所降低。
第四,加快混凝土碳化剝落,降低抗疲勞能力,影響結構耐久性。
第五,損壞表面性能,如美觀等。
如上所述,在混凝土中微細裂縫是不可避免的,也無多大危害,而寬度較大的裂縫又危害甚大,所以裂縫的預防和已有裂縫的處理是非常重要的。
三、裂縫的處理方法
3.1 結構本身受力影響不大或暫沒有較大影響者主要采用表面封閉修補法: 主要是采用砂漿填縫、裂縫膠注膠補強(例如卡本封縫膠CCSR-A/B)、鑿槽嵌補、表面噴漿等。
3.2 結構暫時沒有影響而長期因雨水、氣體侵蝕而對結構有較大影響的多采用壓力灌漿法來修補,即將某種漿液( 如水泥漿、環氧樹脂漿液等例如卡本裂縫膠CBFR-A/B) 通過施加一定的壓力灌入結構內部裂縫中去,以達到封閉裂縫,恢復并提高結構強度、耐久性和抗滲性。
3.3 對結構危害較大的裂縫處理,方法有以下幾種: 鋼板粘貼補強法、碳布粘貼補強法、增加梁體截面尺寸補強法、預應力加固法(例如卡本預應力碳板加固系統)等。
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