橋梁混凝土裂縫分析論文

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1.裂縫形成種類及形成原因

橋梁工程中裂縫種類歸納起來可分為三種：一是由外荷載引起的直接應力裂縫，即外荷載引起的直接應力產生的裂縫；二是由外荷載引起的次應力裂縫，即是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫；三是變形應力引起的裂縫，這主要是由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等引起結構變形，變形受到約束時便產生應力，當此應力超過混凝土極限強度時就產生裂縫。這些裂縫產生的原因是多方面的，主要有設計原因、施工原因、材料性質的原因，此外，外部環境等因素的影響也會產生裂縫。

1.1設計方面原因。

主要是設計疏漏，計算假設受力與實際受力不相符、計算模型不合理、外部荷載考慮不周全等等。

1.2施工方面原因。

不按設計圖紙施工，使結構受力模型與設計不相符；施工中混凝土振搗不密實、初期養生不夠、拆除支架順序不正確；不加限制地堆放施工機具、材料，超過計算荷載；不根據預制結構受力特點合理起吊、運輸、安裝；施工蠻干、不合理使用，亂開孔、亂埋預埋件、亂開槽、亂支牛腿，受車輛、船舶的撞擊等都會產生裂縫。

1.3材料性質原因。

水泥的反常凝固、反常膨脹、離析與泛漿以及水泥的水化熱不按規范施工；混凝土在硬化初期的體積變化和后期的干縮，若養生不充分；混凝土骨料的配合比、密度、空隙率、彈性模量等不合適，所有以上原因也會導致裂縫的產生。

1.4外部環境原因。

溫度與濕度的變化、混凝土構件內外溫差、內部鋼筋的銹蝕、受鹽類的化學腐蝕，車輪的磨損、地震荷載、地基變形及沉降等外部環境影響也會產生裂縫。

2.橋梁工程裂縫的預防

裂縫是混凝土本身具有的一種材料特性，讓它完全不發生是不可能的。長、大、薄、高強的混凝土構件是最易產生裂縫的混凝土構件，而橋梁工程許多結構具備其中一個或多個特點，如50mT梁預制具有“長、大、薄、高強”四個特點；連續剛構具有“大、薄、高強”三個特點；橋面鋪裝具備“大、薄、高強”的特點；承臺具備“大”的特點；防撞護欄具備“長、薄”的特點；空心薄壁墩具備“薄、高強”的特點等。預防混凝土裂縫是在掌握一定基礎資料的前提下，通過科學預測及計算，優化設計施工方案，合理地組織施工，才能避免混凝土構件中出現裂縫。

2.1橋梁工程裂縫的預防。

2.1.1優化設計。

2.1.1.1改善配筋。

（1）薄壁結構配筋中增設防裂筋，一般用小直徑鋼筋（φ8～φ14），小間距布置（@10～@15cm），明顯地提高混凝土抗裂性。

（2）大體積混凝土配筋中增設溫度筋，分層布置，一般用小直徑、小間距布置，提高混凝土抵抗溫度應力所引起的混凝土變形。

（3）結構的轉角處、錨固斷面、構件形狀突變處、預留孔道處、受力鋼筋截斷處等容易出現裂縫的部位增設抗裂筋，較大孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。改善應力集中，防止裂縫的出現。

2.1.1.2增加應力釋放途徑，減少內外約束。

（1）設立應力釋放縫：在斷面小的結構中（如防撞護欄）按受力特點規則地增設應力釋放縫。在采取分層或分塊澆筑大體積混凝土中，合理設置水平或垂直施工縫。

（2）設置后澆縫：當大體積混凝土平面尺寸過大時，可以適當設置后澆縫，以減小外應力和溫度應力；同時增加混凝土散熱面積，降低混凝土的內部溫度。

（3）設置滑動層及緩沖層：對大體積混凝土基礎與巖石地基，或基礎與厚大的混凝土墊層之間設置滑動層，如采用平面澆瀝青膠鋪砂、或刷熱瀝青、或鋪卷材。在垂直面、鍵槽部位設置緩沖層，如鋪設30～50mm厚瀝青木絲板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，釋放約束應力。

（4）在大體積混凝土內部預埋冷卻水管，預制T梁及連續剛構中以預埋預應力管道為冷卻水管，通入冷卻水，強制降低混凝土水化熱溫度。

（5）易發生裂縫的重要結構部位混凝土設計時外摻定量的纖維材料，提高混凝土的抗拉能力，避免裂縫產生。2.1.1.3結構方面。

（1）地質勘察精度可靠、試驗資料準確，防止因基礎技術資料與實際有誤造成不勻均沉降而產生裂縫。

（2）同一聯橋梁中，基礎結構類型盡量一致，防止因混合使用不同基礎類型或同時采用擴大基礎但基底標高差異大時而引起地基不均勻沉降從而產生裂縫。

（3）避免結構突變（或斷面突變），當不能回避時，應做局部處理，如轉角處做圓角，突變處做成漸變過渡。防止因應力集中而產生裂縫。

2.1.2確定最佳配合比。

2.1.2.1選用優質原材料。

(1)水泥：選用水化熱較低、收縮量較小、干縮值較小、高標號、早期強度較高的、含堿量較低的、初凝時間較長的水泥，以減少水化熱量總量，減小溫差變化幅度，減少水泥水化時收縮量，增強水泥膠和物的早期強度，從而避免因溫差、干縮等原因產生裂縫。

(2)粗細集料：選用吸水率較小、收縮性較低、級配良好的骨料，控制骨料中云母、含泥量、有機質和輕物質和硫化物的含量，以減少骨料的收縮，增強混凝土強度。

2.1.2.2確定最佳配合比。

（1）水灰比：一般來說用水量越大，水灰比越高，混凝土干縮越大。水灰比一般控制在0.5以下。

（2）外摻礦物粉：為減小混凝土中水泥含量，減少水化熱及收縮，一般采取外摻粉煤灰等礦物粉，替代混凝土中部分水泥含量，礦物粉摻配比例宜占膠凝總量的1/4。

（3）外加劑：摻加高效減水、增塑、緩凝劑來增加混凝土的坍落度和和易性，減少水泥及水的用量，改善混凝土拌合物的流動性、保水性，降低水化熱，減少水化熱總量，減少混凝土干縮，推遲熱峰的出現時間。

2.1.3定量預測。

計算大體積混凝土溫度、應力、平均整澆長度（伸縮縫間距），確定混凝土內外最大溫差、最大應力、最長伸縮縫間距，當其超過混凝土極限抗拉強度時，需在施工方案中采取降溫、延長溫度變化時間，或增加應力釋放途徑，或增加伸縮縫來避免產生裂縫。計算支架及模板的剛度及撓度，防止因支架及模板的下沉而引起混凝土在未形成強度前不均勻沉降而產生裂縫。

2.1.4合理施工。

在混凝土結構立模、澆筑、預制構件運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，必須合理組織施工，防止因施工原因產生裂縫。

2.1.4.1混凝土立模與支架。

模板與支架必須具有足夠的強度和剛度。支架設置在具有足夠強度的地基上，防止因不均勻沉降而產生裂縫。在支架拆除時，施工順序正確，避免由于產生瞬時動荷載而導致的對結構產生沖擊作用而產生的裂縫。

2.1.4.2混凝土澆筑。

（1）混凝土施工時，必須嚴格按照規范施工，盡量克服由于材料性質所產生的裂縫。

（2）混凝土攪拌與運輸時，要合理確定施工時間的長短，防止混凝土水灰比加大，避免混凝土凝結硬化時收縮量增加，防止水分蒸發過多，引起混凝土塌落度過低，使混凝土出現不規則的收縮裂縫。

（3）混凝土振搗時，防止過振、漏振及振搗不密實，嚴禁出現混凝土中粗細骨料不均勻、硬化后沉落過大及成型后出現蜂窩、麻面、空洞，導致鋼筋銹蝕等現象，避免混凝土抵抗裂縫的抗拉強度降低、塑性收縮及成為荷載裂縫的起點。

（4）混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位處理好，防止在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫。澆筑時分層適度，使混凝土中水化熱合理散發。

（5）混凝土初期養護時不得急劇干燥或早期受凍，防止混凝土與大氣接觸的表面上出現不規則的收縮裂縫、局部剝落，或脫模后出現空鼓現象。

（6）在長、高較大而寬度較小（一般小于80cm）、配筋較多、預留孔道較多的結構（如50mT梁腹板、懸臂澆筑連續剛構腹板等）混凝土澆筑振搗時，采用多種方法澆筑，可避免振搗控制不力及蜂窩、麻面、空洞的產生。2.1.4.3預制構件運輸、堆放、吊裝。

預制構件堆放時，支承墊木在一條垂直線上，懸臂不能過長，運輸過程中防止劇烈顛撞，吊裝時吊點位置恰當，在剛度較小的方向設置可靠的加固措施等，均可避免應力裂縫的產生。

2.1.5實時監控。

2.1.5.1支架及模板變形監控。

對于重要結構部位，如懸臂施工剛構0#塊支架、掛藍、連續箱梁滿堂支架等施工前要進行等荷載預壓，實際測得變形值，施工時據實測變形值預設預拱度。

澆筑混凝土過程中，專人負責檢查支架及模板穩定性，準備必需的工具、材料，在發現變形時，在混凝土處于流態時及時支護。

2.1.5.2混凝土配合比監控。

實測粗細骨料含水量，計算出施工配合比。攪拌過程中，水量通過時間來控制，粗細骨料及水泥、外摻礦粉通過電子計量來控制，外加劑通過量杯保證按施工配合比攪拌混凝土，嚴禁隨意更改水灰比。

2.1.5.3溫度監控。

（1）控制混凝土入模溫度低于30℃，實時監控構件中混凝土終凝前內外溫度，尤其是澆筑后1天～3天內水化熱高峰時。

（2）實測循環冷卻降溫管進出口水溫，據內外溫差值確定冷卻水流量、冷卻水溫度，保證混凝土內外溫差在規范允許范圍內。

3.裂縫處理

對于已經產生的裂縫，需要根據實際情況采取不同的方法進行處理。一般來說，混凝土裂縫的處理方法通常主要有：表面修補法，灌漿、嵌逢封堵法，結構加固法等。

3.1表面修補法。

表面修補法是一種簡單、常見的修補方法，它主要適用于穩定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂，通常采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

3.2灌漿、嵌逢封堵法。

灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補，它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。

嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等；常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

3.3結構加固法。

當裂縫影響到混凝土結構的性能時，就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結構的截面面積，在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。

3.4混凝土置換法。

混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

4.結語

總之，要減少橋梁裂縫，首先應從設計入手，然后抓好施工中的每一道工序的質量，并對混凝土材料及外部環境多做調查、研究與實驗，把裂縫的危害降低到最低程度。

【摘要】本文闡述了橋梁工程中混凝土裂縫產生的種類及原因，提出了預防措施及處理方法。

【關鍵詞】橋梁；混凝土；裂縫；原因分析；預防措施；處理方法

【Abstract】Inthisarticle,cracksinconcretebridgeconstructiontypesandcausesandrecommendingpreventivemeasuresandtreatment.

【Keywords】Bridge;Concrete;Crack;Reasonanalysis;Preventivemeasures;Treatment

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參考文獻

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