混凝土桥梁施工裂缝形成原因及控制研究

分类：建筑设计论文发表 时间：2011-04-13 08:46 关注：(1)

混凝土桥梁施工裂缝形成原因及控制研究
邓 杏
摘 要：对混凝土桥梁施工过程中的，荷载、温度、施工工艺等因素引起的施工裂缝形成原因进行较系统分析研究，并提出这些因素所引起的施工裂缝易发生部位，有针对性地提出各类桥梁施工裂缝控制措施，通过这些控制措施在某工程中的应用，表明文中所提出的施工裂缝控制措施效果显著，可为同类施工提供较有价值的参考。
关键词：混凝土桥梁；施工裂缝；形成机理，裂缝控制
0. 引言
在混凝土桥梁施工中，施工裂缝复杂而繁多，各种裂缝都有其自身特点，有些施工裂缝甚至是多种因素互相影响所引起的。虽然规范上允许结构带裂缝工作，但对这些裂缝的宽度都有明确规定，因此对混凝土桥梁的施工裂缝应予以足够的重视，不可忽视其存在，故应明确混凝土桥梁施工裂缝所形成的原因，并控制施工裂缝的产生与发展。基于此，本文对混凝土桥梁施工过程中的，荷载、温度、施工工艺等因素引起的施工裂缝形成原因进行较系统分析研究，并提出这些因素所引起的施工裂缝易发生部位，有针对性地提出各类桥梁施工裂缝控制措施。
从施工裂缝形成机理上可分为受力裂缝和非受力裂缝，它们形成原因既有设计失误而引起，也有施工工艺水平不当、施工控制失误等所引起，现针对这两方面作系统分析。
1. 非受力裂缝分析及控制
1.1 温度变化引起的裂缝
温度变化所引起的裂缝原因有多种，如日照温差所引起的等，但针对施工原因引起的温度裂缝就主要表现在水化热和施工不当方面。这种施工裂缝所形成的原因归结为水化热或者施工不当致使混凝土内部的温度过高，导致混凝土内外温差太大，混凝土将发生热缩冷涨现象，所产生的温度应力超过混凝土自身的拉应力，从而产生温度裂缝。
根据笔者工程经验，温度裂缝一般出现在配筋薄弱之处。对于混凝土桥梁来说，温度裂缝通常发生在以下部位：（1）在箱梁的腹板处。原因是由于桥面板与底板温度一般都相差较大，导致箱梁腹板的温度应力相对较大，腹板部位极易出现温度应力；另外，工程经验表明，厚腹板出现的裂缝较薄腹板多，这主要归结于厚腹板对底板的温度变形提供较大阻力，即厚腹板提供的刚度太大，阻碍了箱梁其他部位的变形，从而产生更多的裂缝。（2）连续梁在靠近中间支座的下缘处多出现裂缝，而且板梁比箱梁出现的裂缝更多。（3）在浇注混凝土时，混凝土内外较大的温差极容易导致混凝土开裂。（4）桥梁施工缝处由于新旧混凝土之间不能承受拉应力，因此在锚固区的施工缝处经常会出现粗裂缝。
通过对温度裂缝机理的分析以及出现的部位，要控制好温度裂缝归根到底就是如何控制好这些部位混凝土的内外温度，让温度差降到混凝土自身所承受的拉应力范围内，这样就可有效地控制易发部位产生温度裂缝。根据笔者的成功经验，最有效地控制措施是：（1）桥梁施工中应根据实际情况，选取水化热低的水泥，通过用水将骨料冷却方法来降低骨料的入模温度。（2）采用循环冷却系统来散去混凝土内部热量，或采用分层连续浇筑方法来加快散热。（3）最有效的方法就是制备低温地热的混凝土，这种方法尤其适用于夏季施工，通过预冷材料方法可将混凝土浇筑温度降低10℃左右，减免温度裂缝效果相当显著。
1.2 钢筋锈蚀引起的裂缝
钢筋锈蚀所产生的裂缝最初并没有被重视，因为这种裂缝发展非常缓慢，而且绝大部分发生在竣工之后，但这种裂缝在沿海地区或者有腐蚀性强空气地区的桥梁中多发生，而且钢筋锈蚀将引起结构承载力降低，诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。因此，在这些地区的桥梁中，预防这种裂缝尤其慎重。这种裂缝形成原因归结为钢筋表面混凝土被碳化，同时氯化物破坏钢筋表面氧化膜，导致钢筋发生锈蚀，体积膨胀引起保护层混凝土产生沿钢筋方向的裂缝。
根据笔者的成功经验，要有效控制和预防钢筋锈蚀引起的裂缝，主要施工措施是：（1）对钢筋进行彻底的除锈工作，以保证钢筋质量。（2）施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣以保证混凝土的密实性。（3）严格控制含氯的外加剂用量。
2. 受力裂缝分析及控制
2.1 荷载引起的裂缝
混凝土桥梁在静、动荷载及次应力作用下产生的裂缝称为荷载裂缝。荷载引起的裂缝形状多样，其直接与结构应力分布有关。针对施工方面来说，这种裂缝形成的原因主要是在施工阶段不加限制地堆放施工机具、材料；对构件随意翻身、起吊、运输、安装；改变施工顺序，从而改变结构的受力模式引起荷载裂缝。
根据笔者的工程经验，要有效预防和控制荷载引起的裂缝，关键是让桥梁构件合理受力，不破坏桥梁的正常受力模式。因此在桥梁施工过程中要：（1）不可在桥梁上任意堆放东西，要按照规定对构件操作。（2）不得随便对桥梁结构的受力构件进行凿槽、开洞、设置牛腿等。工程经验表明，若在桥梁结构受力构件进行开洞等，将会在洞口附件产生应力集中。因此，要特别注意在大跨预应力连续梁跨内钢束截断处的处理。（3）桥梁在施工过程中，若出现斜裂缝就应加强观察。如果裂缝发展缓慢并限制在受拉区，同时裂缝宽度在限值内，这是允许的。但只要裂缝接近受压区，则应及时对其加固处理。
3. 工程实例
3.1 工程概况
某大桥总长1280m，主桥是60+90+60的三跨单箱预应力混凝土连续箱梁。箱梁截面高度由1号段的4.5m到合龙段缩变为2 m。施工时先完成主、辅墩之间的合龙段施工，接着完成主墩间的合龙段施工，最后完成悬臂梁到连续梁的体系转换，连续箱梁的施工即告完成。箱梁混凝土浇筑时采取分段浇筑方式施工。
3.2 裂缝现象
对于本桥中已建成的预应力混凝土箱形桥梁施工中，发现有各种裂缝出现，如荷载引起的各种裂缝，另外还有独立支撑处箱梁隔板与腹板处的裂缝、强大预加力在结构内引起的裂缝、由于温度引起不均匀收缩造成的腹板表面裂缝等。
3.3 工程实施
根据本文前面所分析的，这些裂缝都有其自身特点，在施工方面有适当的措施予以控制。因此，为了预防该桥后建箱形桥梁裂缝不断出现，针对该大桥的具体情况，对该箱梁裂缝的预防采取了以下措施：
（1）为了避免箱梁变截面处温差相差较大，引起温度裂缝，因此在箱梁的顶板底面的变截面位置，增加一层宽度为0.4m的钢筋网，对局部应力、温度及收缩裂缝能起到约束作用。
（2）采取低水化热的水泥品种，用水冷却骨料等方法预冷材料。
（3）施工过程中，采用两次振捣技术来提高混凝土强度以及抗裂性，同时经过两次振捣后，混凝土的密实性得到明显提高。
（4）根据本桥的施工方法对箱梁进行必要的受力分析，对薄弱位置适当布置钢筋网。
通过对以上施工方法与措施实施到该桥施工中，后建桥梁裂缝明显减小，预防和控制裂缝产生的效果显著，得到了建设方的充分肯定。
4. 结语
本文通过总结混凝土桥梁的施工裂缝产生的特点，分析了受力施工裂缝和非受力施工裂缝产生的机理及成因，系统总结了桥梁施工中容易产生裂缝的原因，并提出各种施工裂缝易发生部位，有针对性地提出各类桥梁施工裂缝的具体控制措施。最后，笔者认为真正有效地预防施工裂缝产生，除了精心的结构设计之外，还应包括混凝土浇筑顺序、混凝土养护等施工工艺上严格控制。
参考文献：
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