某混凝土板橋裂縫成因分析及修補(bǔ)措施
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共2頁
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(huì)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(huì)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(duì)橋面板出現(xiàn)的裂縫，更應(yīng)盡早發(fā)現(xiàn)，盡量提前進(jìn)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(jì)等方面因素的影響。裂縫的種類繁多，不同的裂縫對(duì)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(shí)例
省道S223線K80+780小橋?yàn)樵摱?jí)路改建時(shí)新增加的單跨現(xiàn)澆混凝土實(shí)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(tái)，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(tái)材料均為C30混凝土，樁基材料為C25混凝土。設(shè)計(jì)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(shì)。
為正確地研究橋面板裂縫產(chǎn)生的原因，必須對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)、施工過程及使用環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)地分析，才能采取有效的修補(bǔ)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(dòng)荷載過大或次應(yīng)力的產(chǎn)生
在設(shè)計(jì)計(jì)算階段，計(jì)算模型不合理；設(shè)計(jì)斷面不足；結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)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(cuò)誤；設(shè)計(jì)圖紙交代不清等。在施工階段，不加限制地堆放施工機(jī)具、材料；不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝；不按設(shè)計(jì)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(duì)結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動(dòng)下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。在橋梁使用階段，超出設(shè)計(jì)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(huì)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(dòng)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(diǎn)，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(dòng)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(qiáng)度時(shí)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(shí)，水泥漿體就會(huì)收縮，當(dāng)收縮受到限制產(chǎn)生收縮應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細(xì)，且縱橫交錯(cuò)，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(jí)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(qiáng)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(jìn)的和貫穿的各種裂縫。
3.2 病因分析
3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)情況
對(duì)該小橋進(jìn)行詳細(xì)地勘測(cè)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(duì)橋面板底部進(jìn)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(duì)橋臺(tái)臺(tái)帽及錐坡進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)有裂縫。
現(xiàn)場(chǎng)交通量正常，但大型貨車較多，且時(shí)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(xiàng)指標(biāo)均合格，水泥凝結(jié)試驗(yàn)以及摻合料、水、細(xì)骨料的試驗(yàn)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(tái)臺(tái)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(jì)情況
根據(jù)實(shí)際使用荷載進(jìn)行驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)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(jì)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(hù)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(hù)主梁（橋板）免受雨水侵濕，并對(duì)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(qiáng)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?yàn)闃蛎驿佈b層厚度過薄，且未配置構(gòu)造鋼筋，喪失了保護(hù)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(dòng)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(shí)，裂縫逐步擴(kuò)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(dá)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(huì)迅速擴(kuò)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(shí)采取有效的修補(bǔ)措施，控制裂縫的發(fā)展，增強(qiáng)橋面板的整體性，保證橋梁的正常使用。
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(huì)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(huì)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(duì)橋面板出現(xiàn)的裂縫，更應(yīng)盡早發(fā)現(xiàn)，盡量提前進(jìn)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(jì)等方面因素的影響。裂縫的種類繁多，不同的裂縫對(duì)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(shí)例
省道S223線K80+780小橋?yàn)樵摱?jí)路改建時(shí)新增加的單跨現(xiàn)澆混凝土實(shí)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(tái)，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(tái)材料均為C30混凝土，樁基材料為C25混凝土。設(shè)計(jì)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(shì)。
為正確地研究橋面板裂縫產(chǎn)生的原因，必須對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)、施工過程及使用環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)地分析，才能采取有效的修補(bǔ)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(dòng)荷載過大或次應(yīng)力的產(chǎn)生
在設(shè)計(jì)計(jì)算階段，計(jì)算模型不合理；設(shè)計(jì)斷面不足；結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)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(cuò)誤；設(shè)計(jì)圖紙交代不清等。在施工階段，不加限制地堆放施工機(jī)具、材料；不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝；不按設(shè)計(jì)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(duì)結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動(dòng)下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。在橋梁使用階段，超出設(shè)計(jì)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(huì)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(dòng)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(diǎn)，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(dòng)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(qiáng)度時(shí)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(shí)，水泥漿體就會(huì)收縮，當(dāng)收縮受到限制產(chǎn)生收縮應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細(xì)，且縱橫交錯(cuò)，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(jí)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(qiáng)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(jìn)的和貫穿的各種裂縫。
3.2 病因分析
3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)情況
對(duì)該小橋進(jìn)行詳細(xì)地勘測(cè)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(duì)橋面板底部進(jìn)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(duì)橋臺(tái)臺(tái)帽及錐坡進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)有裂縫。
現(xiàn)場(chǎng)交通量正常，但大型貨車較多，且時(shí)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(xiàng)指標(biāo)均合格，水泥凝結(jié)試驗(yàn)以及摻合料、水、細(xì)骨料的試驗(yàn)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(tái)臺(tái)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(jì)情況
根據(jù)實(shí)際使用荷載進(jìn)行驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)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(jì)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(hù)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(hù)主梁（橋板）免受雨水侵濕，并對(duì)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(qiáng)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?yàn)闃蛎驿佈b層厚度過薄，且未配置構(gòu)造鋼筋，喪失了保護(hù)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(dòng)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(shí)，裂縫逐步擴(kuò)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(dá)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(huì)迅速擴(kuò)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(shí)采取有效的修補(bǔ)措施，控制裂縫的發(fā)展，增強(qiáng)橋面板的整體性，保證橋梁的正常使用。
