橋梁橫梁裂縫原因淺析及處理

　　裂縫產(chǎn)生的原因是多方面，并不是由單一原因造成的，它的多因性也經(jīng)常困擾著工程技術(shù)人員，要想控制或減少裂縫的產(chǎn)生，有必要了解其產(chǎn)生機(jī)理，在施工中加以控制。

　　浙江某大橋0號(hào)塊在支架上現(xiàn)澆，從當(dāng)天上午開始澆注，第二天上午完成，共澆注時(shí)間約為25個(gè)小時(shí)。第四天開始拆模，在所有現(xiàn)澆支架均未拆除的情況下一拆模就發(fā)現(xiàn)有多條裂縫，寬度較大。根據(jù)檢測(cè)單位的檢測(cè)報(bào)告，最大的裂縫寬度達(dá)到1.4mm，而且是貫通的，橫梁的發(fā)展趨勢(shì)基本是從底面向上發(fā)展。

　　1 裂縫產(chǎn)生原因綜述
　　裂縫產(chǎn)生的形式和種類很多，正確判斷和分析混凝土裂縫的成因是有效控制和減少混凝土裂縫產(chǎn)生的最有效途徑。

　　廣義上講，裂縫產(chǎn)生有兩種原因。一種是由荷載引起的，我們稱這種裂縫為結(jié)構(gòu)性裂縫，是承載力不足的結(jié)果；另一種為由于變形受約束引起的，此類裂縫稱為非機(jī)構(gòu)性裂縫，如溫度變化、混凝土收縮、基礎(chǔ)不均勻沉降等因素引起的變形，當(dāng)變形受到約束，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生次應(yīng)力，由于混凝土的早期抗拉強(qiáng)度比較低，因此產(chǎn)生的次應(yīng)力很容易就超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度，引起混凝土開裂。

　　1.1 混凝土的收縮
　　收縮是混凝土的一個(gè)主要特性，對(duì)混凝土的性能有很大影響。由于收縮而產(chǎn)生的微觀裂縫一旦發(fā)展，則有可能引起結(jié)構(gòu)物的開裂、變形甚至破壞。產(chǎn)生收縮裂縫的原因，一般認(rèn)為在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起混凝土收縮而產(chǎn)生的裂縫。多為規(guī)則的條狀，很少交叉。研究結(jié)果表明混凝土干縮率大體在（2～10）/萬(wàn)的范圍內(nèi)。收縮裂縫多發(fā)生在混凝土表面上，裂縫較淺而細(xì)，對(duì)于高度較大的預(yù)應(yīng)力混凝土梁，一般在腰部產(chǎn)生豎向裂縫，且多集中在構(gòu)件的中部，中間寬兩頭窄，至梁的上緣及下緣逐漸消失，呈“棗核”形。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。

　　1.2 混凝土材料及配合比
　　配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)直接影響混凝土的抗拉強(qiáng)度，是造成混凝土開裂不可忽視的原因。配合比不當(dāng)指水泥用量過大，水灰比大，含砂率不適當(dāng)，骨料種類不佳，選用外加劑不當(dāng)?shù)?，這幾個(gè)因素是互相關(guān)聯(lián)的。有關(guān)試驗(yàn)資料顯示：用水量不變時(shí)，水泥用量每增加10%，混凝土收縮增加5%；水泥用量不變時(shí)，用水量每增加10%，混凝土強(qiáng)度降低20%，混凝土與鋼筋的粘結(jié)力降低10%。總結(jié)的原因有如下方面：

　　(1) 粗細(xì)集料含泥量過大，造成混凝土收縮增大。集料顆粒級(jí)配不良或采取不恰當(dāng)?shù)拈g斷級(jí)配，容易造成混凝土收縮的增大，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生；

　　(2) 骨料粒徑越細(xì)、針片含量越大，混凝土單方用灰量、用水量增多，收縮量增大；

　　(3) 混凝土外加劑、摻和料選擇不當(dāng)、或摻量不當(dāng)，嚴(yán)重增加混凝土收縮；

　　(4) 水泥品種原因，礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大。

　　1.3 施工及現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)原因
　　(1) 現(xiàn)場(chǎng)澆搗混凝土?xí)r，振搗或插入不當(dāng)，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均會(huì)影響混凝土的密實(shí)性和均勻性，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。

　　(2) 高空澆注混凝土，風(fēng)速過大、烈日暴曬，混凝土收縮值大。

　　(3) 大體積混凝土澆注，對(duì)水化計(jì)算不準(zhǔn)、現(xiàn)場(chǎng)混凝土降溫及保溫工作不到位，引起混凝土內(nèi)部溫度過高或內(nèi)外溫差過大，混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。

　　(4) 現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。

　　(5) 現(xiàn)場(chǎng)模板拆除不當(dāng)，引起拆模裂縫或拆模過早。

　　這些因素都會(huì)造成混凝土較大的收縮，致使混凝土微觀裂縫迅速擴(kuò)展，形成宏觀裂縫。養(yǎng)護(hù)是使混凝土正常硬化的重要手段，養(yǎng)護(hù)條件對(duì)裂縫的出現(xiàn)有著關(guān)鍵的影響。

　　1.4 外界因素
　　支架不均勻沉降，產(chǎn)生沉降裂縫。

　　1.5 溫度裂縫
　　混凝土硬化中，水泥放出大量水化熱（內(nèi)部溫度可達(dá)70℃），造成其內(nèi)外溫差大，表面受內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大應(yīng)力，使混凝土因早期強(qiáng)度低而產(chǎn)生裂縫。因此，為防治水化熱引起的裂縫，施工前應(yīng)計(jì)算升溫峰值、內(nèi)外溫差及降溫速率，制定相應(yīng)的技術(shù)措施，防止和控制溫度裂縫，確保工程質(zhì)量?；炷恋膬?nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。

　　在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高，此時(shí)拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)，應(yīng)該采取以下控制溫度的措施。

　?。?）采用改善骨料級(jí)配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。

　?。?）降低混凝土入模溫度。
　　a、降低原材料進(jìn)入攪拌機(jī)的溫度如夏季在水箱內(nèi)加冰塊，降低水溫；粗骨料遮陽(yáng)防曬，并灑冷水降溫；細(xì)骨料遮陽(yáng)防曬；散裝水泥提前儲(chǔ)備，避免新出廠水泥溫度過高。采取以上措施最大限度降低混凝土出機(jī)溫度。

　　b、夏季混凝土運(yùn)輸車加保溫套或?qū)摅w噴淋冷水降溫?；炷帘盟凸艿勒陉?yáng)防曬。

　　c、混凝土澆筑作業(yè)面遮陽(yáng)，減少混凝土冷量損失。

　　d、控制澆注溫度。應(yīng)調(diào)整施工時(shí)間，盡量選擇低溫及夜間施工；考慮到冷量損失在澆注過程中影響較大，因此要加快運(yùn)輸，縮短澆注時(shí)間。

　?。?）降低混凝土水化熱。
　　a、選擇中低熱品種水泥，優(yōu)先選用礦渣硅酸鹽水泥。

　　b、摻入一定比例的粉煤灰。

　　c、摻入高效減水劑。

　　d、摻加緩凝劑。

　　e、熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。

　?。?）控制混凝土的出機(jī)溫度。
　　對(duì)混凝土出機(jī)溫度影響大的是石子和水的溫度，砂的溫度次之，水泥的溫度影響最小。氣溫較高時(shí)，為防止陽(yáng)光直接照射，砂石堆應(yīng)設(shè)遮陽(yáng)棚，并噴冷水降溫。拌合用水可加冰，使水溫度控制在5℃，混凝土出機(jī)溫度應(yīng)控制在18-20℃為宜。

　　（5）規(guī)定合理的拆模時(shí)間。
　　此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫是十分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

　　為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑（如微膨脹劑、減水防裂劑）也是減少開裂的措施之一。

　　使用減水防裂劑的其主要作用為：
　　a. 混凝土中存在大量毛細(xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力，但會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低；

　　b. 水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%；

　　c. 水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補(bǔ)充；

　　d. 減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形；

　　e. 提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力，提高混凝土的抗裂性能；

　　f. 混凝土在收縮時(shí)受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)裂縫就會(huì)產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高混凝土抗拉強(qiáng)度，大幅提高混凝土的抗裂性能；

　　g. 摻加外加劑可使混凝土密實(shí)性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮；

　　h. 摻減水防裂劑后混凝土緩凝時(shí)間適當(dāng)，在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上，避免因水泥長(zhǎng)期不凝而帶來的塑性收縮增加。

　　3 大橋裂縫產(chǎn)生的主要原因
　　裂縫產(chǎn)生后業(yè)主及時(shí)組織專家及相關(guān)人員赴現(xiàn)場(chǎng)查看，對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為橫梁裂縫是多種因素綜合影響的結(jié)果，主要包括施工工藝、氣溫條件、混凝土材性、支架系統(tǒng)以及混凝土水化熱影響等因素。但是主要的原因是：1、現(xiàn)場(chǎng)施工氣溫高，最高時(shí)達(dá)40℃以上，風(fēng)速大濕度低，加上高標(biāo)號(hào)混凝土產(chǎn)生的大量水化熱以及烈日暴曬，致使梁體的內(nèi)外溫差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過25℃。2、混凝土的初凝時(shí)間僅為3小時(shí)，遠(yuǎn)小于澆筑時(shí)間，上層混凝土在澆筑的過程中，下層混凝土已經(jīng)初凝，在荷載的作用下就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

　　4 對(duì)橫梁的處理
　　本次橋梁裂縫的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在通長(zhǎng)的和貫通的裂縫較多，裂縫的寬度較大，大多數(shù)裂縫均從橫梁底面向上延伸發(fā)展，部分裂縫有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。說明性狀比較嚴(yán)重，必須引起高度重視，認(rèn)真對(duì)待。專家組建議由設(shè)計(jì)單位通過驗(yàn)算提出意見，看橫梁裂縫處理后是否還具有繼續(xù)使用的可能性。

　　設(shè)計(jì)單位認(rèn)為從理論上講通過對(duì)較大裂縫采取壓力注漿法及對(duì)細(xì)小裂縫采取涂膜封閉法處理后再進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，可以滿足受力的需要，但是根據(jù)檢測(cè)單位報(bào)告，橫梁有部分裂縫已經(jīng)貫穿，致使結(jié)構(gòu)的剛度下降，橫梁的抗彎、抗剪能力減小，即使對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，也會(huì)嚴(yán)重影響構(gòu)件未來的使用，使結(jié)構(gòu)的耐久性下降，導(dǎo)致橋梁的使用壽命縮短。另外橫梁的部分鋼筋可能已經(jīng)受拉破壞，內(nèi)部混凝土是否有破碎夾層也未知，如有破碎層存在，則受力方面肯定大受影響，無法滿足設(shè)計(jì)要求，建議對(duì)橫梁鑿除后重新澆筑。

　　處理方法：鑿除位置布置在以d0橫梁為中心至橫梁四周倒角處的位置。

　　考慮此橫梁拆除施工時(shí)的震動(dòng)及工期的要求，如果沿用傳統(tǒng)的風(fēng)鎬，則震動(dòng)較大且工期較長(zhǎng)；若用爆破作業(yè)，則會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng)，對(duì)施工造成安全隱患，無法解決保護(hù)原主體結(jié)構(gòu)的基本要求。

　　鑒于上述要求，本次鑿除工具采用鉆石鋼線切割法結(jié)合風(fēng)鎬。橫梁頂面同行車道板同厚度的部分先用風(fēng)鎬鑿除，使橫梁成為單獨(dú)的塊件。橫梁主體部位采用鉆石鋼線切割法，根據(jù)吊裝重量分段切割，至靠近主體結(jié)構(gòu)的切割邊緣線1m左右范圍內(nèi)混凝土采用風(fēng)鎬鑿除，保留該段鋼筋，以便與新澆筑橫梁內(nèi)鋼筋連接。鑿除后新澆橫梁澆筑時(shí)應(yīng)在兩端靠近邊主梁的兩側(cè)分別設(shè)置1m的后澆帶，在混凝土中摻人適量的膨脹劑。

　　鉆石鋼線切割法作為一項(xiàng)新型的施工技術(shù)，受到了眾多建筑業(yè)人士的關(guān)注與興趣，該設(shè)備由大功率油壓機(jī)、傳動(dòng)定位滑輪及帶有金剛石鋸齒的鋼線組合而成，油壓馬達(dá)通過傳動(dòng)滑輪帶動(dòng)鋼線圍繞被切割物體高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切割，具有施工作業(yè)速度快、噪音低、無震動(dòng)、無粉塵廢氣污染等優(yōu)點(diǎn)，而且切口平直光滑，無須做善后加工處理。采用該技術(shù)，對(duì)于一些對(duì)施工有特殊要求的工程，如工期緊迫、環(huán)保要求高，以及一些大型混凝土結(jié)構(gòu)拆卸、切割的工程，這些難題即可迎刃而解。

　　在后面重新澆筑的時(shí)候，施工單位根據(jù)提出的意見對(duì)施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，沒有出現(xiàn)裂縫，效果良好。

　　5 結(jié)束語(yǔ)
　　混凝土橋梁的裂縫是一個(gè)較復(fù)雜的問題,它涉及到管理、設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)方面,某一環(huán)節(jié)稍有疏忽均可能導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn),引起鋼筋的銹蝕,影響整座橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。本文簡(jiǎn)單的闡述了裂縫產(chǎn)生的原因及最終的處理措施 ,供工程實(shí)踐借鑒,以盡量避免這些問題的出現(xiàn)，使國(guó)家有限的建設(shè)資金發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。