混凝土桥梁裂缝检测技术探讨
2015-09-14
一、荷载裂缝控制问题与桥墩裂缝检测分析
1.荷载裂缝控制问题
荷载裂缝一般指结构在工作年限内由于荷载作用下，包括静荷载，动荷载，移动荷载作用下结构受压，受拉，弯曲，剪切变形引起的各种裂缝，也称第一类荷载裂缝。在我国，由于近几年国民经济快速发展，对铁路运输提出了较高要求。
早期修建的铁路在运力和速度方面不能满足现时经济发展要求。个别桥梁混凝土强度设计偏低，配筋量不足导致墩身出现裂缝。某些桥梁由于经济条件所限，曲线半径偏小，裂车提速后产生过大的离心力，使桥梁产生水平振动，导致托盘
顶帽开裂。
2、桥墩与托盘顶帽裂缝检测分析实例
荷载裂缝的产生主要是外荷引起的桥梁结构裂缝，如某桥墩墩身由于动荷载作用下，交变荷载和移动荷载引起墩身弯曲应力使墩身主筋受力变形与混凝土保护层变形不协调而产生沿主筋方向开裂的竖向裂缝问题。又如某桥由于初期设计的线路中，隧道出口与桥梁轴线形成一定夹角，使线路在此处形成一定的曲线半径。随着国民经济的发展，车速的不断提高，过高车速与过小的曲线半径不相适应而引起桥梁水平振动，其振动水平拉应力使墩身托盘顶帽产
生开裂。通过检测分析，认为应该通过必要的强度验算，选择合适厚度的钢板粘贴补强措施对托盘顶帽进行加固处理。其次是针对过小的曲线半径，采取降低车速，减小列车通过时引起的桥梁振动。
3.裂缝预防与加固
对桥墩采用粘贴碳纤维加固技术，采用专门的树脂将碳纤维粘贴于混凝土结构表面，碳纤维与原结构形成新的受力整体，碳纤维和原钢筋共同承受上部荷载，可降低钢筋应力，使结构达到加固补强效果。粘贴碳纤维加固技术的主要特点是：几乎不增加结构自重和截面尺寸，不改变净空高度，施工方便。对原结构不造成新的损伤，具有良好的耐腐蚀性、耐久性和抗疲劳性。根据受力分析可多层粘结补强。
对托盘顶帽裂缝进行环氧树脂胶封闭处理，以防雨水进一步侵蚀。并按混凝土加固有关规程进行必要的强度检算，采用粘贴钢板方法加固。粘贴钢板法是采用特制的结构胶粘剂，将钢板粘贴在钢筋混凝土表面。达到加固和增强原结构的强度和刚度，提高结构的抗拉，抗扭性能。
二、大体积混凝土裂缝控制与桥梁承台裂缝检测分析
1.大体积混凝土裂缝控制理论分析
大体积混凝土一般指几何尺寸大于3m 的钢筋混凝土结构，这种结构一般混凝土标号较高，水泥用量较大，收缩变形较大，常出现收缩裂缝。掌握温度收缩作用是控制裂缝的主要因素。其次，控制裂缝还必须考虑钢筋的作用，一般大型结构混凝土配筋率均在0.5%以上。钢筋在温度作用下的变形与混凝土的温度变形不协调。水化热温升较高，降温散热较快，收缩与降温共同作用下是引起混凝土裂缝的主要因素。大体积混凝土裂缝控制问题一般属温度裂缝问题。一些学者对温度裂缝控制做过不少研究，如文献作者研究发现，大体积混凝土浇注过程中，混凝土由初始温度升温，中心温度较高，两侧温度由于冷却而降低，里外温差为T0，则冷却状态的温度分佈曲线为：
T(y)=T(1-)
在边界上T(y)y=h=0
在中心处T(y)y-0=T0
根据弹性理论平面应力分析，可得混凝土温度应力：
-)
根据格林菲斯断裂力学理论，当x（Y）超过混凝土抗拉强度R(t)时便引起垂直裂缝，对温度裂缝控制进行了数值模拟。通过模拟得到了裂缝形成的机理，裂缝形成扩展与温度关系。指出早期混凝土温升较快，存在混凝土开裂风
险。
2、某桥梁承台裂缝检测分析
某桥梁承台浇注拆模后出现的裂缝。由于该承台于冬季施工，施工后混凝土表面的防寒保温措施不到位。使混凝土凝固初期内外温差过大，在混凝土表面形成张开裂缝。
3．降低混凝土温度应力，防止裂缝产生的措施
在大体积混凝土中，温度变化引起的应力对结构具有重要影响。有时温度应力往往超过普通静力及动力荷载引起的应力。因此，掌握温度应力的变化规律尤为重要。控制温度应力，防止裂缝开展是技术上的关键问题，通过降低温度应力和提高混凝土的极限拉伸强度。在浇注前要避勉材料过热，浇注后保温，降低温度应力。具体方法可采取保温及缓慢降温方法减少混凝土表面的急剧热扩散，延长混凝土散热时间，防止形成过大的温差而引起表面裂缝。其次要提高混凝土的极限拉伸，缓慢降温可充分发挥混凝土的应力松驰效应，提高抗拉性能。另外要严格控制砂石质量，限制含泥量，正确选用混凝土级配，适当掺用添加剂，减少用水量，改进浇注工艺，提高混凝土强度等措施。
针对上述大体积混凝土裂缝问题，建议在用料上进一步优化，最好采用普通硅酸盐水泥，适当加入粉煤灰等材料，水泥中的矿物成份铝酸三钙含量应尽可能低，游离氧化钙，氧化镁和三氯化硫含量应尽量少。其次是浇注过程中可采用
冷却水管冷却降温方法，做好信息化施工，加强保温保湿，控制温差及降温速率，达到控制裂缝产生。
三、制作工艺不当引起的裂缝问题及混凝土箱梁端部裂缝检测分析
1.后张法预应力箱梁裂缝问题
分析其原因主要是在张拉过程中，过大的张应力超过梁端混凝土的抗压抗剪强度所致。据文献作者研究表明，在张法预应力梁端部锚固区经常见到一种张拉裂缝。张拉过程中预应力筋对梁的作用就是钢筋缩短时某一变形受到混凝土梁的约束，而使混凝土梁端受一集中力N 作用。在锚具附近0.1～0.2h(梁高)范围是压应力区，混凝土双向受压。离开锚具0.25～0.4h 范围内为拉应力区，其拉应力最大值可用下式表示：
（Mpa）
式中为荷载集中系数，o
例如断面bh = 20cm70cm,锚具荷载集中系数，张拉应力合力1000kN，max 约为5Mpa，大于C50
混凝土极限抗拉强度3Mpa，则混凝土容易开裂。
2.后张法预应力箱梁端部裂缝的预防处理措施：
根据以上分析，可从如下途径解决裂缝预防处理：增大锚固区配筋量，提高梁端锚固区的混凝土抗裂能力；其次增加锚具锚板面积，分散或减小接触应力对梁端混凝土的作用。
四、基础不均匀沉降引起桥梁结构裂缝的原因分析
1、裂缝形成机理
当桥梁基础型式不同，地质存在差异，会导致梁体中部出现张开裂缝，梁端搭接处出现剪切裂缝。对于基础不均匀沉降引起结构变形裂缝有如外力作用下的变形裂缝，也称第二类荷载裂缝。
如某桥C50混凝土梁，桥台采用明挖基础，而墩身基础采用桩基础，出现明挖基础沉降大于桩基础沉降，而使梁中部>Rt，出现横向开裂。
2.预防措施
当地基条件较差，存在不均匀沉降风险时，应对软弱基础进行处理，如桩基，复合地基，强夯等，基础型式可采用桩基础，箱型基础，筏基，条基等。在抗不均匀沉降方面，桩基础最好，箱型基础次之，条形基础最差。设计时尽可能采用同一基础型式。
当出现不均匀沉降引起的裂缝问题时，对沉降较大基础应采用压力注浆，静压桩等方式加固，以控制沉降进一步发展；对结构裂缝应按有关规程要求进行加固。
五、结束语
通过几例混凝土结构裂缝检测分析实例，探讨了混凝土结构温度裂缝、荷载裂缝、收缩裂缝以及沉降变形裂缝等不同类型裂缝的特点、成因及防治措施。实践证明，只要在勘察设计施工环节作好精心设计，精心施工，将工程结构裂缝控制在安全范围内是可能的。
