混凝土桥梁裂缝分析与处治对策
2017-06-05
1.混凝土桥梁裂缝分析
混凝土结构的裂缝由材料内部的初始缺陷、微裂缝的扩展引起。引起裂缝的原因错综复杂，根据裂缝位置、形状等表现形式可将其分为两大类：一是由外荷载引起的结构性受力裂缝，与外荷载的作用大小、位置有关，常预示着结构承载力的相对不足；二是环境因素引起的裂缝，这类裂缝又可分为直接环境因素引起的裂缝和间接环境因素引起的裂缝。
1.1外荷载引起的受力裂缝
混凝土结构在荷载作用下，承受拉(轴)力和弯矩的构件在横截面上有一维的拉应力，承受剪应力和扭矩的构件，或二维和三维结构有主拉应力，这些构件都将出现垂直于主拉应力方向的裂缝。对于常见的混凝土简支梁结构来说，常见的受力裂缝有受弯裂缝、受剪裂缝两大类，不同裂缝的出现位置、形状、成因各不相同。
1.1.1受弯裂缝
混凝土简支梁受弯裂缝主要是由于主梁抗弯承载力相对不足引起：一是结构先天性设计承载力不足，不能满足桥梁荷载标准的规定要求；二是满足桥梁荷载标准的主梁结构承载力相对于日益增大的使用荷载显得不足，如桥梁上有超限车辆通行时。受弯裂缝一般出现于梁跨中部位，沿截面竖直向上发展，一般情况下，裂缝宽度不大，间距较密，分布均匀，不影响桥梁正常使用。若裂缝宽度过大，则预示主梁抗弯能力不足，此种情况常伴随主梁挠度过大，且发生显而易见的塑性变形，反应在桥面上可能有下沉现象。
1.1.2受剪裂缝
混凝土简支梁根据跨高比或剪跨比的不同，有三种受剪破坏形态：剪压破坏、斜压破坏和斜拉破坏。其中，斜压破坏和斜拉破坏均属脆性破坏，不允许发生，一般在设计中采取措施防止二者发生，换言之，若桥梁在正常设计使用荷载下发生了斜压或斜拉破坏，则主梁的设计一定是不合格的。剪压破坏中，弯剪钢筋和箍筋首先屈服，斜裂缝发展而呈使结构呈塑性破坏，有明显征兆，是结构所能接受的破坏形式。当主梁截面尺寸过小，腹筋配置过多时，混凝土首先被压碎而发生斜压破坏，梁上出现多条平行斜裂缝。实际中，有时因超限车辆荷载远远大于设计使用荷载，而造成主梁截面尺寸相对较小，使得该种破坏也时有发生。
当梁内配置腹筋过少时，将发生斜拉破坏。此种情况下，斜裂缝一旦出现，很快形成临界斜裂缝，并迅速伸展到受压边缘，将梁拉断破坏。剪压破坏发生时，首先出现少量垂直裂缝和细微斜裂缝，随着荷载的增加，出现临界裂缝，荷载继续增加，引起与斜裂缝相交的腹筋屈服。
1.2环境因素引起的裂缝
1.2.1直接环境因素裂缝
直接环境因素裂缝主要有两类：温度裂缝和收缩裂缝。
混凝土结构在温度变化时发生热胀冷缩变形，变形受到约束时即产生拉应力，拉应力达到混凝土极限抗拉强度就会引起混凝土结构的开裂。此类裂缝发生在梁板上通常平行于短边，发生在如桥面铺装等大面积结构上时多表现为纵横交错，当桥梁伸缩缝受到堵塞而不能自由伸缩变形时，会使桥面产生大面积开裂。
收缩裂缝是混凝土结构常见裂缝，多发生在混凝土表面，裂缝浅而细，宽度多在0.05～0.2mm之间。
温度裂缝和收缩裂缝一般在设计中或施工中通过构造措施或材料配比进行控制，使用中一般不会对结构承载力造成影响，但会间接的影响结构的耐久性。
1.2.2间接环境因素裂缝
此类裂缝主要有钢筋锈蚀裂缝和碱骨料反应裂缝。当有水分浸入混凝土内部时就会破坏钢筋钝化膜进而引起钢筋锈蚀，钢筋因锈蚀膨胀引起表面混凝土开裂，钢筋锈蚀裂缝一般沿顺筋方向。当混凝土保护层较薄时，就会引起混凝土大片脱落碱骨料反应一般指水泥中的碱与骨料中的活性硅发生反应，生成碱-硅酸盐凝胶，吸水后体积膨胀，引起混凝土开裂。碱骨料反应一般发生在结构竣工数年之后(5~10年)，其自损危害较大，一旦发生则很难控制，对混凝土耐久性破坏相当严重，有时称为混凝土结构的“癌症”。骨料膨胀裂缝一般发生在浅层，呈网状或放射状，裂缝交汇点为骨料膨胀点。
碱骨料反应的一个重要特点是混凝土的局部膨胀，裂缝两边缘出现错台现象。另外，对于同一结构而言，潮湿部位出现裂缝，而干燥部位则安然无恙。
2.混凝土桥梁裂缝处治
根据以上对混凝土桥梁的裂缝分析，就可在实际中分辨出裂缝的具体类型，然后根据裂缝情况，对症下药，采取相应处治对策。
2.1规范规定裂缝限值
交通部04版规范及建设部城市桥梁养护规范均对钢筋混凝土构件的最大宽度裂缝进行了限值规定：
I类(一般环境)和II类(严寒、滨海环境)环境0.20mm
III类(海水环境)和IV类(侵蚀环境)环境0.15mm
2.2裂缝处治对策
在采取裂缝处治前，需对裂缝的宽度、深度进行测量，裂缝宽度的测量较简单，采用一般的刻度放大镜或宽度测量工具即可，裂缝深度的测量对于浅层裂缝可在其中注入酚酞溶液测量，对于较深裂缝则需用超声波探测仪测量。
2.2.1对裂缝进行跟踪观测、记录
若裂缝发展严重，应进行评价，并制定维修加固方案；若裂缝较稳定且在限值以内，宜采用涂刷柔性树脂胶或低压灌注环氧树脂浆液进行封闭；若裂缝稳定但宽度为0.2mm～1mm，宜采用环氧树脂浆液低压灌浆封闭裂缝；若裂缝稳定但宽度大于1mm时，宜用低压环氧树脂浆液或高强微膨超细水泥浆液灌注，必要时进行加固。
2.2.2环境因素引起的裂缝
对于温度裂缝和收缩裂缝，可涂刷柔性树脂胶或低压灌注环氧树脂浆液进行封闭，以避免水分侵入，提高桥梁耐久性。（下转第157页）（上接第200页）对于钢筋锈蚀裂缝，可凿除裂缝周围松散混凝土，露出新茬后打磨锈蚀钢筋，界面涂黏合剂后用环氧砂浆修补。
对于碱骨料反应裂缝，若裂缝发展较多已形成剪锥体时，应将锥体敲掉后打磨锈蚀钢筋，涂刷界面黏合剂后用同标号混凝土修补；若裂缝较轻，可涂刷柔性树脂胶或低压灌注环氧树脂浆液封闭裂缝，以隔绝水分或潮气减缓病害发展。若病害很严重，维修加固不经济时，可更换结构或拆除重建。
3.结论
混凝土结构裂缝的及时、有效处治是进行桥梁养护的重要内容，是提高桥梁耐久性、延长使用寿命的重要手段。对裂缝性状的合理分析是采取正确处治措施的前提和基础，希望本文能够抛砖引玉，引起大家对混凝土结构裂缝的关注，提高对混凝土结构裂缝的认识和理解，为桥梁的合理有效养护提供借鉴。
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