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浅析公路桥梁砼裂缝产生的原因和危害

日期:2015-12-23 14:43:01 来源:转载 浏览数:
 
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   1· 裂缝产生的原因
    1.1 设计与实际桥梁使用状况的偏差
    目前设计多采用Ago、Engser、桥梁博士三个软件,其计算模型与桥梁实际状况有微小的出入,如温度、T 度的假定与实际有微小误差,其计算模型的假设是导致裂缝的产生原因之一。
    1.2 砼结构本身固有的特性
    砼在拌合、浇筑、养生、使用中由于干缩、徐变、温度应力、温度差、位移、变形不协调、畸变,超静定结构的次应力,都有可能因上述因素而发生裂缝。这些裂缝,一般为非受力裂缝,即自应力产生的裂缝。
    1.3 施工方面的原因
    桥梁上部结构箱梁在施工过程中,支架、预应力、保护层控制等因素也是产生裂缝的主要原因。箱梁在施工中,采用满堂支架时地基承载力不足;采用管桩基础时,管桩周摩阻力不足;柱桩的持力层承载力不足;承重架的永久变形没有消除;承重架的主要杆件(如立杆)容许承载力不够,构造措施是否符合要求;是否对施工过程出现的问题全程跟踪监测;上述各环节出现问题,都会引起现浇箱梁产生裂缝。
    箱梁施工时每个施工环节应严格要求,如:普通钢筋是否符合设计要求;波纹管定位钢筋是否准确,如不准确将导致预应力钢束位置不准确,进而使某些截面成为非全截面预应力,出现主拉应力过大而不符合设计要求;真空压浆设备的使用功能如何;箱梁砼分两次浇筑,两次间隔时间越长,新、旧预应力砼收缩变形越不协调,越不协调则越容易产生裂缝,砼二次浇筑间隔时间应严格控制;箱室内、外温度差超过10 度时,温差应力超过砼的设计拉应力时产生裂缝,裂缝一般深度为1-2mm,在保护层厚度范围;其他引起裂缝的因素如:施工过程预应力筋是否松弛或断丝;锚下张拉力是否控制准确;锚夹具、连接器喇叭口安装是否到位;锚固区砼是否密实,是否设置锚下加强钢筋,没有设置加强钢筋引起的裂缝,多发生在连续刚构的底板或弯道桥腹板的外侧处。千斤顶,油压表是否定期做配套检验,锚下张拉力及钢束伸长量是否准确;砼强度、水灰比及含砂率,是否符合设计要求;碱集料反应是否严重;保护层的厚度是否过薄或过厚;养护工作不到位,使砼表面失水太快,普通砼的体积稳定性(相对于高性能砼而言)都可能引起裂缝的发生。
    具体工程建设和使用中,由于情况千差万别,产生裂缝后,需要分析具体情况,才能找准裂缝产生原因。
    1.4 实际工程案例
    1)某跨径为46m+90m+46m 三向预应力连续刚构桥,在未成桥之前桥台出现裂缝, 经现场调查裂缝发生在桥台台身与承台的交界附近,在台身前缘呈水平状,横向贯通,台身后缘未出现裂缝,桥台与翼墙的交界处发现45°的斜裂缝。我们对裂缝产生原因进行了分析。分析后认为裂缝产生的原因有以下三点:
    (1)上部结构的梁端与台身前墙未按设计要求留足间隙,成桥前全桥伸缩缝处填满建筑垃圾,高温季节,上部结构产生膨胀,使上部结构挤压台身,对前墙产生水平推力。
    (2)上部结构按设计有2.0%的下坡,因未成桥上部结构的自重产生的水平分力不被支座吸收,而对前墙产生水平推力。
    (3)裂缝产生时,桥台背后填土高度为台身高度的1 / 3,台背填土的土压力不足以抵消台身的水平推力。
    该桥通车验收前, 请某家具备资质的队伍对裂缝做注浆补强处理,现处于正常工作状态。
    2)某桥为3 跨(30m+40m+30m)连续梁桥,上部结构为预应力砼单箱单室箱梁。施工采用满堂式支架,砼分两次浇筑。施工后箱室内发现在腹板处产生裂缝,裂缝宽度普遍在2mm 以内,长度40-50cm,深度2-3cm,也有个别裂缝贯通腹板截面,较为严重。
    经调查分析,该桥产生裂缝并非单一原因,而是几个不利因素综合产生的。
    (1)砼二次浇筑间隔时间太长,变形不协调。
    (2)波形管定位钢筋不准确,导致预应力束位置不准确,使某些截面出现过大的主拉应力。
    (3)养生不到位,失水过快,水灰比偏大,含砂率大于设计要求,体积不稳定导致出现干缩裂缝。   
    (4)处治措施
    ①对腹板、横隔梁等位置小于0.2mm 宽,深度1-2mm 的裂缝采用环氧胶涂刷封闭,保护钢筋不锈蚀。
    ②对大于0.2mm 宽,深度1-2mm 的裂缝,用改性甲凝注浆补强。
    ③对宽度更大,深度更深,甚至截面裂通的裂缝请原设计院做补强设计。   ④埋设墩台沉降观测点及上部结构挠度观测点进行定期或不定期观测,挠度应控制<L/600(L 为计算跨径)。观测点已于2006 年3 月埋设,经多次观测墩台为0 沉降,挠度值及挠度曲线正常。
    ⑤底板出现分布钢筋锈迹,说明保护层厚度不够(设计为净2.5cm),视今后变化情况处治。该桥至今使用正常。
    3)某桥(85m+138m+85m)三向预应力连续刚构体系,单箱双室主梁,挂篮悬浇法施工,成桥时检查发现在138m 主跨箱室内顶板与腹板交界处发现有裂缝,顶底板未发现有裂缝,裂缝平均间距2m 一条,宽为0.2mm 以内,深度1-2mm,长度约50-70cm 不等,经专家组鉴定,该裂缝对结构安全没有影响,以环氧胶浆涂刷裂缝,封闭裂缝即可,并定期检查裂缝是否有发展。
    该桥0﹟块、1﹟块采用支架现浇施工,2﹟、3﹟块为挂篮现浇施工, 当施工到4﹟、5﹟块时0﹟块底板、1﹟、2﹟、3﹟块底板出现不规则裂缝,经分析并结合实践经验,是由于变形不协调引起的裂缝,该裂缝成桥后会自行愈合。不出所料,成桥之后,0﹟块、1﹟、2﹟、3﹟块底板裂缝自行愈合,未做任何补强处理,只用基本同颜色的水泥胶浆美化其外观。
    2 ·砼裂缝的危害性
    裂缝产生了,砼构件的有效断面必然减小削弱,导致其抗弯刚度、抗剪强度有所降低,加速了徐变,加大预应力损失,导致挠度下垂,进而影响承载力并缩短使用寿命。大气中的水分子通过裂缝可以使钢筋锈蚀,缩小钢筋的有效截面积,预应力钢筋锈蚀后,又增大预应力损失,大大缩短桥梁使用寿命。裂缝产生后一般必须处治,严重的必须补强(应做补强设计),补强还不能解决问题的要推倒重来。裂缝影响外观,视觉上有不安全感。
    按2004 年公路钢筋砼及预应力砼设计规范的条文说明: 结构按极限状态设计需要有一个确定的设计基准期。例如汽车荷载随机过程的统计分析表明,当设计基准期取为100 年时,可避免荷载取值出现过大的波动。对今后桥涵荷载是有利的,国际上一些先进国家的桥梁设计基准期多为80-120 年,我国规定为100 年,为荷载概率的适中区域,它的可靠度必须在正常设计,正常施工和正常使用养护的条件下才能得到保证。
    综上所述, 分析了裂缝产生的普遍性原因及对结构带来的危害性,并列举三个工程裂缝实例,采取不同的处治方案、方法。为了确保桥梁设计基准期100 年目标的实现,我们在设计、施工、养护、管理中对砼裂缝应予以足够的重视,减少裂缝发生,及时处置裂缝,确保桥梁结构安全。

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