箱梁混凝土裂缝成因分析与处理

摘要:目前随着公路交通的发展,高速公路建设突飞猛进。由于公路等级的提高,立交桥建设相当普遍。但是立交桥中常用的结构之一连续箱梁经常在施工中或通车不久就出现裂缝,直接影响桥梁的安全性与耐久性。本文主要对箱梁裂缝产生的原因进行分析、讨论,并就如何处理箱梁裂缝做了较为详细的阐述。

Abstract: Along with the development of road traffic, highway construction developed by leaps and bounds. Due to the highway level increasing, construction of overpasses is quite popular. But the structure commonly used in overpasses, continuous box-girder, often in construction or traffic soon cracked, directly affecting the safety and durability.This paper focuses on the box girder crack reason analysis and discussion on how to handle girder crack.

关键词:箱梁;裂缝;原因;分析;处理

Key words: box;crack;reason;analysis;handle

中图分类号:TU74 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)17-0078-02

0引言

随着公路交通的发展,高速公路建设突飞猛进,由于公路等级的提高,立交桥建设相当普遍。立交的规模也越来越大,占公路投资的比例也不断的提高,其重要性是显而易见的。但是立交中常用的结构之一连续箱梁经常在施工中或通车不久就出现裂缝,这直接影响桥梁的安全性与耐久性。我们发现裂缝主要分部在箱梁悬臂板上和桥墩两侧箱梁的顶板上。

1箱梁悬臂板裂缝的观察

首先经过仔细的观察箱梁悬臂板裂缝多为横桥向,垂直于梁体,有的上下裂通,而这种裂缝主要是箱梁是分上下两次浇筑的,两次浇筑的时间间隔一般七天左右,而我们实际时间间隔多时有十天了,这样就会造成混凝土收缩上下不一致,导致了收缩的差值较大,使顶板收缩受到了约束,形成变形力,造成了悬臂根部出现裂缝,它再沿着薄弱又为自由端的悬臂方向开裂。裂缝宽度一般为0.02～0.10mm层浇筑的时间间隔太长,一般时间间隔为七天左右,如果上下层浇筑时间间隔太长就会造成混凝土上下收缩不一致而导致收缩受到约束,形成变形力这样就造成了上述裂缝的产生。还有就是温度的影响也会产生这种裂缝,由于悬臂板较薄,它对温度很敏感而产生顺桥向的轴力,如果配筋不足就很容易使悬臂板产生裂缝。因此裂缝在箱梁的施工中也是很常见的。对此我们采取了以下措施,①在合理安排施工工序的前提下我们减小了水灰比,增加了减水剂的用量,这样就提高了混凝土的和易性减小了混凝土的收缩。②及时养生减少日照,并处理好地基和支架,预压时也按设计荷载加施工荷载预压,以防地基和支架的变形和沉陷。结果后来施工当中这样的问题就减少了很多,实践证明我们的分析和采取的措施是正确的。对于这些裂缝因为宽度

2桥墩两侧箱梁顶板裂缝的观察

裂缝多位于墩顶横隔梁外侧,为横桥向裂缝,深度一般为2～6mm,宽度一般有0.05～0.35mm宽。裂缝原因的分析与处理:施工时没有对作业队严格监理,使他们在浇筑混凝土是从梁的一段向另一端浇筑,这样就使得混凝土凝结不一致,浇筑的混凝土在自重的作用下使得支架下沉,就造成了不均匀沉降而产生的顶板开裂。这些裂缝对于裂缝宽度0.15mm的裂缝我们凿槽嵌补的修补方法。(后面将介绍这种方法)因为这些裂缝的宽度较大,雨水很容易灌进去而腐蚀了钢筋,这样会大大影响箱梁的耐久性。经过我们对裂缝的处理和防治措施的实施,在以后的施工过程中类似的裂缝情况大大的得到了控制。

3产生裂缝的主要原因

箱梁产生的裂缝一般都是在内外力的作用下,箱梁某部位应力超出了混凝土的抗拉强度而产生的。实际上,箱梁结构裂缝的成因复杂而繁多,有多种内外因素相互影响,每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。混凝土桥梁裂缝的种类,就其产生的原因,大致可划分如下几种:

3.1 设计原因产生的裂缝①结构计算时不计算或部分漏算。弯桥设计中没有进行必要的空间分析,而对其受力性状(因较大的扭矩而产生的作用)估计不足,计算模型不合理,结构受力的假定条件与实际受力不符。如连续梁桥一般分阶段进行施工,而设计时忽视了对施工阶段的受力分析,造成因配筋不足而产生裂缝。②荷载少算或漏算。③内力与配筋计算错误。④结构安全储备偏小。结构设计时若忽略施工,就可能造成不利因素;设计断面不足;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足;结构处理不当;设计图纸交代不清楚。

3.2 施工原因产生的裂缝施工工艺欠缺,工序衔接不合理;支架变形或沉降;养护不当或不到位;不加限制的堆放施工机具和材料;不按设计图纸施工;擅自更改结构施工顺序,改变结构受力模式;不对结构做机械震动下的疲劳强度验算等。

3.3 使用原因产生的裂缝超出设计荷载的车辆过桥;受车辆、船舶的接触、撞击;发生大风、大雪、地震、爆炸等。箱梁出现上述裂缝原因可归结为以下几种因素:

3.3.1 混凝土凝固收缩大体积混凝土在凝结硬化的过程中水化热较高,加之混凝土表面水分损失较快,混凝土在徐变过程中收缩不均匀而产生裂缝。

3.3.2 泵送混凝土使用过量水泥《桥规》中明确提出配制高标号混凝土时,水泥用量不宜超过500Kg/m3。若水泥用量过大势必会加大混凝土的水化热,造成收缩裂缝加剧。因此,要减少水泥用量,保证泵送混凝土的和易性和强度,应选用减水率较高的泵送剂及高标号水泥。

3.3.3 施工不当造成裂缝①在施工中养护不当或不到位。②预应力张拉过早。混凝土未达到张拉设计强度,沿管道壁外侧及锚固区极易产生裂缝。③为保证非承重侧模板拆除时混凝土本身不至于不能支持自重而变形、坍塌,这就要求拆除模板时混凝土的抗压强度和抗剪强度大于模板和混凝土间的脱模力(粘结力)。一般情况下,抗压强度达到2.5Mpa时,可满足拆除侧模时所需各项强度。支模时要涂脱模剂,为了保证结构物的外观质量,不得涂废机油。④支架布置或浇筑程序不当,浇筑时间过长,使先后浇筑混凝土同时受到操作振动。支架必须安装在有足够承载力的地基上,以防止支架沉陷过大,而影响其承受能力,使浇筑的混凝土结构变形。若地基承载力达不到上述要求,应采取加固地基或将立杆支承在砖石或混凝土预制块上。

3.4 施工管理不善产生的裂缝和混凝土收缩①泵送混凝土配合比设计优先选用符合规范要求的骨料,且砂率宜选用40～50%。混凝土配合比严格按照施工要求进行。②采用高效减水剂,降低水泥用量和含水量。③浇筑混凝土时,要相互配合,并有专人负责。④混凝土浇筑好后要进行二次抹平密实,以消除沉缩裂缝。⑤浇筑好的混凝土箱梁在12小时内加以覆盖,保持混凝土的湿润状态,洒水养护一般不小于7d。必要时覆盖塑料膜封闭进行蒸汽养护,保证混凝土养护有足够的温度和湿度。⑥尽量缩短施工缝上下两部分混凝土的施工时间差,以减小由于两部分不同量收缩而产生的相互作用力。浇筑混凝土抗压强度大于1.2Mpa后,清除混凝土表面的泥土和松动石子。新老混凝土结合层面用水冲洗干净且不得积水,浇筑前宜先铺一层水泥浆,实现新老混凝土紧密结合。⑦避免初凝混凝土过早受力引起裂缝。⑧夏天施工昼夜温差大,所以混凝土浇筑要避开高温时间进行。⑨在暑期使用砂石料尽量采取遮阳、洒水等措施以降低拌和的温度。

3.5 材料质量差异引起的裂缝①严格控制水泥质量,入场时必须有相关的合格证书。应使用水化热较低的硅酸盐水泥,不应使用水化热较高的水泥。②粗骨料的最大粒径、级配、强度均要满足要求,并严格控制含泥量。

3.6 化学反应导致的裂缝①尽量不用对碱集料反应性的骨料。②冬季施工时严格控制混凝土中的含氯量。③提高外漏部分混凝土的强度等级,加强混凝土表面的压实抹光工序。箱梁裂缝除上述原因外,在荷载(恒载,活载)作用下,使混凝土产生拉应力所引起的裂缝,这种裂缝为正常裂缝,通过计算加以控制。在实际设计中裂缝宽度的计算虽不控制设计,但是也是不可缺少的验算部分。并且验算时还应满足《桥规》的要求,保证箱梁的耐久性及美观性。

4常见的箱梁裂缝的预防措施

4.1 箱梁悬臂板裂缝预防措施①施工时尽量缩短分次浇筑之间的间隔时间,合理安排施工工序。②箱体混凝土尽量采用较小的水灰比,减小混凝土的收缩;加入适当的外加剂,提高混凝土的和易性。③及时养生减小因日照产生的应力。④处理好箱梁悬臂板下的地基和支架,预压时也按设计荷载预压,消除支架和地基的变形。

4.2 桥墩两侧箱梁顶板裂缝预防措施①加快浇筑作业,使全桥混凝土在最初浇筑的混凝土终凝前浇筑完毕。②在支架上预加等于梁重的荷载,使支架充分变形,预加的荷载在浇筑混凝土的过程中逐步撤除。③将梁体分成数段,按先浇筑跨中混凝土再浇筑墩顶混凝土的顺序分段施工,以消除因支架不均匀沉降而造成的影响。

4.3 箱梁顶板底部裂缝①现行“桥规”对因温度引起的横向温差应力未作说明,因此,在设计的时候要对此加以考虑,增加安全系数。②设计时应充分考虑温度对施加纵横预应力的影响,适当增设和配置足够的受力钢筋。

5桥梁结构裂缝的补修与处理

5.1 裂缝的检查及观测桥梁结构出现裂缝之后,应加强检查与观测,根据裂缝的特征,结合设计、施工资料进行分析查明裂缝性质、原因及其危害的程度,确定是否需要修补并为修补方案制定提供可靠的依据。检查与观测的内容包括:①裂缝发生的部位、走向、宽度、分布状况以及大小和长度等。②裂缝的变化发展情况。观察裂缝的仪器一般有塞尺,手持式读数显微镜,千分表引伸仪等办法来测量裂缝。

5.2 裂缝补修必要性的判定及方法选择裂缝修补的必要性,如前所述,钢筋混凝土结构中,受拉钢筋的应变总是大大超过混凝土的极限拉伸应变,所以裂缝的拉伸是不可避免的。在初拉应力和弯曲应力作用下混凝土的裂缝一般是较细较短的,这样的裂缝对梁的强度影响不大,按耐久性要求,因裂缝细小(

5.3 裂缝的修补处理下面介绍几种处理方案供参考。

5.3.1 填缝填缝是裂缝修理中最简单的一种方法。造作时,将缝隙清理干净,根据裂缝宽度不同分别用勾缝刀、抹子、刮刀等工具进行操作,所用灰浆通常采用K2.5或K3水泥浆。

5.3.2 表面抹浆对于混凝土结构,可先将裂缝附近的混凝土表面凿毛,尽可能使糙面平整,经洗刷干净后,洒水使之保持湿润(不流水珠),然后用1:1~1:2的水泥砂浆涂抹其上。涂抹时混凝土表面不能有流水,最好先用纯水泥浆涂刷一层底浆(厚度约0.5~1.0mm)。再将水泥浆一次或分几次抹完(应视总厚度而定),一次过后容易在侧面和顶部引起流淌或因自重下坠脱壳;太薄则容易在收缩时引起开裂。涂抹的总厚度一般为1.0~2.0cm待收缩后,最后用铁抹压实,抹光。砂浆配制时所用砂子不易太粗,一般为中细砂。水泥可用普通水泥,其标号不低于32.5号。温度高时,涂抹3~4小时后即需洒水养护,并防止阳光直射,冬季应注意保温,切不可受冻,否则所抹的水泥砂浆受冻后,轻则强度降低,重则脱落报废。

5.3.3 表面粘贴修补法这种方法使指用胶粘剂把玻璃布或钢板等材料粘贴在裂缝部位的混凝土面上,达到封闭裂缝目的的一种修补方法。其中钢板粘贴是用环氧基液粘结剂涂在整个钢板上,然后将其压贴于待修补的裂缝位置上的方法。钢板粘贴的施工顺序如下:①对钢板进行表面处理,即按所需尺寸切断好钢板,用打磨机研磨,是钢板表面露出钢板的肌体,对混凝土表面进行修凿,使其平整。②用丙酮或二甲苯擦洗修补部位的混凝土表面及钢板面,以除去粘结面的油脂和灰尘。③在钢板和混凝土粘贴面上均匀地刷上环氧基液粘贴剂。④压贴钢板。用方木,角钢和固定螺丝拴等均匀地加上压力进行压贴。⑤养生到所要求的时间,拆除压贴用的方木,角钢等支架材料。⑥在钢板表面上在涂刷养护涂料,如铝粉或其它防锈漆等。

5.3.4 凿槽嵌补凿槽嵌补是沿混凝土裂缝凿一条深槽,然后在槽内嵌补各种粘结材料。如环氧砂浆,沥青,甲基丙烯酸之类化学补强剂等的一种修补方法。修补时先沿裂缝凿槽,槽形根据裂缝位置和填补材料而定,凿槽形状通常为V型。槽的两边混凝土必须修理平整,槽内要清洗干净,必要时可在填料前用丙酮擦一遍。用水泥砂浆填料,事先要保持槽内湿润;用沥青或环氧材料填补时,要保持槽内干燥,否则应采取其他的措施,是槽内干燥后再进行填补。

5.3.5 压力灌浆修补法压力灌浆修补和化学材料灌浆修补结构裂缝,可以大大改善灌浆材料的可灌性能,可灌入0.3mm或更细小些的裂缝,施工机械简单,操作简便,其应用日趋广泛。灌浆材料:用于修补砼裂缝的化学灌浆材料主要有环氧树脂灌浆材料和丙烯酸之类灌浆材料两种。环氧树脂法:①首先对混凝土裂缝的基层表面进行处理,用钢丝刷将裂缝表面的灰尘、浮渣、油垢等清除,并沿缝用丙酮擦洗,凉晒干燥,其含水率不大于6%。②环氧树脂胶料配合比(重量比)。环氧树脂 ∶二甲苯 ∶乙二胺 = 100∶40∶8。③最后用玻璃刀将环氧树脂胶批嵌封闭。环氧砂浆封堵法:①处理步骤。a.沿缝糟宽8～10mm,深度大于10mm,用钢丝刷沿缝槽将灰尘、覆渣及松散层彻底清除,用丙酮将其油垢擦干净,凉晒,其含水率不大于6%。b.在清洁的混凝土槽内,薄而均匀地涂刷环氧底胶料,不得有漏涂和流坠现象。c.涂完底胶料自然固化12小时后,用玻璃布或嵌刀将环氧砂浆分层封堵,每层厚度不大于5mm,用勾缝条压平压实。d.环氧砂浆自然固化24小时后,用环氧底胶料封闭,封闭宽度应大于环氧砂浆缝宽,且每边要超出2～3mm 。e.封堵后要保持干燥,用碘钨灯烘烤。环氧树脂∶二甲苯∶乙二胺∶石英粉∶碘粉 = 100∶60∶8∶100∶150②配制方法。a.环氧底胶的配制方法与环氧树脂胶料的配制方法一样,只是配合比不同而已。b.环氧砂浆的配制:先将石英粉、石英砂按比例拌均,然后将前面拌制好的环氧底胶料倒入混合料中充分搅拌均匀即可。③注意要点:a.配制好的环氧砂浆自加入固化剂起计时,必须在40分钟内用完。b.裂缝清理完成的缝或槽,必须经检查合格后方能进行密封。

参考文献:

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