橋梁裂縫產(chǎn)生原因

包 安

(大慶市杜蒙交通局)

1 地基礎(chǔ)變形引起的裂縫

(1)地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準。在沒有充分掌握地質(zhì)情況就設(shè)計、施工,這是造成地基不均勻沉降的主要原因。比如丘陵區(qū)或山嶺區(qū)橋梁,勘察時鉆孔間距太遠,而地基巖面起伏又大,勘察報告不能充分反映實際地質(zhì)情況。

(2)地基地質(zhì)差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁,河溝處的地質(zhì)與山坡處變化較大,河溝中甚至存在軟弱地基,地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。

(3)結(jié)構(gòu)荷載差異太大。在地質(zhì)情況比較一致條件下,各部分基礎(chǔ)荷載差異太大時,有可能引起不均勻沉降,例如高填土箱形涵洞中部比兩邊的荷載要大,中部的沉降就要比兩邊大,箱涵可能開裂。

(4)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。同一聯(lián)橋梁中,混合使用不同基礎(chǔ)如擴大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ),或同時采用樁基礎(chǔ)但樁徑或樁長差別大時,或同時采用擴大基礎(chǔ)但基底標高差異大時,也可能引起地基不均勻沉降。

(5)分期建造的基礎(chǔ)。在原有橋梁基礎(chǔ)附近新建橋梁時,如分期修建的高速公路左右半幅橋梁,新建橋梁荷載或基礎(chǔ)處理時引起地基土重新固結(jié),均可能對原有橋梁基礎(chǔ)造成較大沉降。

(6)地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰凍膨脹;一旦溫度回升,凍土融化,地基下沉。因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。

(7)橋梁基礎(chǔ)置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)時,可能造成不均勻沉降。

2 鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不足,混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面,使鋼筋周圍混凝土堿度降低,或由于氯化物介入,鋼筋周圍氯離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng),其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約 2～4倍,從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,導(dǎo)致保護層混凝土開裂、剝離,沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕,使得鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結(jié)構(gòu)承載力下降,并將誘發(fā)其它形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

要防止鋼筋銹蝕,設(shè)計時應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護層厚度(當然保護層亦不能太厚,否則構(gòu)件有效高度減小,受力時將加大裂縫寬度);施工時應(yīng)控制混凝土的水灰比,加強振搗,保證混凝土的密實性,防止氧氣侵入,同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量,沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。

3 凍脹引起的裂縫

大氣氣溫低于零度時,吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍,游離的水轉(zhuǎn)變成冰,體積膨脹 9%,因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力;同時混凝土凝膠孔中的過冷水(結(jié)冰溫度在 -78°以下)在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓,使混凝土中膨脹力加大,混凝土強度降低,并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重,成齡后混凝土強度損失可達 30%～50%。冬季施工時對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。

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溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。當混凝土中骨料空隙多 、吸水性強;骨料中含泥土等雜質(zhì)過多;混凝土水灰比偏大、振搗不密實;養(yǎng)護不力使混凝土早期受凍等,均可能導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。冬季施工時,采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法養(yǎng)護以及在混凝土拌和水中摻入防凍劑(但氯鹽不宜使用),可保證混凝土在低溫或負溫條件下硬化。

4 施工材料質(zhì)量引起的裂縫

4.1 水泥

(1)水泥安定性不合格,水泥中游離的氧化鈣含量超標。氧化鈣在凝結(jié)過程中水化很慢,在水泥混凝土凝結(jié)后仍然繼續(xù)起水化作用,可破壞已硬化的水泥石,使混凝土抗拉強度下降。

(2)水泥出廠時強度不足,水泥受潮或過期,可能使混凝土強度不足,從而導(dǎo)致混凝土開裂。

(3)當水泥含堿量較高(例如超過 0.6%),同時又使用含有堿活性的骨料,可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)。

4.2 砂、石骨料

砂石的粒徑、級配、雜質(zhì)含量。

砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強度,使混凝土收縮加大,如果使用超出規(guī)定的特細砂,后果更嚴重。砂石中云母的含量較高,將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力,降低混凝土強度。砂石中含泥量高,不僅將造成水泥和拌和水用量加大,而且還降低混凝土強度和抗凍性、抗?jié)B性。砂石中有機質(zhì)和輕物質(zhì)過多,將延緩水泥的硬化過程,降低混凝土強度,特別是早期強度。砂石中硫化物可與水泥中的鋁酸三鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),體積膨脹 2.5倍。

拌和水及外加劑拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土,或采用含堿的外加劑,可能對堿骨料反應(yīng)有影響。

5 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

(1)混凝土保護層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,使承受負彎矩的受力筋保護層加厚,導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

(2)混凝土振搗不密實、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞,導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫的起源點。

(3)混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫,既塑性收縮裂縫。

(4)混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分蒸發(fā)過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

(5)混凝土初期養(yǎng)護時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

(6)用泵送混凝土施工時,為保證混凝土的流動性,增加水和水泥用量,或因其他原因加大了水灰比,導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加,使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

(7)混凝土分層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。如混凝土分層澆筑時,后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑,引起層面之間的水平裂縫;采用分段現(xiàn)澆時,先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結(jié)力小,或后澆混凝土養(yǎng)護不到位,導(dǎo)致混凝土收縮而引起裂縫。