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某混凝土板橋裂縫成因分析及修補(bǔ)措施
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1、前言
在橋梁建造與使用過(guò)程中,現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫,是非常值得關(guān)注的問(wèn)題。裂縫的發(fā)展會(huì)使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生異常的內(nèi)部應(yīng)力或變形,嚴(yán)重的可能會(huì)危及橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。由于橋面板直接受到車輪荷載的影響,一旦開裂容易迅速惡化。因此對(duì)橋面板出現(xiàn)的裂縫,更應(yīng)盡早發(fā)現(xiàn),盡量提前進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?br />
造成橋面板出現(xiàn)裂縫的原因比較復(fù)雜,主要受材料、施工、使用環(huán)境以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面因素的影響。裂縫的種類繁多,不同的裂縫對(duì)橋梁的危害各有輕重。正確地分析裂縫出現(xiàn)的原因,是克服和控制裂縫、保證橋梁正常使用的關(guān)鍵。
2、工程實(shí)例
省道S223線K80+780小橋?yàn)樵摱?jí)路改建時(shí)新增加的單跨現(xiàn)澆混凝土實(shí)心板橋,跨度為1×8米,寬度為8.5米。橋面板厚40厘米,采用柱式橋臺(tái),直徑為1米,鉆孔樁基礎(chǔ),樁徑為1.1米,每邊各二根。樁基持力層為中風(fēng)化石英巖。板面板及橋臺(tái)材料均為C30混凝土,樁基材料為C25混凝土。設(shè)計(jì)荷載為汽-20、掛-100。
該橋在通車一年后,左側(cè)橋面板距路中線約50cm處出現(xiàn)一道較明顯的縱向裂縫,縫寬0.2~0.3mm,局部超過(guò)0.3mm,且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。
為正確地研究橋面板裂縫產(chǎn)生的原因,必須對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)、施工過(guò)程及使用環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)地分析,才能采取有效的修補(bǔ)加固措施,確保橋梁的正常使用。
3、橋面板裂縫產(chǎn)生原因分析
3.1 概述
混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多,甚至多種因素相互影響,每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種原因。在鋼筋混凝土橋面板上所看到的損傷都是由于構(gòu)造上的或與荷載條件有關(guān)的種種原因而造成的。導(dǎo)致鋼筋混凝土橋面板裂縫產(chǎn)生的原因,大致可分為以下幾類:
3.1.1 作用的常規(guī)靜、動(dòng)荷載過(guò)大或次應(yīng)力的產(chǎn)生
在設(shè)計(jì)計(jì)算階段,計(jì)算模型不合理;設(shè)計(jì)斷面不足;結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)部分荷載漏算;構(gòu)造處理不當(dāng),鋼筋設(shè)置偏少或布置錯(cuò)誤;設(shè)計(jì)圖紙交代不清等。在施工階段,不加限制地堆放施工機(jī)具、材料;不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn),隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝;不按設(shè)計(jì)圖紙施工,擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序,改變結(jié)構(gòu)受力模式;不對(duì)結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動(dòng)下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。在橋梁使用階段,超出設(shè)計(jì)載荷的重型車輛頻繁過(guò)橋;受車輛、船舶的接觸、撞擊等。以上幾種情況都會(huì)使橋面板在荷載的作用下發(fā)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)微裂縫。這種由常規(guī)靜、動(dòng)荷載或次生應(yīng)力所產(chǎn)生的裂縫稱為荷載裂縫。荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點(diǎn),其分布規(guī)律是沿主拉應(yīng)力方向開展,其走向與主拉應(yīng)力方向垂直。這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動(dòng)嚴(yán)重部位。
3.1.2 溫度變化頻繁或溫差過(guò)大
混凝土具有熱脹冷縮的性能,當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化,混凝土將發(fā)生變形,若變形遭到約束,則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。
3.1.3 混凝土的干縮
在混凝土中,水以結(jié)合水、層間水、物理吸附水和毛細(xì)水等狀態(tài)存在。當(dāng)這些水在混凝土硬化過(guò)程中失去時(shí),水泥漿體就會(huì)收縮,當(dāng)收縮受到限制產(chǎn)生收縮應(yīng)力時(shí),就會(huì)產(chǎn)生裂縫。混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細(xì),且縱橫交錯(cuò),成龜裂狀,形狀沒(méi)有任何規(guī)律。橋梁工程中,由于混凝土的干縮所引起的干縮裂縫是最常見的。
3.1.4 地基變形
由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力,超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂產(chǎn)生裂縫。
3.1.5 施工質(zhì)量不良
在施工過(guò)程中,假如混凝土級(jí)配不良或施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣,造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度不足,容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫。
3.2 病因分析
3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)情況
對(duì)該小橋進(jìn)行詳細(xì)地勘測(cè)發(fā)現(xiàn),除了左側(cè)橋面板靠近路中線處的那道縱向裂縫外,橋面板上表面未出現(xiàn)其它裂縫,但在橋面板底部同一位置上卻發(fā)現(xiàn)存在裂縫,縫寬0.2~0.3mm,也呈縱向布置,由此可判斷該裂縫是上下貫通的。對(duì)橋面板底部進(jìn)行細(xì)致檢查,發(fā)現(xiàn)在其它位置還有多條極細(xì)微的裂縫,縫寬小于0.1mm,均呈縱向布置。對(duì)橋臺(tái)臺(tái)帽及錐坡進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)有裂縫。
現(xiàn)場(chǎng)交通量正常,但大型貨車較多,且時(shí)有超載的違章車輛通過(guò)。
3.2.2 施工情況
該小橋所使用的混凝土和鋼筋各項(xiàng)指標(biāo)均合格,水泥凝結(jié)試驗(yàn)以及摻合料、水、細(xì)骨料的試驗(yàn)結(jié)果均屬正常。施工期間氣象條件良好,平均氣溫24℃,濕度60~85%,混凝土澆灌過(guò)程中,天氣睛朗,風(fēng)速較小。橋面板采用整體澆筑,鋼筋布設(shè)均按圖施工,但鋼筋搭接恰好處于距路中50cm左右的左側(cè)橋面上。
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