桥梁混凝土裂缝分析论文

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1.裂缝形成种类及形成原因

桥梁工程中裂缝种类归纳起来可分为三种：一是由外荷载引起的直接应力裂缝，即外荷载引起的直接应力产生的裂缝；二是由外荷载引起的次应力裂缝，即是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝；三是变形应力引起的裂缝，这主要是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等引起结构变形，变形受到约束时便产生应力，当此应力超过混凝土极限强度时就产生裂缝。这些裂缝产生的原因是多方面的，主要有设计原因、施工原因、材料性质的原因，此外，外部环境等因素的影响也会产生裂缝。

1.1设计方面原因。

主要是设计疏漏，计算假设受力与实际受力不相符、计算模型不合理、外部荷载考虑不周全等等。

1.2施工方面原因。

不按设计图纸施工，使结构受力模型与设计不相符；施工中混凝土振捣不密实、初期养生不够、拆除支架顺序不正确；不加限制地堆放施工机具、材料，超过计算荷载；不根据预制结构受力特点合理起吊、运输、安装；施工蛮干、不合理使用，乱开孔、乱埋预埋件、乱开槽、乱支牛腿，受车辆、船舶的撞击等都会产生裂缝。

1.3材料性质原因。

水泥的反常凝固、反常膨胀、离析与泛浆以及水泥的水化热不按规范施工；混凝土在硬化初期的体积变化和后期的干缩，若养生不充分；混凝土骨料的配合比、密度、空隙率、弹性模量等不合适，所有以上原因也会导致裂缝的产生。

1.4外部环境原因。

温度与湿度的变化、混凝土构件内外温差、内部钢筋的锈蚀、受盐类的化学腐蚀，车轮的磨损、地震荷载、地基变形及沉降等外部环境影响也会产生裂缝。

2.桥梁工程裂缝的预防

裂缝是混凝土本身具有的一种材料特性，让它完全不发生是不可能的。长、大、薄、高强的混凝土构件是最易产生裂缝的混凝土构件，而桥梁工程许多结构具备其中一个或多个特点，如50mT梁预制具有“长、大、薄、高强”四个特点；连续刚构具有“大、薄、高强”三个特点；桥面铺装具备“大、薄、高强”的特点；承台具备“大”的特点；防撞护栏具备“长、薄”的特点；空心薄壁墩具备“薄、高强”的特点等。预防混凝土裂缝是在掌握一定基础资料的前提下，通过科学预测及计算，优化设计施工方案，合理地组织施工，才能避免混凝土构件中出现裂缝。

2.1桥梁工程裂缝的预防。

2.1.1优化设计。

2.1.1.1改善配筋。

（1）薄壁结构配筋中增设防裂筋，一般用小直径钢筋（φ8～φ14），小间距布置（@10～@15cm），明显地提高混凝土抗裂性。

（2）大体积混凝土配筋中增设温度筋，分层布置，一般用小直径、小间距布置，提高混凝土抵抗温度应力所引起的混凝土变形。

（3）结构的转角处、锚固断面、构件形状突变处、预留孔道处、受力钢筋截断处等容易出现裂缝的部位增设抗裂筋，较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。改善应力集中，防止裂缝的出现。

2.1.1.2增加应力释放途径，减少内外约束。

（1）设立应力释放缝：在断面小的结构中（如防撞护栏）按受力特点规则地增设应力释放缝。在采取分层或分块浇筑大体积混凝土中，合理设置水平或垂直施工缝。

（2）设置后浇缝：当大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后浇缝，以减小外应力和温度应力；同时增加混凝土散热面积，降低混凝土的内部温度。

（3）设置滑动层及缓冲层：对大体积混凝土基础与岩石地基，或基础与厚大的混凝土垫层之间设置滑动层，如采用平面浇沥青胶铺砂、或刷热沥青、或铺卷材。在垂直面、键槽部位设置缓冲层，如铺设30～50mm厚沥青木丝板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，释放约束应力。

（4）在大体积混凝土内部预埋冷却水管，预制T梁及连续刚构中以预埋预应力管道为冷却水管，通入冷却水，强制降低混凝土水化热温度。

（5）易发生裂缝的重要结构部位混凝土设计时外掺定量的纤维材料，提高混凝土的抗拉能力，避免裂缝产生。2.1.1.3结构方面。

（1）地质勘察精度可靠、试验资料准确，防止因基础技术资料与实际有误造成不匀均沉降而产生裂缝。

（2）同一联桥梁中，基础结构类型尽量一致，防止因混合使用不同基础类型或同时采用扩大基础但基底标高差异大时而引起地基不均匀沉降从而产生裂缝。

（3）避免结构突变（或断面突变），当不能回避时，应做局部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡。防止因应力集中而产生裂缝。

2.1.2确定最佳配合比。

2.1.2.1选用优质原材料。

(1)水泥：选用水化热较低、收缩量较小、干缩值较小、高标号、早期强度较高的、含碱量较低的、初凝时间较长的水泥，以减少水化热量总量，减小温差变化幅度，减少水泥水化时收缩量，增强水泥胶和物的早期强度，从而避免因温差、干缩等原因产生裂缝。

(2)粗细集料：选用吸水率较小、收缩性较低、级配良好的骨料，控制骨料中云母、含泥量、有机质和轻物质和硫化物的含量，以减少骨料的收缩，增强混凝土强度。

2.1.2.2确定最佳配合比。

（1）水灰比：一般来说用水量越大，水灰比越高，混凝土干缩越大。水灰比一般控制在0.5以下。

（2）外掺矿物粉：为减小混凝土中水泥含量，减少水化热及收缩，一般采取外掺粉煤灰等矿物粉，替代混凝土中部分水泥含量，矿物粉掺配比例宜占胶凝总量的1/4。

（3）外加剂：掺加高效减水、增塑、缓凝剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，减少水化热总量，减少混凝土干缩，推迟热峰的出现时间。

2.1.3定量预测。

计算大体积混凝土温度、应力、平均整浇长度（伸缩缝间距），确定混凝土内外最大温差、最大应力、最长伸缩缝间距，当其超过混凝土极限抗拉强度时，需在施工方案中采取降温、延长温度变化时间，或增加应力释放途径，或增加伸缩缝来避免产生裂缝。计算支架及模板的刚度及挠度，防止因支架及模板的下沉而引起混凝土在未形成强度前不均匀沉降而产生裂缝。

2.1.4合理施工。

在混凝土结构立模、浇筑、预制构件运输、堆放、拼装及吊装过程中，必须合理组织施工，防止因施工原因产生裂缝。

2.1.4.1混凝土立模与支架。

模板与支架必须具有足够的强度和刚度。支架设置在具有足够强度的地基上，防止因不均匀沉降而产生裂缝。在支架拆除时，施工顺序正确，避免由于产生瞬时动荷载而导致的对结构产生冲击作用而产生的裂缝。

2.1.4.2混凝土浇筑。

（1）混凝土施工时，必须严格按照规范施工，尽量克服由于材料性质所产生的裂缝。

（2）混凝土搅拌与运输时，要合理确定施工时间的长短，防止混凝土水灰比加大，避免混凝土凝结硬化时收缩量增加，防止水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使混凝土出现不规则的收缩裂缝。

（3）混凝土振捣时，防止过振、漏振及振捣不密实，严禁出现混凝土中粗细骨料不均匀、硬化后沉落过大及成型后出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀等现象，避免混凝土抵抗裂缝的抗拉强度降低、塑性收缩及成为荷载裂缝的起点。

（4）混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理好，防止在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。浇筑时分层适度，使混凝土中水化热合理散发。

（5）混凝土初期养护时不得急剧干燥或早期受冻，防止混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝、局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。

（6）在长、高较大而宽度较小（一般小于80cm）、配筋较多、预留孔道较多的结构（如50mT梁腹板、悬臂浇筑连续刚构腹板等）混凝土浇筑振捣时，采用多种方法浇筑，可避免振捣控制不力及蜂窝、麻面、空洞的产生。2.1.4.3预制构件运输、堆放、吊装。

预制构件堆放时，支承垫木在一条垂直线上，悬臂不能过长，运输过程中防止剧烈颠撞，吊装时吊点位置恰当，在刚度较小的方向设置可靠的加固措施等，均可避免应力裂缝的产生。

2.1.5实时监控。

2.1.5.1支架及模板变形监控。

对于重要结构部位，如悬臂施工刚构0#块支架、挂蓝、连续箱梁满堂支架等施工前要进行等荷载预压，实际测得变形值，施工时据实测变形值预设预拱度。

浇筑混凝土过程中，专人负责检查支架及模板稳定性，准备必需的工具、材料，在发现变形时，在混凝土处于流态时及时支护。

2.1.5.2混凝土配合比监控。

实测粗细骨料含水量，计算出施工配合比。搅拌过程中，水量通过时间来控制，粗细骨料及水泥、外掺矿粉通过电子计量来控制，外加剂通过量杯保证按施工配合比搅拌混凝土，严禁随意更改水灰比。

2.1.5.3温度监控。

（1）控制混凝土入模温度低于30℃，实时监控构件中混凝土终凝前内外温度，尤其是浇筑后1天～3天内水化热高峰时。

（2）实测循环冷却降温管进出口水温，据内外温差值确定冷却水流量、冷却水温度，保证混凝土内外温差在规范允许范围内。

3.裂缝处理

对于已经产生的裂缝，需要根据实际情况采取不同的方法进行处理。一般来说，混凝土裂缝的处理方法通常主要有：表面修补法，灌浆、嵌逢封堵法，结构加固法等。

3.1表面修补法。

表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

3.2灌浆、嵌逢封堵法。

灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

3.3结构加固法。

当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。

3.4混凝土置换法。

混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

4.结语

总之，要减少桥梁裂缝，首先应从设计入手，然后抓好施工中的每一道工序的质量，并对混凝土材料及外部环境多做调查、研究与实验，把裂缝的危害降低到最低程度。

【摘要】本文阐述了桥梁工程中混凝土裂缝产生的种类及原因，提出了预防措施及处理方法。

【关键词】桥梁；混凝土；裂缝；原因分析；预防措施；处理方法

【Abstract】Inthisarticle,cracksinconcretebridgeconstructiontypesandcausesandrecommendingpreventivemeasuresandtreatment.

【Keywords】Bridge;Concrete;Crack;Reasonanalysis;Preventivemeasures;Treatment

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参考文献

［1］王铁梦.工程结构裂缝控制［M］．北京：中国建筑工业，1997

［2］彭立海、阎士勤、张春生、翟建.大体积混凝土温控与防裂2005.11

［3］鞠丽艳.混凝土裂缝抑制措施的研究进展.混凝土，2002.5〖ZK)〗