论文部分内容阅读
摘 要：本文主要着重分析了了钢筋混凝土桥梁裂缝病害产生的种类与原因，并通过工程实例分析了裂缝产生的原因，并提出了相应的补救措施，希望对同行有所帮助。
关键词：体外预应力；钢筋混凝土；桥梁；加固；裂缝
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）11-0224-01
1 钢筋混凝土桥梁裂缝病害分析
目前，我国桥梁多采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构，特别是公路桥梁上多采用这些结构形式。桥梁作为一个结构体系，其构造、施工复杂，在建造和使用过程中会出现大量的病害，其中影响最深的病害之一就是裂缝问题，如图1。混凝土结构开裂被说为“常发病”，由于其产生原因复杂，影响因素多，时常困扰桥梁工程技术人员。在桥梁结构中，混凝土裂缝主要受到施工材料、使用环境、以及结构设计等方面的影响，究其原因，归结为以下几方面。
1.1 荷载裂缝
混凝土桥梁中的荷载裂缝主要是由于动、静荷载以及次应力产生的裂缝，这类荷载裂缝在桥梁裂缝病害中一般占到20%左右。荷载裂缝产生的原因主要与设计不合理、计算不准确以及梁体在施工、搬运过程中没有按照规范执行，同时运营时被大量超载车辆频繁过桥等原因造成。一般此类裂缝特点是沿主拉应力方向开展，并垂直于主拉应力方向发展。
1.2 温度裂缝
大体积混凝土桥梁中的温度因素裂缝产生的一个重要因素。在某些大的混凝土桥梁中，温度因素产生的应力有可能达到甚至超过了荷载产生的应力，温度变化相应的会引起混凝土发生热胀冷缩，当这些变形受到约束时，产生的应力超过了混凝土的抗拉强度，这时即产生了裂缝。温度裂缝最主要的特征是随着温度的变化出现扩张和收拢现象。
1.3 收缩裂缝
收缩裂缝是混凝土桥梁工程中最常见的一中裂缝形式，他形成的主要原因是水泥品种、骨料品种、水灰比、外加剂、以及养护环境振捣方式等有关系。在这类收缩缝中主要是塑性和缩水两种收缩形式，这类收缩缝的主要特点是裂缝宽度很细，没有形成可循的规律，一般都是表面裂缝。
1.4 钢筋锈蚀裂缝
混凝土质量较差或保护层不能满足要求时，混凝土保护层由于耐久性原因导致碳化，使得空气中的CO2接触到保护层内的钢筋，使得钢筋处于酸性环境中使得钢筋产生锈蚀，同时，锈蚀之后的铁离子进入混凝土中，形成电化学腐蚀，产物中的氢氧化铁体积大于原来自身的体积，产生膨胀，从而产生由内到外的裂缝。这种裂缝形式，可以减小钢筋与混凝土的偓裹力，从而削弱了结构自身的承载力
1.5 施工裂缝
在混凝土桥梁浇注过程中、由于施工不合理，施工质量不满足而产生的裂缝现象比比皆是。这些裂缝产生的原因主要包括，混凝土振捣不密实，不均匀，而且在浇注混凝土时由于浇注过快，导致前面混凝土陈实不足，导致在后期养护过程中出现裂缝，养护初期没有按规范要求进行养护，混凝土表面过干，使得混凝土表面产生大量不均匀的裂缝等。
2 工程实例分析
2.1 工程概况
某大桥为双向行车道的单幅桥梁，采用五孔或六孔一联桥梁形式，桥梁跨径采用的形式是6×20m+5×20m+31+18+2×20m，采用变截面箱型梁。桥梁梁体采用部分预应力混凝土A类截面形式，采用双柱式圆形柱墩形式。桥梁铺装形式为8cm水泥混凝土调平层+防水层+8cm沥青混凝土面层。
2.2 桥梁裂缝情况说明
经过检测单位检测，桥梁在运行中出现了大量裂缝，裂缝主要集中在各跨梁底并程纵向分布，梁底横向裂缝主要以各跨跨中分布为主，其中裂缝宽度最大处达到了0.7mm，大部分宽度在0.25mm左右，裂缝为非贯穿裂缝形式，裂缝深度最深为170mm，严重超过了规范中规定的桥梁裂缝要求。此外，混凝土表面出现了严重的碳化现象，碳化深度最大处为8mm，并且个别钢筋导致锈断现象。
2.3 裂缝成因分析
通过前述混凝土桥梁裂缝发生的原因，结合本桥梁的实际经受内力、裂缝情况以及裂缝的走向深度，分析本工程中裂缝产生的原因主要有以下几方面：
施工过程中的失误，主要可能是由于在实际施工过程中，梁体浇注时由于钢筋较密且与钢模接触较紧密，使得在浇注混凝土时，粗骨料无法进入箱梁底板弧形最深处，从而导致在浇注完成后，内模弧形最底处的混凝土成分主要是砂浆成分，砂浆的抗拉强度要远低于混凝土的抗拉强度，因此，在梁体遭受荷载时就出现了裂纹。
在使用过程中，钢筋发生了锈蚀，导致体积膨胀，从而使得混凝土从内部产生了拉应力，导致混凝土开裂。并且由于钢筋生锈，导致钢筋的有效面积减小，结构承载力下降，从而导致了其他裂缝形式产生，其他裂缝出现，又促进了钢筋锈蚀，两种形式相互促进，导致结构发生了破坏。
施工完成后混凝土底板保护层厚度不够，本工程中梁体主筋保护层最小处只有0.2cm，横向钢筋保护层厚度为0.2cm。施工完成后的混凝土保护层厚度严重不符合设计要求。这种结果导致，在桥面板频繁经受局部冲击荷载作用时，在动荷载作用下，出现应力集中，导致纵向裂缝，并且在这些荷载反复作用下，桥梁裂缝迅速扩展，最终将导致上下贯通，最终破坏桥梁。
2.4 解决措施
针对以上分析，首先对连续梁体进行灌封、封闭处理，同时对于桥梁碳化处进行处理；钢筋发生的锈蚀处采用RS法进行修复，可采用体外预应力的方法进行补强，可以通过粘贴碳纤维贴片的方法，而且要防止桥梁进一步锈蚀，要将连续箱梁内的积水排出，对于之前预留的预应力波纹管进行灌浆处理；对梁体的横向与纵向进行加固处理。
3 结语
在我国的混凝土桥梁相关规范中规定，混凝土结构构件是允许出现裂缝的。但是不是什么样的裂缝都是允许出现的，因此在桥梁发生裂缝问题时，要进行实际的检测，并从施工、设计、以及运营情况几个方面深入细致的分析裂缝产生的原因，以及其危害性，根据实际分析采用合理方法进行修补加固处理，保证桥梁在运行过程中的安全。
参考文献
[1] 朱典文，唐小兵，张万平.桥梁结构的体外预应力加固技术[J].交通科技，2002（06）：8-9.
[2] 李海泉.某桥梁裂缝的原因分析与治理[J].四川建筑，2009.
[3] 常卫峰.浅谈混凝土桥梁裂缝[J].北方交通，2009（1）.
关键词：体外预应力；钢筋混凝土；桥梁；加固；裂缝
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）11-0224-01
1 钢筋混凝土桥梁裂缝病害分析
目前，我国桥梁多采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构，特别是公路桥梁上多采用这些结构形式。桥梁作为一个结构体系，其构造、施工复杂，在建造和使用过程中会出现大量的病害，其中影响最深的病害之一就是裂缝问题，如图1。混凝土结构开裂被说为“常发病”，由于其产生原因复杂，影响因素多，时常困扰桥梁工程技术人员。在桥梁结构中，混凝土裂缝主要受到施工材料、使用环境、以及结构设计等方面的影响，究其原因，归结为以下几方面。
1.1 荷载裂缝
混凝土桥梁中的荷载裂缝主要是由于动、静荷载以及次应力产生的裂缝，这类荷载裂缝在桥梁裂缝病害中一般占到20%左右。荷载裂缝产生的原因主要与设计不合理、计算不准确以及梁体在施工、搬运过程中没有按照规范执行，同时运营时被大量超载车辆频繁过桥等原因造成。一般此类裂缝特点是沿主拉应力方向开展，并垂直于主拉应力方向发展。
1.2 温度裂缝
大体积混凝土桥梁中的温度因素裂缝产生的一个重要因素。在某些大的混凝土桥梁中，温度因素产生的应力有可能达到甚至超过了荷载产生的应力，温度变化相应的会引起混凝土发生热胀冷缩，当这些变形受到约束时，产生的应力超过了混凝土的抗拉强度，这时即产生了裂缝。温度裂缝最主要的特征是随着温度的变化出现扩张和收拢现象。
1.3 收缩裂缝
收缩裂缝是混凝土桥梁工程中最常见的一中裂缝形式，他形成的主要原因是水泥品种、骨料品种、水灰比、外加剂、以及养护环境振捣方式等有关系。在这类收缩缝中主要是塑性和缩水两种收缩形式，这类收缩缝的主要特点是裂缝宽度很细，没有形成可循的规律，一般都是表面裂缝。
1.4 钢筋锈蚀裂缝
混凝土质量较差或保护层不能满足要求时，混凝土保护层由于耐久性原因导致碳化，使得空气中的CO2接触到保护层内的钢筋，使得钢筋处于酸性环境中使得钢筋产生锈蚀，同时，锈蚀之后的铁离子进入混凝土中，形成电化学腐蚀，产物中的氢氧化铁体积大于原来自身的体积，产生膨胀，从而产生由内到外的裂缝。这种裂缝形式，可以减小钢筋与混凝土的偓裹力，从而削弱了结构自身的承载力
1.5 施工裂缝
在混凝土桥梁浇注过程中、由于施工不合理，施工质量不满足而产生的裂缝现象比比皆是。这些裂缝产生的原因主要包括，混凝土振捣不密实，不均匀，而且在浇注混凝土时由于浇注过快，导致前面混凝土陈实不足，导致在后期养护过程中出现裂缝，养护初期没有按规范要求进行养护，混凝土表面过干，使得混凝土表面产生大量不均匀的裂缝等。
2 工程实例分析
2.1 工程概况
某大桥为双向行车道的单幅桥梁，采用五孔或六孔一联桥梁形式，桥梁跨径采用的形式是6×20m+5×20m+31+18+2×20m，采用变截面箱型梁。桥梁梁体采用部分预应力混凝土A类截面形式，采用双柱式圆形柱墩形式。桥梁铺装形式为8cm水泥混凝土调平层+防水层+8cm沥青混凝土面层。
2.2 桥梁裂缝情况说明
经过检测单位检测，桥梁在运行中出现了大量裂缝，裂缝主要集中在各跨梁底并程纵向分布，梁底横向裂缝主要以各跨跨中分布为主，其中裂缝宽度最大处达到了0.7mm，大部分宽度在0.25mm左右，裂缝为非贯穿裂缝形式，裂缝深度最深为170mm，严重超过了规范中规定的桥梁裂缝要求。此外，混凝土表面出现了严重的碳化现象，碳化深度最大处为8mm，并且个别钢筋导致锈断现象。
2.3 裂缝成因分析
通过前述混凝土桥梁裂缝发生的原因，结合本桥梁的实际经受内力、裂缝情况以及裂缝的走向深度，分析本工程中裂缝产生的原因主要有以下几方面：
施工过程中的失误，主要可能是由于在实际施工过程中，梁体浇注时由于钢筋较密且与钢模接触较紧密，使得在浇注混凝土时，粗骨料无法进入箱梁底板弧形最深处，从而导致在浇注完成后，内模弧形最底处的混凝土成分主要是砂浆成分，砂浆的抗拉强度要远低于混凝土的抗拉强度，因此，在梁体遭受荷载时就出现了裂纹。
在使用过程中，钢筋发生了锈蚀，导致体积膨胀，从而使得混凝土从内部产生了拉应力，导致混凝土开裂。并且由于钢筋生锈，导致钢筋的有效面积减小，结构承载力下降，从而导致了其他裂缝形式产生，其他裂缝出现，又促进了钢筋锈蚀，两种形式相互促进，导致结构发生了破坏。
施工完成后混凝土底板保护层厚度不够，本工程中梁体主筋保护层最小处只有0.2cm，横向钢筋保护层厚度为0.2cm。施工完成后的混凝土保护层厚度严重不符合设计要求。这种结果导致，在桥面板频繁经受局部冲击荷载作用时，在动荷载作用下，出现应力集中，导致纵向裂缝，并且在这些荷载反复作用下，桥梁裂缝迅速扩展，最终将导致上下贯通，最终破坏桥梁。
2.4 解决措施
针对以上分析，首先对连续梁体进行灌封、封闭处理，同时对于桥梁碳化处进行处理；钢筋发生的锈蚀处采用RS法进行修复，可采用体外预应力的方法进行补强，可以通过粘贴碳纤维贴片的方法，而且要防止桥梁进一步锈蚀，要将连续箱梁内的积水排出，对于之前预留的预应力波纹管进行灌浆处理；对梁体的横向与纵向进行加固处理。
3 结语
在我国的混凝土桥梁相关规范中规定，混凝土结构构件是允许出现裂缝的。但是不是什么样的裂缝都是允许出现的，因此在桥梁发生裂缝问题时，要进行实际的检测，并从施工、设计、以及运营情况几个方面深入细致的分析裂缝产生的原因，以及其危害性，根据实际分析采用合理方法进行修补加固处理，保证桥梁在运行过程中的安全。
参考文献
[1] 朱典文，唐小兵，张万平.桥梁结构的体外预应力加固技术[J].交通科技，2002（06）：8-9.
[2] 李海泉.某桥梁裂缝的原因分析与治理[J].四川建筑，2009.
[3] 常卫峰.浅谈混凝土桥梁裂缝[J].北方交通，2009（1）.