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)注的問題。裂縫的發(fā)展會使結(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)計等方面因素的影響。裂縫的種類繁多，不同的裂縫對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小橋為該二級路改建時新增加的單跨現(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，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。板面板及橋臺材料均為C30混凝土，樁基材料為C25混凝土。設(shè)計荷載為汽-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0.3mm，且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢。
    為正確地研究橋面板裂縫產(chǎn)生的原因，必須對橋梁的設(shè)計、施工過程及使用環(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、動荷載過大或次應(yīng)力的產(chǎn)生
    在設(shè)計計算階段，計算模型不合理；設(shè)計斷面不足；結(jié)構(gòu)計算時部分荷載漏算；構(gòu)造處理不當(dāng)，鋼筋設(shè)置偏少或布置錯誤；設(shè)計圖紙交代不清等。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；不對結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動下的疲勞強(qiáng)度驗算等。在橋梁使用階段，超出設(shè)計載荷的重型車輛頻繁過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊等。以上幾種情況都會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)或振動嚴(yán)重部位。
    3.1.2  溫度變化頻繁或溫差過大
    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)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(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程中失去時，水泥漿體就會收縮，當(dāng)收縮受到限制產(chǎn)生收縮應(yīng)力時，就會產(chǎn)生裂縫?；炷潦湛s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，成龜裂狀，形狀沒有任何規(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
    在施工過程中，假如混凝土級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)場勘測情況
    對該小橋進(jìn)行詳細(xì)地勘測發(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。對橋臺臺帽及錐坡進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)有裂縫。
    現(xiàn)場交通量正常，但大型貨車較多，且時有超載的違章車輛通過。
    3.2.2  施工情況
    該小橋所使用的混凝土和鋼筋各項指標(biāo)均合格，水泥凝結(jié)試驗以及摻合料、水、細(xì)骨料的試驗結(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。