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桥梁基础大体积混凝土裂缝种类和成因分析

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2017/7/24     浏览次数:    

  在世界金融危机日趋严峻、我国经济遭受冲击日益显现的背景下,中国宏观调控政策作出了重大调整,将实行积极的财政政策和适度宽松的货币政策,并在今后两年多时间内安排4万亿元资金强力拉动内需,促进经济稳定增长,而铁路建设成为拉动内需的火车头。

  本文将以铁路桥梁作为研究主题,重点探讨墩身大体积混凝土表面裂缝问题。

  基础工程是建、构筑物的第一环节,但现在有不少已建、在建工程的基础存在着不同程度的沉降及开裂现象,这对建、构筑物的安全造成了直接影响,存在极大的安全隐患。特别是对于桥梁基础工程. 作为“生命线工程”.桥梁基础工程的开裂及沉降给人类社会发展屡屡带来巨大损失,是人类面临的严重的非自然灾害。

  混凝土桥梁基础裂缝的成因复杂而繁多.甚至有多种因素相互影响.但每一条裂缝均有其产生的原因。混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状,并且耐火性好、不易风化、养护费用低,成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。混凝土的缺点是:抗位移能力差,容易开裂。虽然混凝土裂缝不可避免,但其有害程度可以控制。在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下, 目前一些混凝土桥梁不断产生裂缝而且已扩展. 引起混凝土炭化、保护层剥落、钢筋腐蚀,使混凝土的强度和刚度削弱,耐久性降低,危害了结构的正常使用,因此必须对此加以控制。

  1 荷载引起的裂缝

  混凝土桥梁在静、动荷载及次应力作用下产生的裂缝称为荷载裂缝,主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝;次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生的裂缝。混凝土桥梁在静、动荷载及次应力作用下产生裂缝的原因主要有以下几点。

  1.1 设计阶段

  设计阶段引起裂缝的因素有:结构受力假设与实际受力不符:结构安全系数不够:结构设计时不考虑施工的可行性:钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足等。

  在设计外荷载作用下。由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑。从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。例如两铰拱桥在拱脚设计时常采用布置“X”形钢筋, 同时采用削减该处断面尺寸的办法设计铰,理论计算该处不会存在弯矩,但实际上该铰仍然能够抗弯,以至出现裂缝而导致钢筋锈蚀。

  1.2 施工阶段

  施工场地随便堆放施工机具、材料:不了解预制结构受力特点,随意翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸施工,擅自更改结构施工顺序。改变结构受力模式:不对结构作机器振动下的疲劳强度验算等,这些都是导致裂缝产生的原因。

  2 温度变化引起的裂缝

  混凝土具有热胀冷缩特性.当外部环境或结构内部温度发生变化时混凝土将发生变形,若变形遭到约束.则将在结构内产生应力,当应力超过混凝土抗拉强度时即会产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中.温度应力可以达到甚至超出荷载应力。温度裂缝区别于其他裂缝最主要的特性是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化的主要因素如下。

  2.1 温差

  一年中四季温度不断变化,但变化相对缓慢,对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移,一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造来解决。

  2.2 日照

  桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后.温度明显高于其他部位,温度梯度呈非线性分布。由于受到自身的约束作用,导致局部拉应力较大,出现裂缝。日照和骤然降温是导致结构温度裂缝的常见原因。

  2_3 降温

  突降大雨、冷空气侵袭、日落等均可能导致结构外表面温度突然下降,但因内部温度变化相对缓慢而产生温度梯度。

  2.4 水化热

  在施工过程中,大体积混凝土(厚度超过2.Om)浇筑之后由于水泥水化放热.致使内部温度很高,内外温差太大,表面出现裂缝。施工中应根据实际情况,尽量选择水化热低的水泥、限制水泥用量、减少骨料人模温度、降低内外温差,并缓慢降温,必要时可采用循环冷却系统进行内部散热,或采用薄层连续浇筑以加快散热,甚至有些大体积混凝土工程在浇筑期间,采取加入冰棒的方式降温。

  3 混凝土收缩引起的裂缝

  在实际工程中.混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中。塑性收缩和缩水收缩(干缩)是混凝土体积变形的主要原因。另外还有自生收缩和炭化收缩。混凝土收缩裂缝大部分属表面裂缝,裂缝宽度较细,且纵横交错,呈龟裂状,形状没有任何规律。

  影响混凝土收缩裂缝的主要因素如下。

  3.1 水泥品种、标号及用量

  矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高,而普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大,则混凝土收缩越大.且发生收缩的时间越长。

  3.2 骨料品种

  骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小, 收缩性较低;而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大,收缩性较高。另外,骨料粒径越大收缩则越小,含水量越大收缩则越大。

  3-3 水灰比

  用水量越大,水灰比越高,则混凝土收缩越大。

  3.4 外掺剂

  外掺剂保水性越好,则混凝土收缩越小。

  3.5 养护方法

  良好的养护可加速混凝土的水化反应,获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长,则混凝土收缩越小。

  3.6 外界环境

  大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大,则混凝土水分蒸发得快,导致混凝土很快收缩。

  4 地基基础变形引起的裂缝

  由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,结构中产生附加应力.超出}昆凝土结构的抗拉能力,导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有:地质勘察精度不够、试验资料不准:地基地质差异太大;结构荷载差异太大:结构基础类型差别太大:地面冻胀;桥梁基础处于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质带,可能造成不均匀沉降。

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