论文部分内容阅读
【摘 要】 现代化的城市发展进程的加快，使得我国的桥梁项目不断的增加，这些桥梁项目不仅可以有效的推动城市的基础设施的完善，还能够便利交通出行，增加经济效益。但是，一旦桥梁出现各种问题导致的病害，就会给车辆和行人的安全和财产造成威胁。近些年，由于桥梁的裂缝导致的安全事故频繁的发生，严重的影响了桥梁的运行安全性，所以有关部门在桥梁的施工过程中，应该加强对桥梁裂缝产生原因的分析，并根据实际的工程情况进行有针对性的控制和管理，实现对桥梁的加固。
【关键词】 桥梁；裂缝；产生；原因；加固；方法
一、裂缝分类
裂缝可以分为两类：1、由静荷载和动荷载的应力（包括次应力）所引起的裂缝，属于受力性裂缝，也称为结构性裂缝，主要是由于结构承载力不够引起，是强度不足的征兆，潜藏着结构的危险性。2、由于变形引起的裂缝，属于非受力性裂缝，也称非结构性裂缝，主要是由于结构构件内部自身应力形成。据国内外的调查资料，工程实践中结构物的裂缝原因，属于变形（温度、收缩、不均匀沉陷）引起的约占80%以上；属于荷载引起的约占20%左右。
二、裂缝产生的原因
（一）原材料的影响：
混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂按一定比例配合组成。混凝土所采用材料的质量不合格，可能导致结构出现裂缝。
1、粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。砂石含泥量超过规定，不仅降低混凝土的强度和抗渗性，还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。
2、拌和用水及外加剂拌和用水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。
3、水泥品种原因，水泥等级及混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。
（二）混凝土化学反应的影响：
1、混凝土的收缩，混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
2、水泥水化热的影响。水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m3～550Kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17500KJ～27500KJ的热量，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
（三）温度及外部环境的影响：
混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。引起温度变化主要因素有：
1、日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。
2、外界气温的变化对混凝土裂缝的产生有很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。
3、水化热。大体积混凝土（厚度超过2.0米）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，致使表面出现裂缝。
4、预制T梁之间横隔板安装时，支座预埋钢板与调平钢板焊接时，若焊接措施不当，铁件附近混凝土容易烧伤开裂。采用电热张拉法张拉预应力构件时，预应力钢材温度可升高至350℃，混凝土构件也容易开裂。
（四）施工的影响：
1、混凝土施工过分振捣，模板、垫层过于干燥，易形成凝缩裂缝。
2、混凝土浇捣后，过分抹干压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面，形成含水量很大的水泥浆层，水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙，引起表面体积碳水化收缩，导致混凝土板表面龟裂。
3、钢筋锈蚀引起的裂缝。
4、混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。
（五）地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，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构构件产生裂缝。
（六）收缩原因
收缩是裂缝产生的主要因素之一。引起混凝土体积变形的重要收缩种类是塑性收缩与缩水收缩。塑性收缩出现在混凝土浇筑施工过程中，水泥在水化的时候，由于其反应比较激烈，导致水分加速蒸发，混凝土因为失水严重，开始出现收缩的现象，此时因为自重，骨料也开始下沉。因为这时候的混凝土還比较软，所以叫做塑性收缩。塑性收缩可以爆发约1%量级，因为钢筋的横加阻拦，骨料在慢慢沉下的过程中，会顺着钢筋的方向产生裂缝。缩水收缩，主要指混凝土整体体积的缩小。混凝土凝结后，会由软变硬，其表层的水分会慢慢蒸发，湿度也降低了不少，其整体体积自然缩小很多，这就叫缩水收缩。
（七）钢筋锈蚀原因
钢筋锈蚀是引起裂缝的原因之一，质量是混凝土的核心，当保护层达不到规定的厚度时，其会因为二氧化碳等物体的侵蚀而损伤，钢筋也会因此而外露，其附近混凝土的碱度也会慢慢降低，又由于侵入一些氯化物，钢筋附近所含的氯离子量增多，钢筋表面的氧化膜因此遭受破坏，极易出现锈蚀的现象，锈蚀过程中所释放的氧化铁，其体积增大了二倍，这样极易爆发一种对附近混凝土的膨胀应力，当钢筋的方向上出现裂缝，并且其锈迹已经渗到混凝土的表面上，此时混凝土开始出现开裂或者剥离现象。 三、桥梁混凝土裂缝的施工防治措施
（一）對材料的控制
材料对于工程的质量有着非同一般的意义，无论多先进的施工技术，一旦材料出问题，那么后果就无法挽回。施工工艺是保证混凝土构件质量的关键、除施工操作应严格按照施工技术规范的有关规定进行外，对原材料（钢筋、水泥、砂、碎石、水等）都应进行严格的抽样检验。对混凝土配合比应进行对比试验，在高温或雨后施工对砂、碎石应进行含水量实验，及时调整施工配合比，确保混凝土的施工质量。
（二）对温度的控制
对于温度控制，给出以下的建议：改善骨料级配，采用干硬性混凝土、加添加剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；拌和混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；规定合理拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧温度变化；施工中长期暴露的混凝土浇筑体表面或薄壁结构，在寒冷季节采用保温等措施。合理分缝分块，避免基础过大起伏；合理安排施工工序，避免过大高差和侧面长期暴露。另外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，防止表面干缩。特别是保证混凝土质量对防止裂缝十分重要。应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的。因此施工中应以预防其贯穿性裂缝的发生为主。
（三）非结构性裂缝防止措施
防止塑性沉降裂缝的措施有基础处理、支架搭设进行科学设计、严格施工，对支架进行全面预压以消除非弹性变形；硅中加减水剂减少硅泌水，确保混凝土保护层厚度、混凝土施工时进行二次抹面。防止塑性收缩裂缝的措施有：加强早期混凝土养护以降低混凝土中水分蒸发速率，方法是结构外露面覆盖麻袋、海绵等浇水湿润养护。防止温差裂缝的措施有合理安排浇筑顺序及浇筑速度，在混凝土浇注过程中消除部分温差。夏季施工时骨料要洒水降温，冬季施工时混凝土表面应覆盖保温。防止干缩裂缝的措施有设计时布设足够的控制裂缝的分布筋，施工配合比设计时减小水灰比，尽量增加骨料用量、在骨料级配许可的情况下尽量增大骨料粒径，施工完成后加强混凝土的湿润养护。防止龟裂的措施有配合比设计时水泥用量不宜过多，振捣要密实而不过振，混凝土表面泌水及浮浆要及时清除并注意及时养护。
（四）对设计的控制
在设计中一定要注意约束状态下的结构和自由变形状态下的结构，也就是常说的“抗”与“放”。所谓“抗”就是处于约束状态下的结构，没有足够的变形余地时，为止裂缝所采取的有力措施。“放”就是结构完全处于自由变形无约束状态下，有足够变形余地时所采取的措施。设计人员应灵活地运用“抗一放”结合、或以“抗”为主、或以“放”主的设计原则，来选择结构方案和使用的材料。设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。如因结构或造型方面原因等不能回避时，应做局部处理，如在转角处做圆角，突变处应加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋，对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。积极采取补偿混凝土技术。在常见混凝土裂缝中，有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。要解决由于收缩而产生的裂缝，可在混凝土中靠掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩，事实证明，效果是很好的。对于大体积混凝土，建议在设计中考虑采用60天龄期混凝土，以减少混凝土单方用灰量，并积极采用各类行之有效的混凝土掺合料。
（五）、施工过程的控制：
（1）加强钢筋施工质量控制，钢筋间距应均匀，合理布置钢筋接头位置，保护层采用统一垫块，垫块位置、间距应合理，并有效固定，应根据负筋直径设置足够的钢筋马蹬，以防止负筋踩下不能上提复位。
（2）在浇筑立柱、箱梁顶腹板、桥面铺装混凝土前，在侧模、顶板等一切可能做标记的位置标出标高点，以确保混凝土截面高度及平整度。
（3）浇筑混凝土前，应对支架、模板、钢筋、预埋件认真进行检查，符合设计要求后方可浇筑。同时应检查混凝土的均匀性和坍落度。浇筑混凝土期间，应设专人检查支架、模板、钢筋等稳固情况，当发现有松动、变形、移位时，应及时处理。
结束语
综上所述，桥梁施工裂缝出现的原因很多，但总体上主要有材料问题、施工技术问题、施工细节问题、环境因素、负载问题等几个方面。虽然，现在桥梁施工技术进步很大，但并不能够解决所有问题。要从根本上解决裂缝问题，必须从设计阶段就开始注意，提高员工质量意识，确保施工质量。
参考文献：
[1]翟品良.水泥混凝土路面施工控制[J].中国新技术新产品，2011（14）.
[2]吴本银.水泥混凝土路面裂缝或断裂产生原因与防治措施[J].城市道桥与防洪，2008（01）.
【关键词】 桥梁；裂缝；产生；原因；加固；方法
一、裂缝分类
裂缝可以分为两类：1、由静荷载和动荷载的应力（包括次应力）所引起的裂缝，属于受力性裂缝，也称为结构性裂缝，主要是由于结构承载力不够引起，是强度不足的征兆，潜藏着结构的危险性。2、由于变形引起的裂缝，属于非受力性裂缝，也称非结构性裂缝，主要是由于结构构件内部自身应力形成。据国内外的调查资料，工程实践中结构物的裂缝原因，属于变形（温度、收缩、不均匀沉陷）引起的约占80%以上；属于荷载引起的约占20%左右。
二、裂缝产生的原因
（一）原材料的影响：
混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂按一定比例配合组成。混凝土所采用材料的质量不合格，可能导致结构出现裂缝。
1、粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。砂石含泥量超过规定，不仅降低混凝土的强度和抗渗性，还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。
2、拌和用水及外加剂拌和用水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。
3、水泥品种原因，水泥等级及混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。
（二）混凝土化学反应的影响：
1、混凝土的收缩，混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
2、水泥水化热的影响。水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m3～550Kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17500KJ～27500KJ的热量，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
（三）温度及外部环境的影响：
混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。引起温度变化主要因素有：
1、日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。
2、外界气温的变化对混凝土裂缝的产生有很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。
3、水化热。大体积混凝土（厚度超过2.0米）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，致使表面出现裂缝。
4、预制T梁之间横隔板安装时，支座预埋钢板与调平钢板焊接时，若焊接措施不当，铁件附近混凝土容易烧伤开裂。采用电热张拉法张拉预应力构件时，预应力钢材温度可升高至350℃，混凝土构件也容易开裂。
（四）施工的影响：
1、混凝土施工过分振捣，模板、垫层过于干燥，易形成凝缩裂缝。
2、混凝土浇捣后，过分抹干压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面，形成含水量很大的水泥浆层，水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙，引起表面体积碳水化收缩，导致混凝土板表面龟裂。
3、钢筋锈蚀引起的裂缝。
4、混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。
（五）地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，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构构件产生裂缝。
（六）收缩原因
收缩是裂缝产生的主要因素之一。引起混凝土体积变形的重要收缩种类是塑性收缩与缩水收缩。塑性收缩出现在混凝土浇筑施工过程中，水泥在水化的时候，由于其反应比较激烈，导致水分加速蒸发，混凝土因为失水严重，开始出现收缩的现象，此时因为自重，骨料也开始下沉。因为这时候的混凝土還比较软，所以叫做塑性收缩。塑性收缩可以爆发约1%量级，因为钢筋的横加阻拦，骨料在慢慢沉下的过程中，会顺着钢筋的方向产生裂缝。缩水收缩，主要指混凝土整体体积的缩小。混凝土凝结后，会由软变硬，其表层的水分会慢慢蒸发，湿度也降低了不少，其整体体积自然缩小很多，这就叫缩水收缩。
（七）钢筋锈蚀原因
钢筋锈蚀是引起裂缝的原因之一，质量是混凝土的核心，当保护层达不到规定的厚度时，其会因为二氧化碳等物体的侵蚀而损伤，钢筋也会因此而外露，其附近混凝土的碱度也会慢慢降低，又由于侵入一些氯化物，钢筋附近所含的氯离子量增多，钢筋表面的氧化膜因此遭受破坏，极易出现锈蚀的现象，锈蚀过程中所释放的氧化铁，其体积增大了二倍，这样极易爆发一种对附近混凝土的膨胀应力，当钢筋的方向上出现裂缝，并且其锈迹已经渗到混凝土的表面上，此时混凝土开始出现开裂或者剥离现象。 三、桥梁混凝土裂缝的施工防治措施
（一）對材料的控制
材料对于工程的质量有着非同一般的意义，无论多先进的施工技术，一旦材料出问题，那么后果就无法挽回。施工工艺是保证混凝土构件质量的关键、除施工操作应严格按照施工技术规范的有关规定进行外，对原材料（钢筋、水泥、砂、碎石、水等）都应进行严格的抽样检验。对混凝土配合比应进行对比试验，在高温或雨后施工对砂、碎石应进行含水量实验，及时调整施工配合比，确保混凝土的施工质量。
（二）对温度的控制
对于温度控制，给出以下的建议：改善骨料级配，采用干硬性混凝土、加添加剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；拌和混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；规定合理拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧温度变化；施工中长期暴露的混凝土浇筑体表面或薄壁结构，在寒冷季节采用保温等措施。合理分缝分块，避免基础过大起伏；合理安排施工工序，避免过大高差和侧面长期暴露。另外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，防止表面干缩。特别是保证混凝土质量对防止裂缝十分重要。应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的。因此施工中应以预防其贯穿性裂缝的发生为主。
（三）非结构性裂缝防止措施
防止塑性沉降裂缝的措施有基础处理、支架搭设进行科学设计、严格施工，对支架进行全面预压以消除非弹性变形；硅中加减水剂减少硅泌水，确保混凝土保护层厚度、混凝土施工时进行二次抹面。防止塑性收缩裂缝的措施有：加强早期混凝土养护以降低混凝土中水分蒸发速率，方法是结构外露面覆盖麻袋、海绵等浇水湿润养护。防止温差裂缝的措施有合理安排浇筑顺序及浇筑速度，在混凝土浇注过程中消除部分温差。夏季施工时骨料要洒水降温，冬季施工时混凝土表面应覆盖保温。防止干缩裂缝的措施有设计时布设足够的控制裂缝的分布筋，施工配合比设计时减小水灰比，尽量增加骨料用量、在骨料级配许可的情况下尽量增大骨料粒径，施工完成后加强混凝土的湿润养护。防止龟裂的措施有配合比设计时水泥用量不宜过多，振捣要密实而不过振，混凝土表面泌水及浮浆要及时清除并注意及时养护。
（四）对设计的控制
在设计中一定要注意约束状态下的结构和自由变形状态下的结构，也就是常说的“抗”与“放”。所谓“抗”就是处于约束状态下的结构，没有足够的变形余地时，为止裂缝所采取的有力措施。“放”就是结构完全处于自由变形无约束状态下，有足够变形余地时所采取的措施。设计人员应灵活地运用“抗一放”结合、或以“抗”为主、或以“放”主的设计原则，来选择结构方案和使用的材料。设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。如因结构或造型方面原因等不能回避时，应做局部处理，如在转角处做圆角，突变处应加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋，对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。积极采取补偿混凝土技术。在常见混凝土裂缝中，有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。要解决由于收缩而产生的裂缝，可在混凝土中靠掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩，事实证明，效果是很好的。对于大体积混凝土，建议在设计中考虑采用60天龄期混凝土，以减少混凝土单方用灰量，并积极采用各类行之有效的混凝土掺合料。
（五）、施工过程的控制：
（1）加强钢筋施工质量控制，钢筋间距应均匀，合理布置钢筋接头位置，保护层采用统一垫块，垫块位置、间距应合理，并有效固定，应根据负筋直径设置足够的钢筋马蹬，以防止负筋踩下不能上提复位。
（2）在浇筑立柱、箱梁顶腹板、桥面铺装混凝土前，在侧模、顶板等一切可能做标记的位置标出标高点，以确保混凝土截面高度及平整度。
（3）浇筑混凝土前，应对支架、模板、钢筋、预埋件认真进行检查，符合设计要求后方可浇筑。同时应检查混凝土的均匀性和坍落度。浇筑混凝土期间，应设专人检查支架、模板、钢筋等稳固情况，当发现有松动、变形、移位时，应及时处理。
结束语
综上所述，桥梁施工裂缝出现的原因很多，但总体上主要有材料问题、施工技术问题、施工细节问题、环境因素、负载问题等几个方面。虽然，现在桥梁施工技术进步很大，但并不能够解决所有问题。要从根本上解决裂缝问题，必须从设计阶段就开始注意，提高员工质量意识，确保施工质量。
参考文献：
[1]翟品良.水泥混凝土路面施工控制[J].中国新技术新产品，2011（14）.
[2]吴本银.水泥混凝土路面裂缝或断裂产生原因与防治措施[J].城市道桥与防洪，2008（01）.