混凝土桥梁裂缝问题分析及预防措施

混凝土桥梁裂缝问题分析及预防措施

收稿日期:2009 02 02

作者简介:常红霞(1972 ),女,工程师,中铁十七局集团第二工程有限公司,陕西西安 710043

常红霞

摘 要:通过多年的现场观察,对混凝土桥梁常见裂缝产生的原因进行了分析,阐述了预防裂缝的措施,提出了裂缝修补

的方法,从而尽可能地避免混凝土裂缝的产生,确保桥梁施工质量。关键词:混凝土,桥梁,裂缝,防治措施,裂缝控制中图分类号:T U 755

文献标识码:A

混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而在今天,混凝土的裂缝较为普遍,在桥梁工程中裂缝几乎无所不在。尽管我们在施工中采取各种措施,小心谨慎,但裂缝仍然时有出现。究其原因,是我们对混凝土裂缝产生的机理认识不够,没有做到合理预防和修补裂缝的方法,通过多年的现场观察,查阅有关混凝土内部应力方面的专著,本文详细分析了混凝土桥梁裂缝产生的机理并给出了具体的防治措施。

1 混凝土桥梁产生裂缝的机理分析1.1 温度和湿度变化引起的裂缝

混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的1/10左右,短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.6~1.0) 10

-4

,长期加荷时

达到设计值。左、右洞掌子面间距不应小于35m,施工开挖循环进尺均应为钢拱架纵向设置间距。

施工方法步骤与 级围岩浅埋段相同。

2.3 !级围岩段

先行施工隧道推荐采用全断面法开挖,后行施工隧道推荐采用上下断面正台阶法施工,上、下台阶间距不应小于10m;先行施工隧道完成全断面开挖后,应给内侧长锚杆施加设计张拉应力30%~50%的预应力。后行施工隧道完成全断面开挖后,应使先行施工隧道预应力锚杆张拉应力达到设计值,并给后行施工隧道内侧长锚杆一次施加预应力达设计值;隧道左、右洞掌子面间距不应小于35m

。

施工方案说明:1)施工方案立面图中,阿拉伯数字代表开挖支护顺序;2)各掌子面间距如图2所示;3)隧洞开挖按1m~2m

为一循环进尺,初期支护边开挖边支护,二次衬砌应根据监控量测结果综合分析,适时施作,一般距掌子面不超过30m;施工应采用微震爆破,减少对两洞中间夹岩的扰动,防止预应力损失过大;4)施工过程中应严格遵循∀短进尺、少扰动、强支护、快加固、早成环、勤量测#的原则,控制最大临界振动速度v ∃15cm/s;5)隧道主洞设计开挖预留变形量5cm,施工过程中应根据围岩监控量测结果及时调整预留变形量;6)施工中应根据监控量测结果,及时调整开挖方式和修正支护参数,确保安全。

施工步骤说明:1)左洞全断面开挖,初期支护(初喷混凝土,打设锚杆,挂钢筋网,复喷混凝土);预应力锚杆张拉应力应达到设计要求的30%~50%;2)右洞上台阶开挖,初期支护(初喷混凝土,打设锚杆,挂钢筋网,复喷混凝土);3)右洞下台阶开挖,初期支护;预应力锚杆张拉应力应达到设计要求,左洞先前打设预应力锚杆完成设计要求的张拉应力;4)铺防水层(土工布、防水板),采用模板台车全断面一次施作二次衬砌。

3 结语

贵阳绕城高速公路第四合同段董家堰小净距隧道,通过以上

方法进行组织施工,在整个施工过程中,未发生过一次安全生产事故,并比合同工期提前半年竣工,取得了较好的经济效益和社会效益。

参考文献:

[1] 朱月贵,王 松.浅谈九曲小净距隧道的施工[J].山西建

筑,2008,34(11):335 336.

C onstruction technology of small distance tunnel

ZHANG Jian bing

Abstract:T hroug h general introduction of engineering g eolo gical conditio ns and surrounding ro ck mass classification the double hole syntropic tunneling method o f this tunnel is introduced.Pr actice show the org anizatio n and construction met hod of this tunnel is practicable,which r e ceive good economic and social benefits.

Key words:small distance tunnel,pr estressed anchor ,suppor t,constr uction method

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298%第35卷第14期2009年5月 山西建筑SHANXI ARCH IT ECTURE

Vol.35No.14M ay. 2009

1.2 荷载引起的裂缝

混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称为荷载裂缝,分为直接应力裂缝、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。如桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等,这难以用准确的图式进行计算,一般根据经验设置受力钢筋。研究表明,受力构件挖孔后,力流将产生绕射现象,在孔洞附近密集,产生巨大的应力集中。实际工程中,次应力是产生荷载裂缝的最常见原因。次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。在设计上,应注意避免结构突变(或断面突变),当不能回避时,应做局部处理,如转角处做圆角(倒角),同时加强构造配筋,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。

1.3 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)是发生混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和碳化收缩。

塑性收缩。混凝土浇筑后4h~5h左右,水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处,因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。

缩水收缩(干缩)。混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此,产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,致使表面混凝土承受拉力,产生收缩裂缝。

自生收缩。自生收缩是混凝土在硬化过程中,水泥与水发生水化反应,这种收缩与外界湿度无关,且可以是正的(即收缩,如普通硅酸盐水泥混凝土),也可以是负的(即膨胀,如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土)。

碳化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起收缩变形后,温度明显高于其他部位,温度梯度呈非线形分布。由于新建桥梁时,如分期修建的高速公路左右半幅桥梁,新建桥梁荷载或基础处理时引起地基土重新固结,均可能对原有桥梁基础造成较大沉降。

1.4 施工工艺引起的裂缝

在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理、施工质量低劣,容易产生纵向的、横向的、斜向的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因不同而不同,比较典型常见的有:1)混凝土保护层过厚或钢筋变形,使承受负弯矩的受力筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。2)混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,是导致钢筋锈蚀或其他荷载裂缝的起源点。3)混凝土浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝。4)混凝土搅拌、运输时间过长,使水分蒸发过多,引起混凝土坍落度过低,使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。5)混凝土初期养护时急剧干燥,使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。6)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。

2 预防混凝土桥梁裂缝的措施

1)要做好模板、支架及各支撑处基础和地基处理,确保其不发生沉降、移位。2)U形桥台要控制其填料的抗压强度,并作好台背的防水排水设施,防止填土过湿或排水不良,由于压实不足或冻胀产生裂缝。3)在尽可能的情况下,桥梁墩台(尤其高墩)混凝土应一气浇灌,不设施工缝。对墩身不可避免的施工缝要按技术规范要求,凿毛该混凝土表面,用水冲洗,在混凝土浇筑前,对水平缝铺一层2cm~3cm的1&2水泥砂浆,然后再继续浇筑混凝土。4)在混凝土初凝前,进行二次振捣。可有效消除因塑性沉降引起的内分层,改善骨料的界面结构,提高混凝土的强度。5)使用外加剂对减少混凝土开裂的作用是为保证混凝土工程质量,防止开裂,提高混凝土的耐久性,正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。6)混凝土的早期养护对减少混凝土表面裂缝的作用。实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是混凝土内部各部分由温度梯度造成的温度应力在混凝土表面形成裂缝。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。7)桥墩身的竖向裂缝预防,可从控制温度、改进设计和施工操作工艺、改善混凝土性能等方面入手,可减少水泥用量,降低混凝土的入模温度,如避开高温时段施工,对原材料降温处理;降低水泥水化热的温升,如选用低水化热的水泥减少水泥用量等,掺入优质粉煤灰;加快浇筑混凝土的散热,如使用钢模,分层浇筑混凝土,每层不大于30cm,并使温度分布均匀,在大体积混凝土中甚至还可预埋或利用一些管道孔通过冷水或冷风来降温。8)加强浇筑混凝土的表面保护。如表面应及时用草席、草袋覆盖,并洒水或蓄水养护。夏天延长养护时间,寒冷季节争取保温措施,保护混凝土表面,特别是薄壁结构,延长拆模时间可延缓降温,使混凝土中心与表面温度差减小,以防急剧降温。

3 结语

以上对混凝土桥梁裂缝之间的关系进行了详细的探讨,虽然混凝土裂缝的成因多种多样,但对于具体的预防和改善措施意见是有一定的规律的。在具体施工中,我们要多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以避免的。

参考文献:

[1] 张全新.商品混凝土结构裂缝产生原因及预防措施[J].建

筑科学,2006(4):4 6.

[2] 王铁龙.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版

社,2002.

[3] 李金明.桥梁混凝土裂缝的种类及成因[J].广东建材,2005

(11):37 38.

[4] 刘传江.混凝土空心板裂缝产生原因及防治措施[J].辽宁

交通科技,2005(12):24 25.

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第35卷第14期

2009年5月

常红霞:混凝土桥梁裂缝问题分析及预防措施

文章编号:1009 6825(2009)14 0300 02

小榄特大桥基础承台钢板桩围堰设计及施工

收稿日期:2009 01 04

作者简介:于天生(1966 ),男,工程师,中铁三局集团有限公司,山西太原 030001

于天生

摘 要:介绍了小榄特大桥基础承台钢板桩围堰的设计及施工技术,对钢板桩围堰施工进行了监测,提出了承台施工的

控制措施,通过小榄特大桥工程说明了采用钢板桩围堰不仅缩短了工期,而且保证了工程质量。关键词:承台,钢围堰,监测,施工技术中图分类号:U 445.556

文献标识码:A

1 工程概况

小榄水道特大桥是新建广州∋珠海城际轨道交通工程项目三大重点控制工程之一,跨越国家 级航道∋∋∋小榄水道,该水道与线路夹角为73.5(,水面宽300m,大部分河段水深在4.0m 以上,可通航1000t 级内河船,规划为)级航道,最高通航水位5.104m,最低通航水位0.0m,流速1.38m/s,通航净宽180m,通航净高18m,单孔双向通航。

广珠城际铁路小榄水道特大桥主桥为(100+220+100)m 的V 形墩连续刚构拱组合桥,196号和197号主墩位于小榄水道中。外侧斜腿与水平面的夹角为34.6(,宽10m;内侧斜腿与水平面的夹角为46.4(,宽13.8m;均采用单箱双室截面,高4m,采用C40混凝土。桥墩共12根 2.8m 钻孔桩基础,桩长70m,嵌岩深度达7m;承台尺寸17.6m 22.6m 6.0m,承台底面高程-4.413m 。

2 钢板桩围堰设计2.1 钢板桩围堰结构设计

根据小榄水道的地质条件,结合本桥承台的设计情况,采用钢板桩围堰施工承台。考虑到钢板桩围堰支撑围檩的宽度和将来浇筑承台施工空间的因素,平面布置围堰与承台边线的距离为1.5m,所以钢板桩围堰横桥向为25.6m,顺桥向为20.6m 。钢板桩围堰施工完成后,清理、整平基底至-4.713m 高程,下铺0.3m 混凝土垫层。

钢板桩采用18m 长的F SP !型钢板桩,用45kW 振动锤打入,打至-13m 高程。承台内撑采用角撑与对撑相结合的方案。内撑体系由三层组成:第一层采用2)32a 工字钢纵向对撑,第二层、三层采用530mm 7m 钢管纵向对撑,2)32a 工字钢为角部支撑。各层支撑的高程分别为:+2.0m,-0.2m,- 2.4m 。第一、二层围檩采用2)32a 工字钢组合围檩,第三层采用2)40a 组合围檩。

2.2 钢板桩围堰分析模型

设计计算的水位为2.0m,钢板桩内力变形计算以横向荷载作用下桩土共同作用的简化法,加虚拟拉力的全量方法模拟施工中加支撑的过程。支撑稳定性及强度计算按照弹性支座连续梁进行计算,由于 530mm 7mm 钢管为已使用过而在本工程中周转利用,从偏安全角度考虑,设计计算时其壁厚取6mm 。

2.3 钢围堰结构系统计算结果

钢围堰结构系统计算结果见表1。

3 钢板桩围堰施工3.1 钢板桩围堰施工准备

钢板桩运到工地后,先进行检查及整修。钢板桩有弯曲、破损、锁口不合的均应整修,按具体情况分别用冷弯、热敲、补焊、割除或接长等方法进行整修。钢板桩接长采用同类型钢板桩等强度焊接接长,焊接时先对焊或将接口补焊合缝,再焊加强板。

表1 钢围堰结构体系计算结果

项目名称196号最大值197号最大值设计值196号安全系数197号安全系数钢板桩弯矩/kN %m 116.9126.6255 2.2 2.0第一层第二层第三层水平支撑轴力/kN

138.60131288620.822.0204.60343.5212310.4 6.2445.103502123 4.8 6.1第一层纯弯第二层纯弯第三层纯弯第一层压弯第二层压弯第三层压弯

围檩应力/MP a 33.6631.9215 6.4 6.749.7080.2215 4.3 2.774.56.8215 2.9 3.858.6755.8215 3.7 3.986.66149.6215 2.1 1.486.11

90.3

215

2.5

2.4

3.2 钢板桩插打施工工艺

1)钢板桩插打方法:采用边插打、边纠偏,直至合龙。2)钢板桩插打次序:196号采用从下游面,197号采用从上游面分别向两侧开始插打,合龙口的位置选择在靠栈桥一侧,在平潮水位时合龙,保证了其垂直准确。3)钢板桩插打过程控制:插打时先设置好可靠的导向设备,再将钢板桩逐根插打到设计高程。

3.3 围堰合龙

1)合龙时,开始测量并计算出钢板桩底部的直线距离,再根据钢板桩的宽度,计算出所需钢板桩的片数,按此确定钢板桩的下

[5] GB 50010 2002,混凝土结构设计规范[S].

[6] 路 明.混凝土桥梁裂缝产生的原因及预防控制措施[J].

山西建筑,2007,33(4):327 328.

Analysis and prevention measures on cracks in concrete bridge

C HANG Hong xia

Abstract:T he paper analyzes reasons for cracks in the concrete bridge after long perio d inspection in job site,it states measur ement fo r pr e venting the cracks and proposes methods for repairing the cracks,so as to prev ent the cracks and ensure quality of bridge.Key words:concrete,bridg e,cr ack,pr evention measur es,crack controlling

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300%第35卷第14期2009年5月 山西建筑SHANXI ARCH IT ECTURE

Vol.35No.14M ay. 2009