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鐵路橋梁墩臺裂縫成因及預防處理措施

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人氣:-發表時間:2015-03-12 11:03【

近幾年,鐵路建設尤其高速鐵路建設規模蓬勃發展,工程項目舉國推進,由于高鐵技術要求,橋梁在土建工程中比例越來越高,在橋梁墩臺施工后還沒有架梁鋪架時,由于多種因素,在不同齡期很多墩臺混凝土出現了裂縫,裂縫數量或多或少,走向變化多樣,裂縫幾何尺寸也不盡相同,成了鐵路橋梁墩臺混凝土質量通病。裂縫的存在均可能不同程度降低混凝土的結構承載能力或耐久性,因此要對裂縫有所認識,查明分析其成因,掌握其發展規律,采取有效控制措施預防并對既有裂縫進行處理,才能保證工程質量。


1.鐵路橋墩混凝土裂縫的一般形式


產生裂縫的原因復雜繁多,由于材料、施工、環境、養護等不同因素均可能產生走向、寬度、深度、程度各異的裂縫。常見以豎向裂縫居多,自承臺向墩身發展,寬度和深度逐漸減小,長度不一,且墩身兩側多數對稱存在;還有一些斜向、橫向或無規則走向裂縫。


以下是目前鐵路橋梁墩臺典型裂縫的圖片(圖中用線條表示裂縫的走向)。



自編1#墩身前后兩側表觀均有1條裂縫,裂縫寬度在0.15~ 0.05mm之間,墩身小里程側裂縫自右下角向左上角連續分布,大里程側也裂縫在相應位置布置。裂縫最深為78mm。


自編2#墩身前后兩側表觀均有2條裂縫,裂縫自墩身底部向上垂直發展,呈倒“八”字,寬度在0.20~0.05mm之間,小里程側側和大里程側的裂縫分布位置大致相同。裂縫深度最大為65mm。


自編3#墩身前后兩側表觀均有1條裂縫,裂縫自墩身底部向上垂直發展,基本貫通整個墩身表面,呈“1”字,寬度在0.20~0.05mm之間,兩側的裂縫分布位置大致相同。裂縫深度最大為99mm,檢測未發現在整個混凝土墩身斷面中貫通。


自編4#墩身前后兩側表觀均有1條裂縫,裂縫在墩身中部基本呈水平布置,基本分布整個墩身表面,呈“一”字,寬度在0.15~0.05mm之間。兩側裂縫分布位置大致相同。裂縫深度最大為76mm。未發現裂縫在整個混凝土斷面中貫通。

自編5#墩身前后兩側表觀均有1條豎向裂縫,裂縫自墩身底部向上垂直發展,表觀未貫通整個墩身表面,呈“1”字,寬度均在0.20~0.05mm之間。兩側的裂縫分布位置大致相同。在裂縫較寬位置選取二處采用單面平測法進行深度檢測,測得裂縫最深為171mm。

自編6#墩身側面存在無規則走向裂縫,裂縫寬度在0.12~0.05mm之間,最大深度為48mm。

2.鐵路橋墩混凝土產生裂縫的原因


鐵路橋梁墩身產生裂縫的原因收各類因素影響有很多,可能由于某種因素造成,也可能由于數種因素綜合作用而產生。總的來說,產生裂縫的主要原因有以下幾個:


2.1溫度變化產生裂縫


由于混凝土內部溫度和表面溫度存在差異,造成較大溫差,尤其對于墩身大體積混凝土來講更為嚴重,造成內部與外部熱脹冷縮的程度不一,使混凝土內部產生壓應力,而混凝土表面產生一定的拉應力,當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時,混凝土表面便產生了裂縫。


水化熱、驟然降溫、蒸汽養護或冬季施工措施不當都可能引起溫度變化。


2.2混凝土的收縮產生裂縫


混凝土在不受外力作用下,由于收縮的自發變形而產生拉應力,造成混凝土開裂產生裂縫。引起混凝土開裂的收縮類型主要有塑性收縮、干縮兩種。


高鐵工程使用的高性能混凝土對混凝土的承載力和耐久性提出更高要求,水泥品種、標號、水泥用量、骨料品種、水灰比、外加劑等施工材料、施工工藝、外界環境和養護方法等這些都是產生收縮變形的主要因素。


2.3施工工藝質量低劣產生裂縫


在混凝土澆筑制作過程中,由于施工工藝違規操作、施工質量較低,造成裂縫產生。主要有以下幾個方面:模板剛度不足,安裝存在缺陷造成變形;混凝土塌落度不合理;混凝土澆筑工藝不符合規定不合理;混凝土過搗或欠振;混凝土沒有連續澆注,間隔時間超過混凝土初凝時間,新舊混凝土界面處理不當,造成施工接縫。


2.4混凝土養護不當產生裂縫


由于混凝土養護未按照有關技術規定,養護部到位也是造成裂縫產生的主要原因。主要有以下幾個方面:拆模過早;拆模后措施不當造成混凝土受凍或表面急劇失水干燥,或未采取措施使混凝土表面溫度和周圍環境溫度相差較大等。


2.5其他原因


除了上述原因是造成混凝土產生裂縫的主要原因外,也可能由于地基變形、鋼筋銹漲、外力荷載等因素造成。甚至可能由于數種原因同時作用而造成混凝土開裂。

3.鐵路橋墩混凝土裂縫的控制與預防措施


要有效控制和預防混凝土裂縫的產生,要從設計、施工和養護三個方面進行,主要從以下幾個方面著手:


3.1優化混凝土配合比的設計


要根據現場施工環境、材料的實際情況優化配合比。隨著季節變化,可以設計夏期和非夏期配合比,同時要注意混凝土材料性能的變化等因素合理調整配合比。


3.2合理選用材料


盡量使用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥和火山灰水泥。采用低砂率、低塌落度、低水膠比和摻加高效減水劑和高性能引氣劑,提高粉煤灰用量的設計原則,以求生產出高質量的抗裂混凝土。


3.3嚴格控制混凝土塌落度


在保證混凝土具有良好工作性的情況下,應盡可能地降低混凝土的單位用水量。


3.4采取措施調整混凝土下料溫度


根據環境溫度采取措施,盡量控制混凝土下料溫度相對接近,減少溫差。


3.5按照規定進行混凝土澆筑


對于大體積混凝土,尤其要控制好現場澆注施工工藝,根據澆筑面積確定灌注導管數量,澆注方向和分層厚度,并做好混凝土振搗,避免過振或欠振。


3.6避免過早拆模,避免大風天氣拆模,拆模后采用包裹措施圍閉橋梁墩身。


3.7合理養護,澆水養護時,控制水溫,避免直接沖淋混凝土表面,避免驟然降溫。


3.8盡量縮短墩臺和墩身澆筑時間間隔


4.鐵路橋墩混凝土裂縫的處理


混凝土裂縫的存在均可能不同程度地影響混凝土的結構受力或耐久性,受環境和荷載作用,裂縫可能有所發展,對混凝土結構質量產生更大危害和威脅。因此要根據裂縫病害程度進行抹漿封閉、壓力注漿甚至注漿加固等方案處理。同時對于典型裂縫要建立觀測檔案,了解裂縫的發展動態,以便及時采取適當措施治理裂縫病害。


5.結語


裂縫是混凝土工程的常見通病,防止鐵路墩臺混凝土裂縫是一項復雜的系統工程,產生裂縫的原因很多,工程情況不盡相同,但只要我們在設計、施工、養護等環節嚴格按照規定嚴格把關執行,并根據實際情況優化有關參數工藝,還是可以防止甚至杜絕裂縫的產生的。


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