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摘 要:公路桥梁建造费用较高,是工程界重点关注对象。公路桥梁在施工和投入使用中难免出现一定的裂缝。施工裂缝的成因主要包括人为因素和自然因素。本文对施工裂缝产生的成因进行了系统分析,对需要注意的问题进行了说明,提出了相应的公路桥梁维护管理建议。
关键词:公路桥梁;施工裂缝;应力荷载
在公路桥梁施工前期、施工过程中,以及开始营运后,都会出现裂缝,施工裂缝的存在有人为因素,也有不可抗拒的自然因素。公路桥梁施工过程中一般都使用钢筋混凝土材料,混凝土一般容易开裂,没有纹状裂痕的混凝土几乎不存在,如何减小这种裂痕,是一项技术难题。
一、公路桥梁施工裂缝成因分析
对公路桥梁施工裂缝分类有几种不同的方法。最为常见的是从安全角度对裂缝进行分类,一类为正常的工作裂缝,是只在施工过程中由于不可抗拒因素导致,对公路桥梁的安全性影响较小,一类为非正常裂缝,对桥梁安全影响较大。从结构力学角度,公路桥梁施工裂缝分为集中荷载引起的裂缝、局部伸缩引起的裂缝、剪切应力引起的裂缝、局部荷载引起的裂缝等等。此外,还有根据施工工期的不同而划定的施工裂缝,如在施工设计时由于设计考虑不合理而导致的裂缝、在施工过程中各种人为因素和自然因素,或者二者交织产生的施工裂缝,在公路桥梁开始营运后产生的裂缝。
(一)荷载引起的施工裂缝
在所有施工裂缝产生的原因中,荷载引起的裂缝最主要的,也是工程界最为关注的问题。荷载一般分为永久荷载(恒载)、可变荷载以及偶然荷载。永久荷载是指作用在公路桥梁上的变化量或均值变化可以忽略不计的荷载,一般指结构物自身的重力,上部结构的恒载支撑力等等;可变荷载与永久荷载是相对的概念,指在作用在公路桥梁上的变化量或均值变化很大的荷载,包括公路桥梁上车辆荷载、群荷载,特别是桥梁共振产生的裂缝需重点关注;偶然荷载指在公路桥梁使用过程中不一定出现的荷载,比如地震产生的荷载,还有大型船只对桥梁的侧向撞击荷载等。荷载引起的施工裂缝又分为直应力裂缝和次应力裂缝。
(1)直接应力裂缝。直接应力施工裂缝产生的原因分为人为因素和自然因素两个方面。人为因素一般指在公路桥梁设计过程中,在进行应力计算时出现有很大荷载的遗漏计算或者重复计算,所选取的桥梁模型与实际情况不符合;在施工过程中混凝土水灰比计算不合理,钢筋的布置出现失误等等。随着施工的日益标准化,施工前期的审查日益严格,这种由于人为因素引起的施工裂缝是完全可以避免的。自然因素也称为不可抗拒因素,主要是来自于车辆的超载运输以及地震等对公路桥梁造成的裂缝。一般来说,公路桥梁在设计时对允许通过的车辆最大荷载的标准进行了确定,在桥梁使用过程中,车辆重量超过这个标准值,对公路桥梁的破坏程度较大。地震引起的公路桥梁破坏程度与地震强度成正比。在设计和施工过程中都是需要考虑上述影响,以保证公路桥梁的使用寿命。
(2)次应力所产生的裂缝。剪切、拉缩、弯曲等都属于次应力的范畴,次应力一般在常规计算中不予考虑。次应力引起裂缝的原因主要是设计时次应力的计算与实际工作中应力存在较大偏差。施工过程中考虑引起裂缝的因素很多,在设计时都难以全面兼顾,所以施工裂缝的产生很难避免。
(二)温度裂缝
由于混凝土自身的特殊机理,对于温度变化的反应较大。当外部温度变化较大,或者公路桥梁内部的温度变化较大时,混凝土的具有热胀冷缩性,能在结构内部将产生一定应力,最后导致施工裂缝。尽管由温度变化所引起的施工裂缝会因为温度的不同而呈现张大或缩小的趋势,但是对公路桥梁的破坏不可忽略。从温度变化的因素来看,年温差变化对公路桥梁产生的影响较小,在设计时一般对公路桥梁所在区域的气温变化范围都予以了充分考虑,温度日变化对公路桥梁的裂缝产生影响较大,当温度骤然升高或者降低时,混凝土结构内部由于应力变化,进而产生温度裂缝。最后,在施工过程,由于混凝土的水化热性能,在公路桥梁施工过程中因为温度的急剧变化而产生一定的裂缝,这种裂缝在施工过程极为常见,应予以高度重视。
(三)收缩裂缝产生的原因
公路桥梁收缩裂缝从表象来看都属于结构体表面裂缝,裂缝宽度不大,裂缝形状没有规律。引起收缩裂缝产生的原因只要包括两个方面:一是由于材料引起,包括混凝土的水泥品种,水灰比的计算,还有骨料的放入情况等等。在实际施工过程中,根据不同的用途合理选择水泥品种、骨料十分关键。二是在施工过程中,没有注意混凝土的养护和搅拌技术,应该参照国家制定标准对混凝土进行养护,严格把握混凝土搅拌的时间。
(四)由于基础沉降和水平位移形成裂缝
在施工过程中,由于基础沉降和水平位移而形成的裂缝可大可小,严重时会导致公路桥梁彻底破坏。引起公路桥梁基础沉降和水平位移的原因为:①施工前期对地址的勘探不够。对施工所在区域,特别是公路桥梁经过周围的地址情况应该详细勘察,如果遇到地址差异太大的地区,应该予以特别说明,如山区、河谷等。②规划设计的不合理,在充分掌握地质情况的基础上,设计规划时对于荷载的计算出现较大偏差也是导致基础沉降和水平位移形成裂缝重要原因,如公路桥梁局部突然受到较大的重力荷载,有可能导致沉降或者水平位移。③地质条件的变化导致基础沉降和水平位移而形成的裂缝,主要是指在公路桥梁建成后对原有地质的改变,随时间的推移,车辆荷载所引起的应力对地质条件的影响,施工过程中也会对地质条件产生影响。
二、公路桥梁维护管理建议
(一)质量检测
施工前对施工材料的质量进行检验,对混凝土等材料进行抗裂测试;施工过程中对混凝土拌合物进行抽检;施工后对施工裂缝采取定期检测,如果存在较大裂缝或者对公路桥梁有较大破坏性的裂缝应该具体分析裂缝形成的原因,并采取相关的措施,以保证公路桥梁的使用寿命。
(二)混凝土浇筑与养护
由于混凝土自身的性能,在混凝土的浇筑过程中,按照具体混凝土浇筑程序,合理加入骨料、水分的比例,按照混凝土浇筑程序进行浇筑,在振捣混凝土时对模板支撑、接缝等进行检查,对振捣时间、程度 控制,保证混凝土浇筑的质量。混凝土的养护需要在浇筑结束后立即进行,对混凝土进行覆盖保温保湿,不同地区气候环境不同,混凝土养护工作也不尽相同,需要对浇筑前桥梁钢模板的温度、养护阶段的温度、拆模时的温度进行控制。
(三)加大对超重车辆的监管力度
公路桥梁在设计时对允许通过的车辆最大荷载进行了设计和限定,当桥梁投入使用过后,其通行车辆远远超过桥梁承受的最大荷载,则容易引起裂缝,甚至导致桥梁严重破坏,出现坍塌、沉陷、断裂等后果。因此需要对通行车辆的重量进行严格控制,加大超载通行的惩处力度,并定期对公路桥梁进行检测和维修,延长桥梁的使用寿命。
三、结语
公路桥梁不仅造价高,作为交通的重要组成部分对国民经济发展有很大影响,一直以来桥梁的质量问题都是工程界重点关注的对象。公路桥梁中施工裂缝是造成公路桥梁破坏的重要原因,施工裂缝产生的原因众多,防止公路桥梁裂缝需要在工程设计以及施工过程中,尽量减小人为因素造成的施工裂缝,在具体的施工实践中,严格按照规范进行操作,坚决杜绝偷工减料的工程建设毒瘤,对公路桥梁的进行适当维护管理也是增加桥梁使用寿命、保证桥梁安全的重要手段。
参考文献:
[1]袁剑锋.公路桥梁施工裂缝的成因及维护管理[J].建材发展导向,2013(03)
[2]吕丰.桥梁裂缝维修技术应用研究[J].科技创新与应用,2013(21)
[3]冯秀芳.混凝土桥梁收缩裂缝产生原因与施工质量控制[J].交通世界,2009(11)
[4]蒋筱宁.混凝土桥梁裂缝成因综述[J].水泥工程,2006(06)
关键词:公路桥梁;施工裂缝;应力荷载
在公路桥梁施工前期、施工过程中,以及开始营运后,都会出现裂缝,施工裂缝的存在有人为因素,也有不可抗拒的自然因素。公路桥梁施工过程中一般都使用钢筋混凝土材料,混凝土一般容易开裂,没有纹状裂痕的混凝土几乎不存在,如何减小这种裂痕,是一项技术难题。
一、公路桥梁施工裂缝成因分析
对公路桥梁施工裂缝分类有几种不同的方法。最为常见的是从安全角度对裂缝进行分类,一类为正常的工作裂缝,是只在施工过程中由于不可抗拒因素导致,对公路桥梁的安全性影响较小,一类为非正常裂缝,对桥梁安全影响较大。从结构力学角度,公路桥梁施工裂缝分为集中荷载引起的裂缝、局部伸缩引起的裂缝、剪切应力引起的裂缝、局部荷载引起的裂缝等等。此外,还有根据施工工期的不同而划定的施工裂缝,如在施工设计时由于设计考虑不合理而导致的裂缝、在施工过程中各种人为因素和自然因素,或者二者交织产生的施工裂缝,在公路桥梁开始营运后产生的裂缝。
(一)荷载引起的施工裂缝
在所有施工裂缝产生的原因中,荷载引起的裂缝最主要的,也是工程界最为关注的问题。荷载一般分为永久荷载(恒载)、可变荷载以及偶然荷载。永久荷载是指作用在公路桥梁上的变化量或均值变化可以忽略不计的荷载,一般指结构物自身的重力,上部结构的恒载支撑力等等;可变荷载与永久荷载是相对的概念,指在作用在公路桥梁上的变化量或均值变化很大的荷载,包括公路桥梁上车辆荷载、群荷载,特别是桥梁共振产生的裂缝需重点关注;偶然荷载指在公路桥梁使用过程中不一定出现的荷载,比如地震产生的荷载,还有大型船只对桥梁的侧向撞击荷载等。荷载引起的施工裂缝又分为直应力裂缝和次应力裂缝。
(1)直接应力裂缝。直接应力施工裂缝产生的原因分为人为因素和自然因素两个方面。人为因素一般指在公路桥梁设计过程中,在进行应力计算时出现有很大荷载的遗漏计算或者重复计算,所选取的桥梁模型与实际情况不符合;在施工过程中混凝土水灰比计算不合理,钢筋的布置出现失误等等。随着施工的日益标准化,施工前期的审查日益严格,这种由于人为因素引起的施工裂缝是完全可以避免的。自然因素也称为不可抗拒因素,主要是来自于车辆的超载运输以及地震等对公路桥梁造成的裂缝。一般来说,公路桥梁在设计时对允许通过的车辆最大荷载的标准进行了确定,在桥梁使用过程中,车辆重量超过这个标准值,对公路桥梁的破坏程度较大。地震引起的公路桥梁破坏程度与地震强度成正比。在设计和施工过程中都是需要考虑上述影响,以保证公路桥梁的使用寿命。
(2)次应力所产生的裂缝。剪切、拉缩、弯曲等都属于次应力的范畴,次应力一般在常规计算中不予考虑。次应力引起裂缝的原因主要是设计时次应力的计算与实际工作中应力存在较大偏差。施工过程中考虑引起裂缝的因素很多,在设计时都难以全面兼顾,所以施工裂缝的产生很难避免。
(二)温度裂缝
由于混凝土自身的特殊机理,对于温度变化的反应较大。当外部温度变化较大,或者公路桥梁内部的温度变化较大时,混凝土的具有热胀冷缩性,能在结构内部将产生一定应力,最后导致施工裂缝。尽管由温度变化所引起的施工裂缝会因为温度的不同而呈现张大或缩小的趋势,但是对公路桥梁的破坏不可忽略。从温度变化的因素来看,年温差变化对公路桥梁产生的影响较小,在设计时一般对公路桥梁所在区域的气温变化范围都予以了充分考虑,温度日变化对公路桥梁的裂缝产生影响较大,当温度骤然升高或者降低时,混凝土结构内部由于应力变化,进而产生温度裂缝。最后,在施工过程,由于混凝土的水化热性能,在公路桥梁施工过程中因为温度的急剧变化而产生一定的裂缝,这种裂缝在施工过程极为常见,应予以高度重视。
(三)收缩裂缝产生的原因
公路桥梁收缩裂缝从表象来看都属于结构体表面裂缝,裂缝宽度不大,裂缝形状没有规律。引起收缩裂缝产生的原因只要包括两个方面:一是由于材料引起,包括混凝土的水泥品种,水灰比的计算,还有骨料的放入情况等等。在实际施工过程中,根据不同的用途合理选择水泥品种、骨料十分关键。二是在施工过程中,没有注意混凝土的养护和搅拌技术,应该参照国家制定标准对混凝土进行养护,严格把握混凝土搅拌的时间。
(四)由于基础沉降和水平位移形成裂缝
在施工过程中,由于基础沉降和水平位移而形成的裂缝可大可小,严重时会导致公路桥梁彻底破坏。引起公路桥梁基础沉降和水平位移的原因为:①施工前期对地址的勘探不够。对施工所在区域,特别是公路桥梁经过周围的地址情况应该详细勘察,如果遇到地址差异太大的地区,应该予以特别说明,如山区、河谷等。②规划设计的不合理,在充分掌握地质情况的基础上,设计规划时对于荷载的计算出现较大偏差也是导致基础沉降和水平位移形成裂缝重要原因,如公路桥梁局部突然受到较大的重力荷载,有可能导致沉降或者水平位移。③地质条件的变化导致基础沉降和水平位移而形成的裂缝,主要是指在公路桥梁建成后对原有地质的改变,随时间的推移,车辆荷载所引起的应力对地质条件的影响,施工过程中也会对地质条件产生影响。
二、公路桥梁维护管理建议
(一)质量检测
施工前对施工材料的质量进行检验,对混凝土等材料进行抗裂测试;施工过程中对混凝土拌合物进行抽检;施工后对施工裂缝采取定期检测,如果存在较大裂缝或者对公路桥梁有较大破坏性的裂缝应该具体分析裂缝形成的原因,并采取相关的措施,以保证公路桥梁的使用寿命。
(二)混凝土浇筑与养护
由于混凝土自身的性能,在混凝土的浇筑过程中,按照具体混凝土浇筑程序,合理加入骨料、水分的比例,按照混凝土浇筑程序进行浇筑,在振捣混凝土时对模板支撑、接缝等进行检查,对振捣时间、程度 控制,保证混凝土浇筑的质量。混凝土的养护需要在浇筑结束后立即进行,对混凝土进行覆盖保温保湿,不同地区气候环境不同,混凝土养护工作也不尽相同,需要对浇筑前桥梁钢模板的温度、养护阶段的温度、拆模时的温度进行控制。
(三)加大对超重车辆的监管力度
公路桥梁在设计时对允许通过的车辆最大荷载进行了设计和限定,当桥梁投入使用过后,其通行车辆远远超过桥梁承受的最大荷载,则容易引起裂缝,甚至导致桥梁严重破坏,出现坍塌、沉陷、断裂等后果。因此需要对通行车辆的重量进行严格控制,加大超载通行的惩处力度,并定期对公路桥梁进行检测和维修,延长桥梁的使用寿命。
三、结语
公路桥梁不仅造价高,作为交通的重要组成部分对国民经济发展有很大影响,一直以来桥梁的质量问题都是工程界重点关注的对象。公路桥梁中施工裂缝是造成公路桥梁破坏的重要原因,施工裂缝产生的原因众多,防止公路桥梁裂缝需要在工程设计以及施工过程中,尽量减小人为因素造成的施工裂缝,在具体的施工实践中,严格按照规范进行操作,坚决杜绝偷工减料的工程建设毒瘤,对公路桥梁的进行适当维护管理也是增加桥梁使用寿命、保证桥梁安全的重要手段。
参考文献:
[1]袁剑锋.公路桥梁施工裂缝的成因及维护管理[J].建材发展导向,2013(03)
[2]吕丰.桥梁裂缝维修技术应用研究[J].科技创新与应用,2013(21)
[3]冯秀芳.混凝土桥梁收缩裂缝产生原因与施工质量控制[J].交通世界,2009(11)
[4]蒋筱宁.混凝土桥梁裂缝成因综述[J].水泥工程,2006(06)