混凝土事故

混凝土结构工程事故分析与处理

一、混凝土裂缝的原因及处理办法 1.混凝土开裂的原因

混凝土开裂本质是由于拉应力水平达到了混凝土抗拉强度导致的（受压裂缝以及剪切裂缝本质上也可以认为是产生拉应力导致的），导致拉应力水平超过混凝土抗拉强度的原因主要可以从拉应力水平以及混凝土抗拉强度两个方面加以说明。

拉应力的产生本质是由于混凝土变形趋势受到约束导致的，导致混凝土产生变形趋势的原因主要包括外部载荷作用（风荷载、活荷载、地震载荷等）、温度、混凝土收缩及徐变的特性三方面内容（前两种为外部作用，后一种为混凝土自身的性质）。对于混凝土所受的约束而言，本质上也可以作为一种外部载荷，只不过相对于前面的风荷载、地震荷载等主动作用而言，这是一种被动的荷载（由于变形受到约束而被动产生）。

混凝土强度本质上由混凝土各组分（水泥、砂石等）各组分相互影响（界面作用及粘结效果等）决定，其中各组分的状态（通常而言各宏观组分的含量不会随时间发生变化）以及各组分之间的相互影响是会随着时间发生变化（主要由水化反应控制）。

考虑到了拉应力以及混凝土强度两方面因素以后，下面就结合实际情况（工程比较容易出现问题的地方）对混凝土产生开裂的具体原因进行罗列及讨论。具体的原因基本如下：

1. 设计过程即考虑带裂缝工作（设计中混凝土拉应力水平已经超过抗拉强度），

开裂的发生在设计考虑范围内。

2. 设计时未充分考虑施工及后续运营过程中的外部载荷作用，比如对施工过程中载荷的估计经验不足，以及发生难以预料的地震载荷等，这些因素会使得混凝土内部拉应力水平超过混凝土抗拉强度而导致开裂。 3. 地基沉降不均匀导致结构内部拉应力水平超过混凝土

4. 设计时对温度效应估计不足，而且温度引起的变形受到了外部结构的约束导致拉应力水平超过混凝土抗拉强度。

5. 对混凝土收缩徐变特性考虑不周全，而且混凝土收缩徐变受到了外部结构较强的约束导致混凝土拉应力水平超过抗拉强度。

6. 对混凝土组分配比出现问题（这一般很少见，严格的设计校验很容易避免这类问题）导致混凝土抗拉强度低于预期值。

7. 混凝土搅拌出现问题而导致抗拉强度不足（搅拌不均匀导致各组分之间作用削弱），这类问题主要是由于施工过程搅拌困难导致的。

8. 混凝土养护过程出现问题，主要问题包括表面水分及温度控制不合理（没有及时晒水、升降温度等）。

2.混凝土开裂的处理方法

混凝土的裂缝可以分为影响结构安全的裂缝（剪切裂缝、贯穿性裂缝等）

和不影响结构安全的裂缝（单纯受拉区出现的细部裂缝）。裂缝的出现除了可能影响结构的安全以外，还会影响结构的刚度以及耐久度（耐久度本身也可以看作结构的一种长期安全性能），刚度的削弱会导致变形偏大（当变形过大时，结构的极限状态便由变形控制，当材料没有达到强度时即认为发生了破坏），耐久度问题本质是由于混凝土开裂导致外部环境因素更容易影响混凝土的内部结构（包

括对内部钢筋的锈蚀等）。对于混凝土裂缝的处理办法和裂缝对结构的影响有关，下面针对不同裂缝的处理办法（结构出现无法加固或者加固后性能很差的裂缝不予考虑）展开讨论：

1. 当裂缝的出现不影响结构安全性能时（比如对于受拉区底部出现的较小裂缝），可以考虑在裂缝的外部包裹一层水泥砂浆等材料或者内部灌注环氧树脂等材料，仅仅起到隔离效果，避免外部环境对裂缝处内部钢筋的锈蚀。 2. 当裂缝发展较大且对结构安全有所影响时（像受拉区裂缝开展较大或者出现部分发展的剪切型裂缝时），此时除了考虑对裂缝本身进行包裹以外，还需要考虑对结构本身进行补强。常采用的办法包括增大构件截面法、外部粘连合成材料或者钢板、组合加固等方式，除了对裂缝进行包裹以外，还增强了结构的承载力，使得裂缝不会进一步发展而产生安全问题。

二、拱桥预应力失效的原因及处理方式 1. 拱桥结构分析

上述结构体系为飞燕式钢管混凝土系杆拱桥，该结构体系很大的一个优点在于通过边跨及系杆来平衡中跨拱脚的推力，使得支座处的锚固要求及地基要求降低。中拱属于无铰拱，两端均为固结，而且矢跨比较小（矢跨比小的拱体侧向

刚度比较大）。边跨一端固结在支座上，另一端为简支支承（靠端横梁进行压力进行约束）。为了减少立柱端部弯矩的影响，一般而言立柱与桥面主梁之间采用铰接。

2. 预应力传递过程分析

由于采用了无粘结预应力，因此拉索和混凝土之间没有粘结应力的存

在，压力由端部锚固段传向中跨主梁，传递过程中，由于立柱和主梁采用铰接的形式，因此在铰接端不会产生水平剪力，由截面平衡可知压力也不会减小。当压力传递到中间主拱位置时，由于主拱存在较大的侧向刚度（由于主拱两端固结、截面刚度较大且矢跨比较小），当主拱和主梁之间发生变形协调时必然会使得传递给主梁的压力值减小（按照侧向压缩刚度进行分配）。

3. 拱桥预应力损失及裂缝成因分析

主梁中跨部位预应力损失主要由两个方面的因素导致，一方面可能是由

于端部的预压力本身就不足，另一方面可能是由于预压力在传递过程中发生损失（比如2中提到的主拱和主梁之间变形协调导致的预压力损失）。端部预压力是否不足可以通过检测拉索的预拉力值来判断，一般而言预拉力值不会出现不足的现象，特别是投入使用后不久。端部预压力由于在传递过程中需要经过支柱和主拱，理想状态下支柱和主梁之间为铰接，不会在支柱端部产生剪力抵消部分预压力，但是在实际施工过程中由于部分支柱与主梁采用刚接的形式进行连接（立柱端部锚固在主梁内），导致立柱端部产生水平剪力，抵消了部分预压力（而且立柱越短剪力值越大，预压力的损失越大）。除了施工不当导致立柱端部剪力削弱预压力以外，由于主拱和主梁之间变形协调也会导致预压力的损失，这两部分损失会导致跨中主梁的预压力值明显低于设

计值，因此在外部载荷工况下，混凝土内部拉应力超过混凝土抗拉强度而发生开裂。

4. 可能的处理方法

由于已经出现了开裂，因此首先需要对裂缝进行处理，可以考虑采用外粘钢板或复合材料（FRP纤维材料等）、外部组合加固等方法，主要思想是将混凝土裂缝进行包裹，并让承受拉力性能较好的材料参与受拉区工作。除了对裂缝进行处理及加固以外，还可以考虑继续施加预应力的方法以弥补预压力的损失（但施加预应力的同时还必须对已有的裂缝进行包裹处理），由于主桥已经成形，因此可以考虑采用体外预应力的方式，在主梁上附加一个反向的弯矩，削弱原有的弯矩峰值从而降低拉应力，控制混凝土的开裂。

三、连续T梁公路桥桥面裂缝产生原因及加固方法 1. 裂缝分布及结构示意图

从图中可以看出，主体结构为纵向三跨连续T梁（桥面充当上翼缘），横向

有四个桥墩托住上部的T梁。上部的桥面裂缝分横向和纵向两个方向，横向裂缝位于支座处，纵向裂缝位于桥墩交界处。

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