混凝土桥梁裂缝成因的探讨

2015-10-21刘亭亭

建筑工程技术与设计 2015年19期

刘亭亭

【摘要】：混凝土桥梁在桥梁建造和使用过程中，因出现裂缝而影响工程质量问题一直困扰着桥梁工程技术人员。如何在设计、建造和使用过程避免有害裂缝的出现，首先要分析这类裂缝形成的原因，然后方能找到防范措施。该文结合高速公路养护实践，针对混凝土桥梁使用过程中常见的裂缝现象，从设计、施工及形成机理等多个方面阐述了产生裂缝的原因及主要影响因素，以便于在实际工作中找出控制裂缝的可行办法，同时针对裂缝维修处理也提出了相应的解决办法。

【关键词】：混凝土桥梁裂缝成因

【前言】：随着我国交通事业的高速发展，桥梁建设取得了长足的进步，全国各地建造了大量的的桥梁。但是在桥梁的使用过程中，有大量的混凝土桥梁不同程度地出现了裂缝现象，影响了桥梁的耐久性及承载能力，困扰着广大桥梁工程技术人员。因此，有必要对混凝土桥梁裂缝成因进行分析，以便于采用相应的加固措施。

一、混凝土桥梁裂缝形成的原因

1.1非荷载裂缝

1.1.1混凝土收缩裂缝在实际工程中，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炭化收缩。

1.1.2地基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，导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有：地质勘察精度不够、试验资料不准；地基地质差异大；结构荷载差异大；结构基础类型差别大；地基冻胀；桥梁基础处于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。

1.1.3钢筋锈蚀引起的裂缝要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度（当然保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度）；施工时应控制混凝土的水灰比，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。

1.1.4碱骨料反应引起的裂缝碱骨料反应是混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合料和水中的碱（Na2O或K2O）与骨料中碱活性成分反应，在混凝土浇筑成型后若干年（数年至二、三十年）逐渐反应，反应生成物吸水膨胀，使混凝土产生内部应力，膨胀开裂，导致混凝土失去设计性能。由于活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布，所以一旦发生碱骨料反应，混凝土内各部分均产生膨胀应力，将混凝土自身胀裂，发展严重的只能拆除，无法补救，因而被称为混凝土的癌症。

1.2荷載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荷载裂缝。荷载裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。必须指出，如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，往往是结构达到承载力极限的标志，是结构破坏的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根据结构不同受力方式，产生的裂缝特征如下：

1.2.1组合结构裂缝在装配组合式结构中，往往由于结合面强度不足，并在结合面未予配筋而在结合面受剪较大处及结合面受拉较大处产生裂缝。这类裂缝必须引起重视，由于结合面裂缝会造成截面承载能力极度降低，在作荷载试验时，一般应对截面进行整体性检验。

1.2.2预加应力不足引起裂缝预加应力不足，会导致混凝土结构提前出现裂缝。由于对箱梁剪滞效应估计不足，而导致预加应力不足而产生正截面裂缝。

1.2.3混凝土受压裂缝钢筋混凝土拱桥由于拱脚水平位移过大或船撞，往往引起拱脚下缘处于较高压应力状态。当压应力超过其抗压强度，就会产生沿受压方向的裂缝而破坏。如果受压继续加大，则下缘将全部压碎，内部下缘钢筋会产生压屈现象，这在软土地基上修建的早期拱桥中是常见现象。

1.3人为原因裂缝

1.3.1设计不合理产生的裂缝在设计计算阶段，结构受力假设和实际受力不符，计算模型不合理，荷载少算或漏算，内力与配筋计算错误，结构安全系数不够，结构设计截面承载力不足，钢筋布置错误，结构刚度不足，结构处理不当，同时计算和设计不完善，进行有限元分析时对结构边界条件和传力路径认识不清楚，对施工方法、顺序和施工荷载对结构性能的影响认识不够等都会使桥梁构件产生裂缝现象。

1.3.2施工过程中产生的裂缝很多桥梁缺陷与施工质量低劣有关。典型的问题有钢筋保护层厚度不足，以及目前广泛存在的构件开裂，混凝土蜂窝、麻面、露筋等问题。其主要原因包括：水泥选用欠妥；混凝土配合比、振捣不当以及预应力施加不合理等。这些施工上的缺陷虽然短期不会对桥梁的正常使用产生明显的影响，但却会对结构的后期使用和长期的耐久性产生非常严重的危害。

1.3.3使用阶段产生的裂缝车辆超载是我国公路运输中较为普遍的现象。桥梁的超载一方面可能会引起疲劳问题，加大疲劳应力幅度、加剧损伤，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面，超载造成的桥梁内部损伤也不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而引起桥梁裂缝的产生。

1.3.4养护不当产生的裂缝国内很多地区对于桥梁的日常检查和养护还不是十分重视。一座桥梁往往前期建设投入很大的成本，而忽视桥梁运营中的养护和维修。

二、对混凝土裂缝的处理建议

确定裂缝是否需修补，可根据下面几个方面进行考虑：（1）发展裂缝的宽度在6个月期间增大0.1mm以上时；（2）裂缝宽度虽未增大，但裂缝数量增多时；（3）裂缝宽度在0.3mm以上时；（4）裂缝宽度在0.2mm左右，但认为对结构产生危险时。

2.1表面封闭法表面封闭通常是在混凝土表面沿宽度较小的裂缝涂抹树脂保护膜。在裂缝宽度有可能变动时，可采用具有跟踪性的焦油环氧树脂等材料。在裂缝多而且密集或者混凝土老化，砂浆离析的结构物上也可大面积涂抹保护膜。

2.2灌浆法先将结构物的裂缝或孔隙与外界封闭，仅留出进浆口及排气孔，然后将较低粘度的浆液通过压浆泵以一定的压力将浆液压入缝隙内并使其扩散，胶凝固化，以达到恢复整体性、强度、耐久性及抗渗性的目的。

2.3结构补强法因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低及火灾造成裂缝等影响结构强度可采取结构补强法、锚固补强法、预应力法等。

2.4贴钢板法贴钢法是将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物受拉缘或薄弱部位，使之与结构物形成共同体，以提高刚度，改善受力状态，限制裂缝扩展。

2.5更换施工法当桥梁已明显老化，修补无效时，可将旧梁部分或全部卸除，再部分或全部更换上荷载等级较高的新梁。

【结语】：总而言之，学术界对混凝土桥梁裂缝的原因有不同的观点，从桥梁起初设计到开始作业这一过程，牵涉到许多环节，而某一环节稍有疏忽，均可能使混凝土桥梁出现裂缝。只有搞清楚了裂缝的机理，才能对症下药。只有加强管理，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理是保证桥梁安全耐用的前提和基础。

【参考文献】：

[1]黄军生.钢筋混凝土桥梁裂缝成因综述[J].世界桥梁，2013.