吴 俊

（山西省交通建设工程监理总公司）

混凝土为脆性材料,抗拉强度仅是抗压强度的1/10左右,具有易开裂的缺点。实际上几乎所有混凝土构件均是带裂缝工作的。只是有些微裂缝很细很浅,肉眼甚至看不见,对结构功能无大危害而允许存在；但有些裂缝在使用荷载和外界物理、化学因素作用下会不断扩大而发展为可见裂缝,引起混凝土碳化保护层剥落,强度和刚度受到削弱,耐久性降低,严重的会引起结构内钢筋锈蚀,降低结承载力,危害结构的正常使用。从固体强度理论可知,裂缝扩展是结构物破坏的初始阶段,因此,从该环节入手对裂缝种类及成因进行分析,是有助于进一步提高桥梁工程质量的。

1 混凝土桥梁的裂缝种类及形成原因

桥梁产生的裂缝主要分为温度裂缝、收缩裂缝、结构裂缝、冻胀裂缝、基础变位裂缝、钢筋锈蚀裂缝及施工裂缝等。

（1）温度裂缝

当外部环境或结构内部温度变化时,结构内产生应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨境桥梁中,温度裂缝不是瞬间发生的,是在一段时间内缓慢发生的。引温度变化的因素有下列几项。

①水化热。大体积混凝土硬化期间由于水泥水化放热,当内外温差过大时就会导致表面出现裂缝。

②年温差。四季温度不断变化,导致桥梁产生纵向位移,当结构纵向受到限制时就会引起温度裂缝。

③温度骤然升降。梁体顶面受太阳暴晒后内温变化相对表层较慢而产生温度梯度,导致局部拉应力较大,出现裂缝。日照荷载可使梁体产生大量的纵向裂缝,是形成裂缝的常见原因。

④施工工艺。蒸汽养护或冬季施工时构件降温过快而出现裂缝,多为拆模后养护不够。

（2）收缩裂缝

主要指前期的塑性收缩和后期的干缩产生的裂缝。

（3）结构裂缝

又称荷载裂缝,主要指由外部荷载引起的直接应力及次生应力产生的裂缝,产生原因主要有如下方面。

①设计阶段。勘察阶段现场调查不到位或不准确、计算模型不合理、荷载少算或漏算、常规计算方法无法准确模拟构件局部应力集中的地方等。

②施工阶段。施工荷载超出设计标准,施工工艺不符合规范,不按设计图纸施工,擅自改变施工顺序,改变结构受力模式。

③使用阶段。大量超出设计荷载的重型车辆偶尔通过或长期作用,常见的结构裂缝主要有受弯裂缝、受剪（斜）裂缝、受扭裂缝及受拉、压裂缝。

（4）冻胀裂缝

气温低于0℃时,吸水饱和的混凝土出现冻胀,使得混凝土体积膨胀产生膨胀应力,导致混凝土出现开裂。

（5）基础及支架变位裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或产生位移,使结构中产生附加应力,当超出混凝土结构的抗拉能力时,就会导致结构开裂,特别是大桥、特大桥或重要结构,要对其应力、变形值有针对性的施工监测控制,来保证结构物的强度和稳定。

（6）钢筋锈蚀裂缝

当混凝土质量较差或保护层厚不足时,至钢筋发生锈蚀产生膨胀应力,导致混凝土保护层开裂、剥离。严重锈蚀可造成钢筋有效面积减小,结构承载力下降。

（7）施工裂缝

主要由材料质量或施工质量差引起的裂缝。

2 结构裂缝的计算

我国现行桥规给出了矩形、T型和I字型截面钢筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度计算公式,对其它受力构件（轴心受拉、偏拉、偏压构件）和其他截面形式（圆形）没有明确的规定和可参照的计算公式。

（1）我国现行《公路工程桥梁设计规范》最大裂缝宽度的计算公式

在使用荷载作用下,受拉钢筋应力简化计算公式

（2）对公示的几点理解

①考虑到矩形、T型和I字型截面几何形状相近,配筋方式相同（钢筋集中布置于受拉区）,建议对这些截面受弯、受拉、偏心受拉、偏心受压构件最大裂缝宽度统一按上面公式进行计算。

②严格来讲,σg指的是受拉区最外缘钢筋所受拉应力,而公示（2）所求σg为受拉钢筋重心处应力,当钢筋层数较少时（2～3层）,二者差别很小,当钢筋层数较多时（4～5层）,则需乘以大于1的系数予以修正。

③圆形截面沿圆周均匀布筋,在荷载作用范围内主要靠拉区最外缘螺纹钢筋（1～2根）对裂缝起限制作用,而接近中性轴的螺纹钢筋受力较小不能充分发挥作用,因此公式（1）应予以修正,否则偏于不安全。

3 桥梁主要裂缝的形状及位置

通过观察裂缝形状及位置,准确地辨析出裂缝种类,对分析桥梁裂缝具有重要意义。通常有以下几种。

（1）主要构造缝

裂缝宽度由受力区向非受力区逐渐变窄直至消失,呈一端宽一端细的形状,包括：

①受弯裂缝。弯矩最大截面附近从受拉区边缘开始出现与手拉方向垂直的裂缝,并逐渐向中性轴方向发展,此类裂缝常出现在简支桥梁上,主要集中在跨中受拉区,裂缝为贯穿梁板的U形裂缝。对于连续梁则常出现在支点处的顶板负弯矩区。

②受剪裂缝。沿梁端（支点处）中下部梁板侧面出现约45°方向相互平行的斜裂缝。

③受扭裂缝。构件一侧腹部先出现多条呈45°的斜裂缝,并向相邻面及螺旋方向展开,多出现在弯连续箱梁中。弯连续箱梁的受力比较复杂,裂缝经常是由弯矩、剪力、扭矩共同作用的结果,其结构裂缝最易出现在支点附近1/3跨径范围内,一般多从箱梁翼板与腹板连接处开始,逐次向两翼发展,尤以翼板底面为最重。

（2）温度裂缝

裂缝宽度中间较宽,向两边逐渐变窄直至消失,类似枣核形,区别与其他裂缝的最主要特征是随温度变化的扩张或合拢,出现夏天宽冬天窄和昼宽夜窄的开合现象,温度裂缝多出现在主梁的腹板侧面及翼板下缘,支点和跨中处也有可能出现。

（3）收缩缝

混凝土收缩缝一般属表面微裂缝,裂缝宽度较细,且纵横交错,成龟裂状,形状没有规律。

4 桥梁裂缝的主要解决措施

钢筋混凝土桥梁裂缝成因复杂繁多,甚至多种因素相互影响,但每条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。现实中普通钢筋混凝土桥梁裂缝主要为温度裂缝,个别的也会出现结构裂缝和收缩裂缝,出现裂缝的结构主要为桥面铺装和主梁或盖梁。

（1）桥面铺装裂缝

①若桥面铺装钢筋网位置偏低,混凝土较厚的地方与下层钢筋没有足够的握裹力,容易引起铺装层的开裂,对较厚的铺装层,可设上下两层钢筋。

②大面积桥面混凝土浇筑顺序要合理安排,并加强铺装混凝土与梁顶混凝土之间的连接。

③添加纤维及添加剂,来增加混凝土的抗裂性能。

（2）梁体裂缝

①构造缝。主梁腹板的主筋一般比较合理,而主梁翼板钢筋容易被忽略,应加强翼板顶面及底面的钢筋；增加横隔梁的刚度及数量,提高梁体的横向刚度；避免主梁断面的突变,尽量采用渐变方式,如无法避免则局部加强钢筋；现浇主梁或盖梁时要保证临时支架的刚度和稳定。

②温度和收缩缝。现浇连续箱梁较容易出现温度裂缝。在桥梁施工中混凝土材料构成及施工养护方法则是形成温度裂缝的主要因素。温度应力往往和混凝土的干缩应力共同作用形成裂缝,而且混凝土的徐变会使温度应力有较大的松弛,所以很难准确计算出温度裂缝的分布和大小。主要防治措施：

a在满足规范的前提下,尽量减少水泥的用量,以减少混泥土的收缩；添加减水剂和防裂剂能有效减少混凝土中水和水泥的用量,尽量选择水化热低的水泥品种,混凝土的早期膨胀大则后期的收缩就大,可有条件地选择能降低混凝土膨胀率及后期收缩的添加剂。

b尽量降低拌和料的温度,热天浇注时尽量选低温时间进行,合理安排浇筑顺序,结构较厚时宜分层浇注。

c加强振捣,必要时可以采用两次震捣,以增加混凝土密实度,提高强度和抗裂性能。

d加强养护,适当增加构造筋数量,最好选择小直径钢筋小间距布置,可有效地提高混凝土的抗裂性能；保证合理的钢筋净保护层厚度；设计中尽量避免构件截面厚薄差别过大。

5 桥梁在使用过程中出现裂缝的救治

施工中出现的裂缝一般都会被及时发现并采取补救措施,桥梁的主要裂缝是在桥梁使用过程中出现的温度裂缝和收缩裂缝,通过对多座建成不久即出现裂缝的桥梁进行分析,发现主梁使用初期出现的温度裂缝往往是因为施工中养护不当所致,这种裂缝一般都是慢慢出现的,属于浅层裂缝,开始时裂缝比较稀比较细,不会影响主梁的正常使用,但裂缝会逐渐发展,需要注意对裂缝的发生和发展进行观察。一般通车半年后裂缝才会逐渐稳定,若出现较大面积裂缝,且大部分裂缝宽度达到0.15㎜以上时就要及时采取措施,否则会对结构的强度和耐久性造成一定影响,这种浅层裂缝一般可用高强粘结剂PCI环氧砂浆填压封闭处理。

6 结语

裂缝成因很多,只要科学合理的设计,采用合格的材料,规范施工,精心养护,桥梁裂缝基本上是可以避免的。

[1]公路桥涵设计通用规范（JT GD 60-2004）[M].人民交通出版社,2004.

[2]张克波.钢筋混凝土与砖石结构[M].机械工业出版社,2003.

[3]姚玲森.桥梁工程[M].人民交通出版社,2008.