张宏伟

摘要：桥梁在建造施工过程中以及在建成之后的使用中，其经常会出现不同种类和形式、样式的裂缝。当下用来建造和构筑桥梁结构物的原料主要是混凝土。低等级公路和石材丰富地区也用石材修建拱桥及桥梁墩台，本文将主要围绕桥梁结构物产生裂缝的原理进行分析，并研究其防治措施。

关键词：桥梁结构，裂缝，形成机理，预防 治理

K928.78

伴随着交通业的迅猛发展，我国桥梁建设应用日益普及和广泛。而桥梁在施工及投入使用过程中会产生不同形式的裂缝。其不但会影响工程结构本身的质量，也会影响其使用时间，若裂缝严重并得不到及时的防治与修整，甚至会导致桥梁断裂、坍塌。

一、桥梁结构裂缝形成机理及设计中的预防

（一）石砌桥梁结构裂缝形成机理

裂缝的产生会对桥梁结构的持久耐用性，美观程度以及桥梁的强度与刚度方面产生不同的影响。石拱桥及石砌桥梁墩台在上世纪八十年代以前修建较多，但由于自重较大，施工周期长，在当前高速公路及重要交通建设中已很少使用，由于以前修建的绝大部分石砌桥梁仍在运营，故分析其裂缝及产生机理有重要意义。

由于石材抗压强度较高，主要用于抗压结构中，但石材脆性大，当施工采用石材强度较设计强度富余量不大时就会很容易产生裂缝。且产生裂缝荷载是相当接近或是几乎等于破坏荷载的，所以当桥梁出现由荷载而产生的裂缝，这是石砌桥梁结构破坏的前兆，应引起高度重视。石砌结构产生机理主要有三种：

1、沉降裂缝

这种形式的裂缝主要是因为地基基础的沉降以及砌体的灰层沉降。基础沉降发生的裂缝主要分为斜面裂缝、水平裂缝、垂直裂缝。

该种裂缝在桥梁设计中应加强对地基承载力及沉降计算，在地质情况有变化时应根据桥梁宽度在横桥向设置沉降缝，避免或减少不均匀沉降。

2、温度裂缝

石砌结构物受热不均匀，当温差到了一定程度是就很容易产生裂缝，若是温差相当大，甚至会导致砌体直接开裂。

桥梁设计时，应验算温度应力和截面强度，应明确提出构件完成合龙时的气温情况，并严格要求施工单位按设计执行，在接近城镇居民区，注意防火，不致火灾对桥梁引起破坏或严重开裂。

3、强度不足产生的裂缝

第三种是其强度的不足再加上荷载也会产生裂缝。一般情况下，竖向的荷载会发生竖向裂缝，与之相对应，受到水平方向的荷载则会发生水平裂缝。除此之外还有受弯，受到偏心压力，以及水平受剪力所产生的各种不同样式的裂缝。

此类裂缝是杜绝发生的，首先设计时应明确材料的各种强度要求，并留有规范规定的安全系数和富裕度；施工时，施工单位在选取材料时首先应考虑强度要求，并对材料样本送检测部门做检测，达到要求方可安装。

混凝土桥梁结构裂缝形成机理及设计中如何预防

混凝土桥梁结构也比较容易产生裂缝，究其原因，主要是其自身的应力所形成的裂缝和荷载形成的裂缝。

1、自身应力作用

其自身的应力形成裂缝主要有两种。

其一为收缩裂缝。混凝土在凝固时，其水泥颗粒会与水分互相结合，水分体积减小，还有一些水分会随之蒸发，再加上混凝土在干燥过程是由表面逐渐深入到内层，因而在混凝土内会出现含水梯度。由此就会形成混凝土的表面收缩性大，而相反的，内服收缩性较小的不均匀的收缩，这种情形下，混凝土表面将承受较大的拉力，而其内部却承受较大的压力。当表面所承受的拉力超过了其所能承受的最大限度，就会产生裂缝。

在设计时在混凝土表面满足保护层要求的情况下设置钢筋网，可限制此类裂缝的发生和发生后的裂缝宽度。

其二为温度裂缝。水泥水化过程中的放热，阳光的照射，周围空气环境， 周边温度等各种因素都会是混凝土产生冷热变化，就会造成混凝土的收缩或者膨胀，从而产生温度应力，并且当其超过了混凝土的强度时，也会造成裂缝。一般来说，体积较大的混凝土结构，当其受灌注之后会发生水化放热的过程，由于其本身密度较大再加上缺乏妥善合理的散热的措施，会使得其内部温度比较高而造成内外温差很大，此种情况下会很容易产生温度裂缝。若是在寒冷的冬季施工，蒸气的养护不足，就会使混凝土的骤冷骤热，表面与内部温差很大而同样会造成温度裂缝。当构件比较长并且其两侧同时被固定时，其温度会随着周面的温度的不断变化而造成附加的温度应力，当混凝土原有的内力与附加的温度应力的合力超过了混凝土所能承受的强度，也会产生破坏性裂缝。

在大体积混凝土浇筑时，可在混凝土内埋置冷却管，降低水化热，对于静定梁板等结构，设计时应严格按照规范规定，对温度梯度引起的应力进行计算，对超静定结构，还应计算气温温差引起的附加应力，并配置适量钢筋来控制。

当新旧混凝土同时使用时，其接头的垂直方向也很容易发生裂缝，而这类裂缝主要是在水泥水化放热过程中产生的。除此之外，在安装预制构件时，如果焊接铁件采取的方式及措施不当，也会造成混凝土的裂缝。此种裂缝可通过提高施工精度和工艺解决。

2 、荷载作用

混凝土在荷载作用下裂缝的形成机理要比在其自身应力下形成的机理复杂一些，主要有以下五种形式。

第一种为弯曲裂缝。对于受弯和压弯构件来说，弯曲裂缝会最先出现在其弯矩的最大截面上的受拉区。对于梁板结构来说，其正弯矩裂缝处在其跨中位置，并且是自底边开始慢慢向上扩展，相对的，其负弯矩的裂缝则主要是居于连续或者是悬臂梁板支座的附近，并且是自顶上渐渐向底边延伸。荷载作用越大，其形成的裂缝的宽度也会随之日益增大，并且还会逐步的从中间区域向两边延伸。

第二种为剪切裂缝。顾名思义，其裂缝首先会在其承受最大剪应力的位置，对于压弯和受弯构件来说，此种裂缝通常发生在其支座周围，并且从底部开始，向一定角度延伸裂开。而荷载作用的不断增强，使得其裂缝的长度和宽度也会不断加长，加宽并且加深。

第三种为断开裂缝。受到荷载的不断影响，受拉构件所产生的裂缝一般都是从正截面不断延伸扩展，并且裂缝与裂缝之间的距离遵循一定的规律。

第四种为扭曲裂缝。这种裂缝也有一定规律可循，因为期一般是沿45度的倾斜方向，并且在此种情形下会产生多条裂缝，并且导致混凝土外部的保护层逐步剥落，最终，改由桥梁结构内部的钢筋承受扭曲所产生的巨大压力，当钢筋无法承受时，就会导致其结构的毁损与破坏。在荷载作用下，还会引起混凝土局部应力变化，而此种变化无疑也是造成裂缝的重要成因。在墩台的支座位置受到很大的压力时，构件随之也会受到巨大冲击而承受巨大的局部应力，最终导致裂缝的产生。

对于由荷载引起的裂缝，设计中一般可通过精确的受力计算和合理的钢筋钢束配置而控制的，

混凝土桥梁结构裂缝形成原因，除了以上主要的两种外，还有一些其他人为原因。如工程师可能对地质探测精度不够准确或者实验资料发生错误，导致对地质情况的错误反映，而使得地基发生沉降导致裂缝。再者，如果用来建造桥梁的混凝土原材料质量不合格，例如水泥过潮甚至过期，就会导致混凝土的强度弱，从而造成开裂，开裂不断向横向纵向加深加宽，也会导致裂缝的形成。

二、裂缝治理措施

虽然在结构设计时已考虑了裂缝的产生以及其宽度，但由于设计计算的偏差和施工精度的影响，以及车辆超载等不可预知的原因，仍有一些桥梁出现裂缝或宽度超限。当出现此类情况是，应当及时探究其原因，增强观测并且要定期检查，通过对裂缝形成机理的分析，积极寻求对策，并采取有效持续的防治措施，保证橋梁结构的完整与正常持久的使用。对裂缝的维修、治理措施有以下几种：

（一）表面封闭修补法

主要是有填缝、表面抹灰或喷浆以及凿槽嵌补四种方式。填缝是修理砖、石结构物形成的裂缝的一种操作最为简便的方法。具体操作时，首先要将裂缝的缝隙清理，然后根据其宽度的不同而是用不同的工具进行操作，使用的会将一般采用1:2.5或者1:3的水泥砂浆。填缝对于砖石桥梁的美观以及耐用方面会起到作用，还要通过表面抹灰增强砌体的强度以及结构的整体性。凿槽嵌补主要是沿着裂缝凿开一条较深的槽，通过在槽中填充或嵌补一些黏胶物来实现裂缝的封闭，起到防止其延伸扩展的作用。

（二）压力灌浆修补方式

顾名思义，是指通过在外部施加一定压力，将某种特定的浆液灌入到其内部的裂缝中，从而达到裂缝的封闭与闭合，通过此种方法恢复其结构的强度和抗渗性，最终延长桥梁的使用寿命，使得其价值得到最大的体现。这种方式主要在裂缝数量较多或者结构空隙较大的场合应用，它主要有水泥灌浆和化学灌浆两种主要方法。水泥灌浆主要分为六个流程。特别要注意的是每一个流程中都要遵守严格的操作和施工规范，否则就不能起到有效地作用。值得一提的是，若采用化学原料制成的浆液作为材料，对于裂缝的修补会产生良好效果。并且施工简单，操作比较方便，因此其利用日趋普及。但使用化学原料是由于其本身的化学元素可能对人体或是周边环境造成一定影响，因此要做好皮肤的保护、密封以及周边环境的保护措施。

表面粘贴方法

此种修补方法相对简单，主要是通过胶粘物将钢板或者玻璃布粘到裂缝表面，以实现封闭裂缝的效果。

除了上述总结的几种方法外，还应当注意加强对桥梁的表面保护，如对于混凝土建造的桥梁，对其表面应当及时的使用草席或者草袋进行覆盖，并且注意蓄水养护，尤其是寒冷季节最好采用保温防冻措施加强保暖，保护混凝土的表面，避免混凝土内外温度差别巨大。此外，施工人员应当做好模板、支架以及构建的支撑和地基的处理，客观、详尽、准确的对周边地质进行分析，确保不发生地基的沉降或者移位。同时，施工人员还要进行一定措施防止钢筋出现锈蚀，这就要求设计人员按照规范的具体要求严格控制裂缝的宽度，保持保护层的厚度，在施工过程中，做好混凝土的水灰化工作，加大振捣的强度，最大限度保证混凝土的封闭，密实和结构的完整。

结语：

我国基础设施建设发展迅速，桥梁的建设使得我们交通得以四通八达，横纵发展。使得交通网络日趋完整。然而，桥梁裂缝的产生无疑是对桥梁的一个隐性威胁，它可能随时触动交通安全隐患，因此，在建造桥梁的施工过程中，一定要注意材料的选择与使用，并且通过一系列措施加固桥梁结构，防患于未然。在桥梁使用过程中，也要加强防护。当桥梁出现裂缝，就要及时分析与探究裂缝形成的原因，从而采取行之有效的方法处理裂缝，避免其进一步扩展，影响桥梁的耐用性能和使用年限。

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