浅析钢筋混凝土桥梁裂缝成因与防治

　摘要：对钢筋混凝土桥梁常见的裂缝现象，从设计、施工及形成机理等诸方面进行了阐述，分析了产生裂缝的常见原因及相关影响因素，并对裂缝的防治提出了相关的措施。 

　　关键词：桥梁 裂缝 成因 防治 

　　中图分类号：U448.34文献标识码：A 文章编号： 

　　1 概述 

　　混凝土因其价格便宜、抗压性能好等诸多优点被广泛应用于桥涵工程建设，但是混凝土最主要的缺点是抗拉能力差，容易开裂。大量的工程实践和理论分析表明，几乎所有的混凝土构件均有裂缝，只是有些裂缝很细小，允许其存在，其并不影响结构的正常使用；有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学的作用下，会不断产生和扩展，引起钢筋腐蚀，使混凝土结构的强度和刚度受削弱，耐久性降低，危害结构的正常使用，因此对出现的裂缝必须认真分析其种类及成因，采取相应措施加以控制和弥补。 

　　2 分析桥梁裂缝病害产生的原因 

　　混凝土桥梁裂缝的成因复杂、繁多，主要有环境、气候因素、材料、施工工艺等因素影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分为如下几种： 

　　2.1 荷载引起的裂缝 

　　钢筋混凝土桥梁在常规静荷载、动荷载以及次应力下产生的裂缝称为荷载裂缝。荷载裂缝多出现在结构构件的受拉区、受剪区或振动严重部位。主要分为直接应力裂缝和次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝，其原因主要表现为三个方面：一是设计计算阶段，结构计算时忽视了裂缝宽度和变形验算、计算模型与实际结构有较大差异、荷载少算或漏算、内力计算与配筋计算不正确、结构设计时未考虑施工的可行性、钢筋布置错误、结构处理不当等；二是施工阶段，施工工具、材料等施工荷载随意放置、随意翻身、起吊、运输、安装构件、结构施工顺序不当等；三是使用阶段，使用荷载大大超过设计荷载（即汽车超载运输）、车辆的撞击、发生地震等恶劣自然现象等。次应力裂缝是指由于外荷载引起的次生应力产生的裂缝，其原因主要表现为两个方面：一是结构的实际工作状态同常规计算有较大差异，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂；二是桥梁施工完成进行开槽、凿洞等，导致洞口附近产生应力集中现象。 

　　2.2 冻胀裂缝 

　　大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀，因而混凝土产生膨胀应力，同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失很大。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。当混凝土中骨料空隙多，吸水性强，骨料中含泥土等杂质过多，混凝土水灰比偏大、振捣不密实，养护不力使混凝土早期受冻等，均可能导致混凝土冻胀裂缝。 

　　2.3 基础不均匀沉降引起的裂缝 

　　由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，在结构中产生附加应力，当附加应力超出混凝土的抗拉强度时，混凝土就开裂。基础不均匀沉降的主要原因有：地质勘查和试验资料不够精确；地质差异较大；使用荷载差异较大；基础类型不同；扩建工程的基础；地基冻胀等。 

　　2.4 温度裂缝 

　　混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境温度或结构内部温度发生变化时，混凝土将发生体积变形，若变形受到约束，则在结构内部产生拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉强度时就产生温度裂缝。引起温差的主要因素有：年温差、日照、聚然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工措施不当等。 

　　2.5施工材料质量引起的裂缝 

　　混凝土主要由水泥、砂、石水及外加剂安装一定的比例拌和而成。配置混凝土所使用的材料选择不当，可能导致结构出现裂缝。如水泥品种选择、水灰比的设计、水泥最小用量、砂石含泥量等因素，都可能导致混凝土在凝结硬化过程中产生裂缝。由于混凝土施工质量较差或保护层厚度不足，使钢筋周围混凝土碱度降低，引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋发生氧化反应，体积增大2~4倍，对周围混凝土产生膨胀应力，导致混凝土保护层开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝。由于锈蚀，使得钢筋有效截面面积减小，钢筋与混凝土之间的粘结力削弱，最终导致结构承载能力下降，诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，引起结构破坏。要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求严格控制裂缝宽度、取用合理的保护层厚度；施工时应严格控制混凝土的水灰比，加强振捣和养护，提高混凝土的密实性，同时应严格控制含氯盐的外加剂的用量，沿海地区和其它环境类别较差的地区更应该引起高度重视。 

　　2.6 收缩裂缝 

　　在实际工程中，混凝土因收缩引起的裂缝是最常见的。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碳化收缩。塑性收缩通常发生在施工过程中、混凝土浇筑后4~5h左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩。为了减小混凝土的塑性收缩，施工时应严格控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料不宜太快，振捣要密实，竖向变截面处宜分层浇筑。缩水收缩（干缩）通常发生在混凝土结硬以后。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，导致表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉应力，当表面混凝土的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，产生收缩裂缝。自生收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应。这种收缩与外界湿度无关，可以是收缩，也可以是膨胀。碳化收缩是大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。碳化收缩只有在湿度50左右才能发生，而且随着二氧化碳浓度的增加而加快。另外，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：水泥品种、标号及用量；骨料品种；水灰比；外掺剂；养护方法；外界环境；振捣方式及时间等。 

　　2.7 施工工艺不当引起的裂缝 

　　在混凝土结构构件制作、运输、安装过程中，施工工艺不合理、施工质量较低，容易产生各种形式的裂缝，产生裂缝的主要原因有以下几方面： 

　　（1） 施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉。 

　　（2） 施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于混凝土自重和侧向压力的作用使得模板变形。采用胶囊内模的空心板等构件施工时，胶囊位移导致构件尺寸与设计尺寸不同。 

　　（3） 混凝土搅拌、运输时间较长，使水分蒸发较多，引起混凝土坍落度过低。 

　　（4） 混凝土施工时，由于工艺要求加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加。 

　　（5） 混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好。混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致截面削弱、钢筋锈蚀或其他荷载裂缝。 

　　（6） 混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹或局部剥落或脱模后出现空鼓现象。 

　　（7） 施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件构在自重或施工荷载作用下产生裂缝。 

　　3 裂缝状态判断 

　　钢筋混凝土结构在正常使用极限状态下出现裂缝属于正常现象。我们根据裂缝对桥梁的危害性的大小把裂缝分为有害裂缝和无害裂缝。有害裂缝主要指对桥梁结构的承载能力（强度）、变形（刚度）、节点构造的可靠性等有直接影响或严重影响的裂缝。无害裂缝主要指对桥梁结构影响较小的裂缝。由于无害裂缝在后期的发展过程中可能形成的有害裂缝，因此，我们要及时对有害裂缝进行修补加固，对无害裂缝进行有效的预防和控制。 

　　4 裂缝修补方法 

　　桥梁裂缝处理与加固应结合进行。常用的桥梁纵向加固方法可分为：上部结构加固时采用桥面补强层加固法、增大截面和配筋法、粘贴钢板法、改变结构受力体系加固法、体外预应力法等；下部结构加固时采用扩大基础加固法、增补桩基加固法、混凝土套箍法、墩台拓宽法和桥台新建挡土墙加固法。常用的桥梁横向加固方法可采用增设预应力横隔梁、提高桥梁的横向刚度等。桥梁裂缝常用的修补方法主要有裂纹注浆、表面涂装、保护层修补、充填法等。从修补效果来看，结构物的劣划速度得到了相对控制，基本起到了提高结构耐久性的目的。 

　　5 结束语 

　　裂缝是混凝土结构中普通存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀、混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。混凝土桥梁裂缝产生的原因千差万别，在工程实践中，只有掌握各种常见裂缝的形成机理，才能采取有效措施，防止裂缝的出现。对于发生的裂缝应全面调查分析，查明原因，取得加固依据，采取措施防止裂缝的进一步发展，确保混凝土结构的安全使用，在选择处理方法上，应比较论证，综合考虑，以求施工方便，经济高效。 

　　参考文献 

　　【1】 杨丈渊桥梁维修与加固人民交通出版社，1994 

　　【2】 王铁梦工程结构裂缝控制中国建筑工业出版社，1998 

　　【3】 黄军生钢筋混凝土桥梁裂缝成因综述、世界桥梁，2002 

　　【4】 李建民城市桥梁受力特性及病害病因浅析、城市道路与防洪，2004 

　　【5】 肖敏雷昌龙混凝土桥梁的病害防治、桥梁建设