谈混凝土桥梁裂缝产生的原因

吴佳佳

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030006）

1 桥梁裂缝产生的原因

1.1 荷载

施工过程中堆放过多的重型施工器械；不按设计图纸而擅自改变结构施工顺序和结构受力模式；不考虑预制结构受力特点随意吊装；没进行机器振动疲劳强度验算。通车阶段超载重型车辆的通行；车辆、船舶的撞击；大风、大雪、地震等不可抗拒外力因素引起的裂缝。

1.2 温度变化引起的裂缝

混凝土是一种具有热胀冷缩性质的建筑材料，外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土产生温度应力，在某些大跨径桥梁中，温度应力甚至可以超出活载应力。温度裂缝将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化的主要因素有：

（1）年温差：一年中四季温差大，遇到极限高温、低温年份，桥梁纵向变形量大，伸缩缝等变形设施设置不合理，导致桥梁主体变形受到约束，产生裂缝。

（2）水化热。在施工过程中，大体积混凝土浇筑之后水化热导致内外温差太大，致使表面出现裂缝。施工中应根据实际情况选择低水化热水泥或分次浇筑，以降低内外温差。

（3）蒸汽养护等冬季施工措施不当，混凝土温度控制不当，易出现裂缝。

1.3 收缩

混凝土体积收缩变形主要来自于塑性收缩和缩水收缩，因收缩产生的裂缝在实际工程中最为常见。

混凝土浇筑后4～5 h左右，混凝土产生塑性收缩，此时水泥水化反应激烈，水分急剧蒸发，出现泌水。同时混凝土粗骨料因自重下沉，受到钢筋约束,在钢筋周围极易产生裂缝。

混凝土在结硬以后还会产生缩水收缩。因混凝土表层内部水分损失慢而外部水分损失很快，导致内外收缩的不均匀，产生收缩裂缝。混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。

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，且随二氧化碳浓度的增加而加快，碳化收缩一般不做计算。

1.4 钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或者保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，使锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿着钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其他形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。

1.5 施工工艺质量

施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生各种裂缝，常见的有：

（1）混凝土振捣不密实、不均匀，集料配合比不符合设计要求等引起混凝土强度达不到要求，产生裂缝，甚至拉压破坏。

（2）用泵送混凝土施工时，为增加混凝土的流动性，施工单位常常采用增加水和水泥用量、私自加大水灰比的方法，导致混凝土凝结硬化过程中收缩量增加，产生不规则裂缝。

（3）混凝土搅拌、运输时间过长，拌合后长时间不使用，导致水分蒸发过多，混凝土塌落度过低，使混凝土出现收缩裂缝。

（4）混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不得当，在新旧混凝土和施工缝之间极易产生裂缝。

1.6 地基基础变形

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：

（1）地质勘察资料精度不够、试验资料不准。

（2）地基地质类型差异太大。

（3）结构荷载差异太大。（4）结构基础类型差别大。

（5）分期建造的基础。

（6）地基冻胀。

（7）桥梁基础置于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。

（8）桥梁建成后，原有地基条件变化。对于拱桥等产生水平推力的结构物，对地质情况掌握不够、设计不合理和施工时破坏了原有地质条件是产生水平位移裂缝的主要原因。

1.7 冻胀

大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水（结冰温度在-78℃下）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，成龄后混凝土强度可损失30%～50%。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。

2 总结

一座桥梁从建成到使用，牵涉到设计、施工、监理、运营管理等各个方面。由上述可知，设计疏漏、施工低劣、监理不力，均可能使混凝土桥梁出现裂缝。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中，进一步加强巡查和管理，及时发现和处理问题，也是一个相当重要的一个环节。