桥梁危害性裂缝成因分析和应对措施

2011-08-15张燕军

科技传播 2011年20期

张燕军

呼伦贝尔市公路工程局，内蒙古呼伦贝尔 021008

2011年7月11日，江苏盐城通榆河桥坍塌；12日，武汉黄陂一高架桥引桥严重开裂，并向两边倾斜；14日，福建武夷山公馆大桥倒塌；15日，杭州钱江三桥引桥坍塌。9天之内全国有4座桥梁出现了问题。这些问题都是近期发生在我国的桥梁事故，这些事发生了问题的桥梁，那些没有发生问题的桥梁又有多少呢？因此如何对那些尚没有出现问题的桥梁做一次全面的检查是很必要的。要做出系统的检查就要查出问题的关键所在，下面我们就容易出现问题的地方来进行系统认识。

1 桥梁裂缝的危害

桥梁裂缝在几乎所有的桥梁中都存在，也是最常见的问题之一。造成混凝土的裂缝是由多种因素在一起相助作用产生的。可以危机到桥梁的安全，例如桥梁混凝土的网裂，大型的贯穿缝都能破坏桥梁的结构造成严重的破坏。还有就是一些混凝土的裂缝开裂暴露出桥梁内部的钢筋，经过长时间的风吹雨淋，出现的钢筋腐蚀现象，由于钢筋的腐蚀作用反过来又使裂缝开裂面积越来越大，如此循环下去，最终造成桥梁寿命减短，甚至引发严重的桥梁事故。

由于长时间没对桥梁进行保养维护，就有可能产生，混凝土的碳化；由于没能对裂缝出的钢筋进行修复工作，肯定会造成桥梁的顺筋裂缝，这就在桥梁安全性上大打折扣，也使桥梁的持久性出现了各种问题，严重的会造成桥梁垮塌。

由于桥梁的地基不均匀造成的桥墩沉降，造成桥梁主体生成的桥梁裂缝。也是桥梁产生裂缝的一个重要因素。例如桥墩的贯穿缝、桥身主体的混凝土开裂等等。

2 桥梁裂缝的成因

桥梁的裂缝是由于混凝土中大抗拉强度小于混凝土中的拉应力和极限拉应变小于其拉应变时，就会使桥梁产生裂缝。裂缝的成因主要表现为几个方面。

1）网裂、龟裂。在混凝土表面出现的不规则裂缝，称为网裂或龟裂：

（1）混凝土在搅拌和运输过程中，由于时间的关系造成水分蒸发，在浇筑的过程中时间过长，由于缺少水分致使混凝土成型后出现不规则的网状裂缝；

（2）混凝土在浇筑时，由于水分不充足或时间过长或在高温、大风天气时施工，都可以在浇筑过程中造成混凝土的内外水分不均衡，这就会使混凝土表面产生一些裂缝。

2）超载裂缝。超载裂缝有可细分为：

（1）局压裂缝：局压裂缝最显著的特点是出现压力和大体方向平行的多条裂缝。这是由于在最初设计桥梁时混凝土的抗压强度不够，还有就是大型的车辆超载反复的碾压，使桥梁的混凝土出现局部的拉应力小于承压力，导致产生局部压裂缝，甚至会局部碎裂现象；

（2）弯曲裂缝：最明显的特点是钢筋成型后弯曲处外侧产生横向裂缝。这是由于材料冷弯性能不良造成的；尤其是在在北方地区寒冷季节，成型场所温度过低。就容易造成这种弯曲裂缝；

3）钢筋腐蚀引发的裂缝。桥梁的钢筋发经过长时间的风吹雨淋，钢筋会被氧化，产生大量的锈蚀。锈蚀产生的膨胀力从而就会影响到混凝土，当混凝土抗拉强度小于膨胀应力时，就造成混凝土开裂。这种由钢筋的影响造成的裂缝，一般都为沿钢筋长度方向发展的顺筋裂缝。

4）直接应力裂缝、次应力裂缝。是由于桥梁上经常进行超负重的作业施工和进行超载的行驶引起的裂缝。归纳其基本的原因有以下几个方面：

（1）由于施工时不了解桥梁机构随意堆放各种材料、施工机具；不了桥梁制结构受力特点，在施工时没保护受力点；改变结构受力模式不按图施工、擅自更改施工顺序；没有对结构作疲劳强度检验；

（2）桥梁的结构设计没有考虑施工出现的问题，例如设计截面不足；对结构在设计没有进行合理的计算，造成桥梁的结构实际受力与受力假设不匹配，没有加入荷载的计算或数据不准确；桥梁机构中的钢筋偏少或位置偏移，结构刚度不够；配筋与内力的比例计算不准确，造成的桥梁安全系数不合格；

（3）在桥梁正式开通后，超过桥梁设计时的荷载的重型车辆过桥、交通事故、由于天气变化发生地震、闪电、大雪、大风、爆炸等。

5）在混凝土施工完成后的数周或数月之间，很容易引发收缩裂缝。这是由于混凝土的自身收缩、碳化收缩、水分变化问题引起的，混凝土的快速干燥使混凝土的沁水率小于蒸发率，水存在于混凝土的颗粒与颗粒之间的缝隙形成的毛细管中，毛细管的张力引起混凝土自体收缩所产生的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度而产生裂缝，这些裂缝是不规则斜裂缝，这些裂缝就容易影响到混凝土的塑性收缩和收缩水收缩，由于这些因素导致的裂缝是最常见的；

6）由于温度变化引起的裂缝。尤其是北方的环境冬天寒冷、夏天炎热，由于混凝土和钢筋热胀冷缩系数不一致，很容易造成混凝土和钢筋的变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生各种作用力，在超出混凝土的抗拉强度时就会出现由于温度变化产生的温度裂缝。其主要特征是表面的裂缝毫无规律，有直达表面的贯穿裂缝，还有混凝土内部的深层的裂缝，由于是钢筋和混凝土在温度变化的情况下引起的裂缝，所以在钢筋和混凝土之间存在的裂缝一般都与钢筋的方向平行或者接近；

7）冻胀引起的裂缝。在混凝土中是存在一定的水分的，当空气的温度低于0℃时，混凝土中的水就会转变成冰，冰的体积比水大9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土中毛细管水在受到温度变化时也会开始流动进行重新的分配，使混凝土的膨胀力变大，从而降低了混凝土的强度，致使出现裂缝；

8）由地基基础变形引起的裂缝。这种裂缝有以下两种：

（1）由于混凝土在塑性时，在有河流的地方，受到水流的冲刷引起基础、支架等有不均匀上升或下降，使局部混凝土受力不均匀，造成混凝土变形产生裂缝；

（2）由于重力作用产生的裂缝。这是由于混凝土中的大颗粒自身重力较大，造成下降使得较轻的水泥浆上浮，在重力的作用下与钢筋、模板之间的相互作用而产生的。

3 预防裂缝的常见措施

1）在桥梁的最初设计时，在容易出现裂缝的位置添加一些钢筋的设计，具体可以在孔洞周围以及转角处布置一些倾斜的钢筋来增强拉力，特别应当注意在设计中降低桥梁结构的约束度，并降低对混凝土钢筋的保护层的厚度，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。以上一些设计可以有效的控制裂缝的出现；

2）为改善和调节混凝土的性能、节约水泥而掺加的有机、无机或复合的化合物。这就是混凝土的外加剂。如膨胀剂、泵送剂、早强剂、引气剂等。外加剂可以从以下几个方面来选择。改善混凝土拌合物流变性能的外加剂；调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂；改善混凝土耐久性的外加剂；改善混凝土其它性能的外加剂。这样做可以降低最终收缩值、改善混凝土的工作度、增强抗渗能力，还可以增加混凝土的密实度，并替换等量的水泥，减少水泥用量，降低成本、这样做最大好处是可以降低混凝土水泥化的温度，降低出现温度裂缝的出现几率；

3）在混凝土的骨料上选择应本着选取质量好的骨料，粗骨料包括卵石、碎石、废渣等；细骨料包括中细砂，粉煤灰等。选择这样的骨料可以降低干缩、水化热，并能获得相对较小的孔隙率以及表面积，降低了混凝土出现裂缝的几率；

4）在桥梁的施工过程中对混凝土的运输、浇筑和温度及表面的保护，是减少混凝土裂缝的关键。在较高的温度事施工，应当就露天的砂石料用帆布覆盖，也可以用水对砂石料进行降温。在混凝土搅拌的过程中向混凝土加添温度相对低得水，来降低混凝土入模温度，从而实现我们降低混凝土裂缝的目的。

在冬季施工时应注意到混凝土的被动问题。所以在浇筑混凝土的时候应当注意温度的变化，一般情况下冬季施工的温度掌握在8℃左右，在混凝土搅拌浇筑前我们可以对混凝土的骨料以及水泥等材料进行加热，并添加抗冻剂。在浇筑的时候要注意对温度的保护和对已浇筑的混凝土的保温，这样才能在冬季顺利的施工，并保证桥梁的工程质量，减少混凝土的裂缝出现。