混凝土桥梁产生裂缝的原因分析

任露露

（沈阳和佳道桥工程有限公司，辽宁 沈阳 110043）

桥梁全寿命期须经历设计阶段、施工阶段和后期运营维护三个阶段，而这其中任何环节出了问题都可能使得混凝土桥梁产生裂缝，从而影响桥梁正常使用或降低桥梁使用年限，严重的可能导致桥梁丧失使用功能，给人民生命财产带来巨大损失。因此，防止混凝土桥梁产生裂缝要从设计阶段、施工阶段、后期运营维护三个阶段采取相应措施，保证桥梁在全寿命期正常使用。

1 混凝土的特性

引起混凝土桥梁产生裂缝的原因很多，分析诸多引起混凝土桥梁产生裂缝的原因均与混凝土的特性密切相关。因此有必要重温混凝土的特性，找出混凝土裂缝与其特性之间的内在关系，以寻求防止混凝土裂缝的方法。混凝土是由水泥、砂、石（碎石或卵石）和水经拌合而成的一种人造石材；砂、石是骨料，水泥和水拌合后形成水泥浆，水泥浆充满砂石间的缝隙将砂石包裹起来，硬化后将骨料胶结在一起形成坚硬的整体（混凝土）。

1.1 混凝土抗拉强度低

混凝土是水泥、石子和砂石组成的人造石材，属脆性材料，其抗压强度高，抗拉强度低（约为抗压强度的十分之一）。在施工或使用过程中当混凝土受拉或受弯，在很小的拉应力下就会开裂［1］，是混凝土这种材料致命的弱点。

1.2 混凝土耐久性较差

混凝土的耐久性包括混凝土的抗渗性、抗冻性和抗腐蚀性。人们普遍认为混凝土是一种人造石材，其耐久性应是混凝土具有的最凸显的特点之一。随着科学研究的不断深入和混凝土在使用时所出现的问题来看，混凝土的耐久性不仅不如普遍认为的那么强，反而十分的差。长期实践证明混凝土的抗渗性比较强而混凝土的抗冻性和抗腐蚀性较差。当气温达到零度以下时，混凝土内部的自由水结冰膨胀，经多次冻融循环后，其强度和外观不能保持混凝土原有的特性，混凝土内部因出现裂缝而导致强度降低；混凝土在酸、碱、盐等腐蚀环境中随时间推移内部结构受破坏，导致混凝土强度降低，从而降低了混凝土的耐久性。

2 混凝土桥梁产生裂缝的原因

由混凝土的特性知道混凝土抗拉强度很低，在施工、使用过程中如果施工方法不当或使用环境发生变化导致混凝土所受拉力超过混凝土抗拉强度时，混凝土既产生裂缝。据调查桥梁混凝土结构产生裂缝的主要原因，大致可分为以下几类。

2.1 荷载导致的裂缝

混凝土桥梁在静、动荷载作用下产生的裂缝称荷载裂缝，荷载裂缝产生的主要原因有：

（1）设计原因。设计者在进行结构计算时荷载少算或漏算；计算模型与实际受力状态不一致；内力与配筋计算错误；安全系数取值小于规定值。

（2）施工原因。施工过程中，混凝土未达到要求的强度时任意堆放施工机具、设备，施工人员、机具过于集中，使施工荷载超过设计值；任意增加混凝土厚度，增加结构自重，未经批准擅自更改设计，改变桥梁结构受力状态。

（3）使用原因。桥梁投入使用后疏于管理，超出设计载荷的重型车辆过桥；受车辆、船舶的撞击；桥梁受到不可抗力的影响（如强风、大雪、地震等）。

2.2 温度变化引起的裂缝

温度裂缝区别于其它裂缝的最主要特征是它会随着温度的变化而变化［2］。混凝土与其他建筑材料一样具有热胀冷缩的特性。在施工或使用过程中外界温度变化会使混凝土产生收缩、膨胀变形，当这种变形受到模板及其他约束时，混凝土将产生拉、压应力，当拉该应力超过混凝土的抗拉强度时混凝土产生裂缝（温度裂缝）。温度变化引起的裂缝的主要原因有：

（1）温差。当自然温度发生变化时（如骤然降温、昼夜温差等）导致桥梁混凝土产生变形（伸、缩），对桥梁的影响主要是导致桥梁的纵向位移，当桥梁的位移受到限制导致混凝土裂缝。

（2）水化热。水泥是水硬性材料，水泥浆在混凝土硬化过程产生热量，即水化热，水化热在混凝土内部温度高，特别是大体积混凝土内部温度可高达70℃，而混凝土表面温度低。大量的统计资料表明当混凝土内外温差超过25℃时，混凝土表面所受的拉应力远大于混凝土的抗拉强度，混凝土表面产生裂缝。

2.3 混凝土自身收缩引起的裂缝

经调查，混凝土桥梁常见的裂缝中，有很多是由于混凝土自身收缩变形引起的。混凝土自身收缩变形可分为塑性变形和干缩变形。

（1）塑性变形

混凝土浇筑完毕，混凝土中水泥浆水化反应激烈，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，导致混凝土体积发生变化，为塑性变形。当塑性变形受到约束时产生拉应力，拉应力大于混凝土的抗拉强度即产生裂缝。

（2）干缩变形

混凝土在硬结过程或硬结以后，混凝土表面水分和混凝土中的自由水蒸发，混凝土体积变小，这种变形称为干缩变形。混凝土浇注完毕，如养护不当，表层水分蒸发过快，导致内外变形不一致使表面变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土受拉而产生裂缝，这种裂缝为干缩裂缝。

2.4 混凝土材料引起的裂缝

（1）水泥

水泥是水硬性材料，变形性能与其化学成分有关，且与出厂时间有关。采用过期或不合格的水泥导致混凝土抗拉强度不足；使用氧化钙含量超标的水泥，氧会使已水泥中已硬化的水泥石受到破坏，也会降低混凝土抗拉强度，给混凝土裂缝埋下隐患。

（2）砂、石

砂石的强度、级配、杂质及含泥量均对混凝土有一定的影响。砂石级配不符合要求将导致水泥用量加大，水泥是胶结材料，水泥用量大必然加大混凝土收缩，导致混凝土产生裂缝；砂石中含泥量超标，混凝土强度降低，导致混凝土产生裂缝；砂石中有机质物超标可延缓水泥的硬化时间、降低混凝土强度，导致混凝土产生裂缝。

（3）水用量大（水灰比大），混凝土收缩变形大，水中含有有害物质，腐蚀钢筋、骨料，混凝土强度降低，导致混凝土产生裂缝。

2.5 施工质量对混凝土裂缝的影响

（1）混凝土保护层过厚

造成保护层过厚的原因主要是钢筋定位不准，未加垫块或垫块过厚；其次是施工过程管理不到位，在浇筑混凝土时将上层钢筋踩踏下移。

（2）混凝土振捣不密实

造成混凝土振捣不密实的原因主要是未落实技术交底，操作人员责任心差或混凝土一次摊铺过厚，混凝土水灰比过大等原因。后果是混凝土表面出现蜂窝、麻面、空洞，混凝土受力后内部应力力不均产生裂缝。

（3）浇筑速度过快

混凝土因浇筑速度过快骨料沉实不足，密实度不够，往往在混凝土初凝后出现裂缝。

（4）混凝土初期养护达不到要求，使混凝土早起收缩过快而产生裂缝。

（5）冬期施工未采取可靠保温措，使混凝土早期受冻，表面出现裂缝。

（6）拆模过早。混凝土强度未达到设计要求即拆模，使混凝土构件过早受力而产生裂缝。

（7）配合比计量不准，混凝土达不到设计强度，使混凝土产生裂缝。

2.6 基础沉降变形对混凝土裂缝的影响

（1)地质勘查资料不准确，

主要是孔位间距大、钻孔深度不够或勘察精度差，未能探明桥梁基础下实际土质情况，地基下存在软卧层而地质报告未能描述不清，导致设计失误。

（2）施工时地基处理不满足设计要求，如虚土未清净、扰动土未夯实，导致桥梁基础不均匀沉降或产生水平方向的位移，使得上部混凝土桥梁结构产生裂缝。

（3）使用阶段超载运行，导致桥梁基础产生不均匀沉降。

3 防止混凝土桥梁裂缝的措施

3.1 加强施工过程管理。

施工前应该对每一种原材料进行专业性的试验和检测，严格控制砂、石的强度、含泥量和含水率，优先选用低水化热水泥；施工前应做好施工方案，包括混凝土搅拌运输、浇筑顺序、料具准备、人员配置、养护方案，支、拆模方案；做好技术交底。施工过程中应加强检查，应严格按拟定方案组织施工并做好检查记录，发现影响问题及时采取相应的技术措施，将问题消灭在萌芽中。

3.2 严格控制混凝土质量

按混凝土配合比设计要求严格控制砂石的含泥量和水泥用量；严格控制水灰比，不允许在混凝土运输或浇筑过程任意加水。

3.3 严格按照施工方案确定浇筑顺序

混凝土浇筑过程中应加强振捣环节的监控，确保混凝土振捣密实，严禁混凝土出现蜂窝、麻面、空洞，在混凝土初凝前，进行二次振捣。

3.4 加强混凝土养护

混凝土浇筑完毕应及时浇水、覆盖养护，养护时间不应少于7天或按设计要求。

3.5 大体积混凝土

对大体积混凝土应采取可靠的降低水化热的技术措，将混凝土内外温差控制在25℃以内。

3.6 严格控制拆模时间

拆模应经项目技术负责人和监理人员批准并按规定程序履行拆模手续。

4 结语

裂缝是桥梁致命的质量问题，在实际施工时候应该加大重视力度。同时根据桥梁的具体情况和其所处地理位置的自然条件等将可能存在的问题加以综合分析，根据实际问题确定切实有效的对策和措施，加强施工过程管理力度，混凝土裂缝是可以控制的。

［1］吴剑.浅析路桥施工中混凝土裂缝防治［J］.科技与生活，2011(13)：151

［2］郑巍巍.浅析路桥施工中混凝土产生裂缝的原因及处理技术［J］.中国科技博览，2010(34)：442

［3］黄宏图，王海军.路桥工程混凝土桥梁裂缝［J］.城市建设，2010(34)：235-236

［4］高小建，巴恒静.混凝土水灰质量比与其早期收缩关系的研究［J］.同济大学学报，2004，32（1）：67

［5］（JTG/TF50-2011）公路桥涵施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［6］强士中，邵旭东.桥梁工程［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［7］周静海，张东，杨永生.废弃纤维再生混凝土梁受弯性能试验［J］.沈阳建筑大学学报（自然科学版），2013，29(2)：290-296.