浅析桥梁裂缝产生原因

房培军

摘 要：本文论述了公路混凝土桥梁常见裂缝的情况，分析了裂缝产生原因

关键词：公路；混凝土；桥梁裂缝；产生原因

近年来，我市基础建设得到迅猛发展，兴建了大量的混凝土桥梁，在桥梁建造和使用过程中，有关因出现裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的报道屡见不鲜。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”，经常困扰着桥梁工程技术人员。其实，如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的裂缝，本文尽可能对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析、总结，以方便设计、施工找出控制裂缝的可行办法，达到防范于未然的作用。

混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：

一、荷载引起的裂缝

荷载引起的裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

（一）、直接应力裂缝（外荷载引起的直接应力产生的裂缝）产生的原因：

1、 设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性；设计断面不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。

2、 施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。

3、 使用阶段，超出设计载荷的重型车辆过桥；受车辆、船舶的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。

（二）、次应力裂缝（外荷载引起的次生应力产生裂缝）产生的原因：

1、 在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。

2、 桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。

二、 温度变化引起的裂缝

1、年温差：

一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移，一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，当结构的位移受到限制时就会引起温度裂缝，例如拱桥、刚架桥等。

2、日照：

桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。

3、骤然降温：

突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度，易出现裂缝。

4、水化热：

出现在施工过程中，大体积混凝土浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。

5、蒸汽养护或冬季施工：

施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝。

三、 收缩引起的裂缝

影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：

1、水泥品种、标号及用量：

矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。例如，为了提高混凝土的强度，施工时经常采用强行增加水泥用量的做法，结果收缩应力明显加大。

2、骨料品种：

骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低；而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小，含水量大收缩越大。

3、水灰比：

用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。

4、外掺剂：

外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。

5、养护方法：

良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。

6、外界环境：

大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。

7、振捣方式及时间：

机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定，一般以5～15s/次为宜。时间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀；时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。

四、 地基础变形引起的裂缝

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、地质勘察精度不够、试验资料不准，在没有充分掌握地质情况就设计、施工，这是造成地基不均匀沉降的主要原因。

2、地基地质差异太大，地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。

3、结构荷载差异太大，引起不均匀沉降。

4、结构基础类型差别大，也可能引起地基不均匀沉降。

5、分期建造的基础，可能对原有桥梁基础造成较大沉降。

6、地基冻胀，一旦温度回升，冻土融化，地基下沉，造成不均匀沉降。

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、桥梁建成以后，原有地基条件变化造成不均匀沉降。

五、钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，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，其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，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。

六、 冻胀引起的裂缝

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度以下）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，成龄后混凝土强度损失可达30%～50%。冬季施工時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。

温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。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。

七、结语：

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，也是相当重要的一个环节。