裂缝形成对桥墩影响及防治措施综述

党晓冰

裂缝是混凝土桥梁结构中最常见的病害之一，桥梁一旦产生裂缝就会降低自身的整体结构性，各个部件的抗拉、抗剪能力也跟着下降，墩体内部的钢筋在遇到潮湿的空气后发生锈蚀，这些都会影响混凝土桥梁结构的安全性与耐久性。本文归纳总结了混凝土桥墩裂缝的成因及处理方法，可以为防治桥墩裂缝的产生提供定的参考。

混凝土桥墩产生裂缝的原因

混凝土是一种多相体，它既具有抗压强度高、耐久性好的优点，又具有抗拉强度较低、受拉时抗变形能力小、易开裂等缺点。有关资料中认为，工程实践中桥墩的裂缝，由荷载引起的占20%左右，由变形变化引起的约占80%。混凝土桥墩裂缝按照不同的角度可划分为下列几类：

1.温度裂缝

热胀冷缩是混凝土的属性之一，结构因温度变化而发生变形又同时受到约束的时候，混凝土的内部会产生拉应力，当拉应力增大到混凝土的抗拉强度极限时，混凝土就会产生裂缝，称为温度裂缝。根据桥墩的温度场、温度变形和温度应力不同，温度裂缝可以分为截面均匀温差裂缝、截面上下温差裂缝、截面内外温差裂缝三种类型。

2.荷载裂缝

由外荷载引起的裂缝，称为结构性裂缝，这类裂缝的分布及宽度与外荷载有关。出现这类裂缝说明桥墩的承载力可能不足或存在其他严重问题。实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。次应力裂缝多属于张拉、劈裂、剪切性质。次应力裂缝也是由荷载引起，只不过按照常规是不去计算的，但随着现代计算手段的不断完善，次应力裂缝也是可以被合理验算的。

3.收缩裂缝

在混凝土收缩种类中，塑性收缩和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炭化收缩。混凝土收缩裂缝大部分属于表面裂缝，具有裂缝宽度较细，且排列纵横交错，形状又没有任何规律的特点。

4.混凝土沉缩裂缝

施工过程中，如果对混凝土的捣实达不到质量要求，又或者混凝土的流动性并不好，在混凝土硬化前就会有沉缩，这样在浇筑后的到三个小时内就有可能出现梭形裂缝，裂缝直达钢筋表面。

5.地基础变形裂缝

桥梁在服役期间，其基础会因为地质条件的影响发生纵向的不均匀沉降或横向位移，附加应力产生并超过混凝土的极限抗拉强度，从而牵连桥墩也产生裂缝。

6.冻胀裂缝

气温低于0℃时，混凝土产生膨胀应力，同时混凝土胶孔中的过冷水引起渗透压，然后膨胀应力会更大，混凝土的强度就会减弱，导致混凝土发生冻胀裂缝；气温低于零摄氏度和混凝土吸水饱和都是混凝土发生冻胀破坏的其中个条件。

7.施工裂缝

在混凝土桥墩结构中如果有细薄壁部件，则更容易在施工过程中因为施工工艺不合理、施工质量差，产生走向、宽度等不同的表面的或者贯穿的裂缝。

8.化学作用裂缝

水泥中的碱性物质与骨料中的活性硅发生化学反应，生成碱一硅酸盐凝胶，凝胶吸水产生膨胀压力，会造成混凝土开裂。该反应一旦发生就很难控制，通常不超过两年结构就会出现明显开裂；海水中的氯离子对桥墩的侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的，氯离子对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀，对结构的危害是多方面的，但最终表现为桥墩内钢筋的锈蚀，锈蚀后的钢筋体积将增大，从而胀裂桥墩的混凝土保护层致其脱落。

桥墩裂缝对桥梁结构的影响

混凝土桥墩裂缝的出现破坏了桥梁结构的整体性，有可能会使桥梁结构的受力情况发生改变。裂缝会使桥墩内部的钢筋直接与空气接触，导致钢筋锈蚀膨胀，有效截面变小。另外有些裂缝处会产生应力集中，从而加速桥梁的破坏。在寒冷地区，雨水进入裂缝会导致混凝土受冻融循环的破坏，降低桥梁的耐久性。在沿海地区，较多的氯离子因为裂缝的出现而直接与钢筋，接触发生电化学腐蚀，严重时会造成结构失稳。桥梁的受力情况较为复杂，桥墩裂缝产生的影响因素又很多。

混凝土桥墩裂缝的防治措施

众所周知，混凝土带裂缝工作是不可避免的，但对混凝土桥墩裂缝的防治工作仍是值得研究的重点，可以有效降低桥梁发生危害的可能。

1.设计计算阶段

在设计计算阶段，结构与荷载计算时不可有漏算，严格控制计算模型的合理性，保证结构受力假设与实际受力情况相符；在满足各项规范的前提下，设计截面尺寸较小的圆形桥墩样式可以改变结构温度应力的峰值并减小裂缝产生的可能；还有就是钢筋配筋数量要满足承载力要求，布置合理，有时还需要考虑温度应力等因素来适当增配钢筋。选取桥墩模板时，质量需要严格把控，它决定着桥墩的外形是否美观。为了保证模板不发生弯曲变形，在材料选择上实用偏硬切表面光滑的材质为最佳。

2.施工阶段

施工前在混凝土材料的选择方面，要选用收缩性较低的水泥，合理搭配混凝土中水泥、骨料、水和外加剂之间的关系。千万不能只为了追求所谓的经济效益，使用高标号水泥和大水灰比的配合比。为了提高施工质量，混凝土中应掺加胶凝材料总量20-30%以上的粉煤灰。混凝土的拌制，要严格控制原料计量准确，同时严格控制混凝土的出机塌落度，要尽量降低混凝土拌合物出机口的温度。

桥墩混凝土的浇筑要振捣充分方可密实，温度不宜过高，尽量避开日间施工，同时应调整混凝土配合比，降低水泥用量以减小水化放热量。热天浇筑混凝土时适当地减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热，或者搭设遮阳板，这些辅助措施可以控制混凝土的升温。

养护过程中可以用湿润的草帘、麻片等覆盖桥墩外表，并注意洒水养护，适当的延长养护时间，保证混凝土表面是逐步缓慢冷却的。安排合理的拆模时间，对温度、湿度实施监测可为混凝土的覆盖保温和拆模时机的选择提供可靠的依据。拆模后的桥墩表面仍需要保持潮湿。

3.使用阶段

使用阶段有已经产生的裂缝需要治理，也有隐藏的潜在裂缝需要控制。关于潜在裂缝，一般是不考虑有超出设计载荷的重型车辆过桥，或者受剧烈撞击，以及风雪地震等因素。

环境因素最可能左右桥墩潜在裂缝发展趋势。如果气温骤降，潜在裂缝因为混凝土收缩可能转变成可见的裂缝，所以要提前在桥墩表面涂抹可以防冻的保护涂层。根据《公路工程质量检验评定标准》规定，对公路桥墩裂缝缝宽大于0.15mm或铁路桥墩裂缝缝宽大于0.2mm以下的局部收缩裂缝，须进行处理及修补。还有一些既有裂缝并不会对桥墩的承载能力造成影响，那就只需要进行简单的表面处理即可，推荐使用防水型化学灌浆技术。

结论

混凝土桥墩经常会出现裂缝问题，影响建筑美观，危及工程质量。通过分析桥墩裂缝产生的原因，我们可以了解到从设计到材料选择，从施工养护到后来的运行阶段，都会对桥墩的裂缝形成产生一定影响。在桥墩建设时有针对性的加强对裂缝的防治措施，才能有效防止裂缝给桥梁带来的隐患，才能有效提高桥梁的使用年限。