桥梁裂缝成因及控制技术分析

王佩祥

（重庆交通大学土木工程学院，重庆400074）

我国的桥梁建设技术已经跻身世界先进水平行列，但是，诸多桥梁在成桥后的运营使用过程中依然有不同的质量问题，其中裂缝问题尤为突出。桥梁工程出现裂缝对桥梁的安全使用有着不可忽视的影响，在很大程度上削弱了结构自身的完整性，影响了结构的强度和刚度，并且，裂缝的出现会导致空气等腐蚀性气体进入结构内部，影响桥梁的耐久性。因此，分析查找裂缝出现的成因，进而从源头上控制裂缝的出现，从长远来看，有着巨大的经济效应和社会效应。

1 裂缝出现的原因

1.1 温度变化引起的裂缝

桥梁施工时，在浇筑大体积混凝土过程中，由于水泥水化会释放大量热，导致内部温度很高，内外温差变大，进而导致混凝土表面出现裂缝。而在桥梁使用及运营状态下，年温差、温度骤降、日照等因素都会导致构件的局部温度明显与其余部分不同，温度梯度成非线性分布，在静定及超静定结构中都会产生温度应力，导致局部出现较大的拉应力，出现裂缝。

1.2 荷载引起的裂缝

荷载受力也是混凝土出现裂缝的重要原因,尤其在施工过程中容易出现不合理的操作造成裂缝大量出现。如果预应力不足，会导致混凝土结构正截面出现裂缝；如果预应力梁的混凝土没有达到强度标准就进行拉伸，那么，就容易造成混凝土纵向裂缝，以及钢筋弯起数量不够、抗剪钢筋布置过少等情况都会引起裂缝现象。

在施工时，没有对施工材料、机具进行限制；不清楚预制结构的受力特点，在进行翻身、起吊、运输、安装时没有按照要求进行；施工时和设计图纸出现偏差，没有按照设计图纸的顺序和要求施工，受力状态改变且未进行新的计算，等等。这些问题都有可能导致桥梁结构出现裂缝。

1.3 钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土浇筑、振捣操作错误或者此过程中二氧化碳、氯离子、硫酸盐等有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀，锈蚀钢筋的体积将会急速膨胀，导致混凝土胀裂，此种类型的裂缝多为纵向裂缝。

同时，混凝土存在碳化现象,这会导致与钢筋之间保护层的酸碱性质发生改变。简言之就是先锈后裂,物质附着在混凝土外部,不断腐蚀,钢筋表面和物质发生反应后生锈,从而钢筋表面产生膨胀,破坏混凝土保护层，进而导致裂缝的出现。

1.4 混凝土收缩引起的裂缝

混凝土收缩也是导致桥梁开裂的一个重要因素。干燥收缩和塑性收缩是最常见的两种形式，其中干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同所产生的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分蒸发过快，变形大；而内部水分蒸发慢，变形小。于是，较大的表面收缩变形受到混凝土内部约束，产生较大的拉应力，进而产生裂缝。而塑性收缩裂缝则是由混凝土塑性收缩引起的。塑性收缩是指混凝土终凝之前，因高温或风速较大，大面积暴露的新浇混凝土表面因失水较快而产生的收缩裂缝，其形成的主要原因是由于混凝土毛细管负压作用。

1.5 焊接工艺不当引起的裂缝

在安装桥梁横隔板时需将支座预埋钢板与调平钢板焊接，若焊接措施不当，四周混凝土容易开裂。这是由于一方面高温烧伤导致混凝土的强度随温度的升高而明显降低，钢筋与混凝土的粘结力也随之下降；另一方面，由于短时间受极高温影响，混凝土体内游离的水突然大量蒸发会使混凝土急剧收缩，进而导致构件四周的表面出现裂缝。

2 裂缝控制技术

2.1 完善桥梁设计

为了减少荷载裂缝的产生，需要从源头上解决裂缝产生的问题。在设计时，要充分考虑到裂缝问题，注意桥梁模型和结构的选取及计算是否有误，并在设计过程中充分考虑施工工艺，避免结构的假设受力与施工运营阶段出现较大的偏差。对于有预应力的桥梁，需要严格控制负弯矩区域的裂缝，往往此处的裂缝比正弯矩区的裂缝更为致命。

2.2 控制施工温度

施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥单位用量，降低内外温差，有条件的可以采用新型材料施工，增强混凝土的膨胀度，可以有效减少裂缝问题的出现。

目前，控制大体积混凝土水化热的措施主要是在浇筑过程中对混凝土采取降温措施，可采用循环冷却系统进行内部散热，如在浇筑混凝土时，在各浇筑层中间布置水管，通过水流带走浇筑时产生的大量水化热，或采用薄层连续浇筑以加快散热。

另外，需要合理设置入模过程的温度，避免内外温差过大导致混凝土开裂问题。

2.3 施工的控制

施工单位首先要保证材料质量，避免偷工减料或者材料质量不过关等问题。施工时需要有专业技术人员控制材料合理的配合比，提高混凝土的密实度，把好浇筑混凝土质量关。特别是对于沿海地区等特殊地段，在施工时要注意完全隔绝空气，避免强腐蚀性气体进入混凝土中锈蚀钢筋。另外，在特殊地段可以加厚保护层或者使用抗腐蚀能力强的混凝土减少裂缝出现的数量。

需要特别注意的是，桥梁的受力状态与施工的顺序和方法密切相关，因此，施工单位一定要严格按照设计图纸的顺序进行施工，如若被迫要改变施工顺序或施工方法，需要重新进行计算及验算工作，并且在施工过程中注意合理应用施工机具，严格按照相关规范流程继续施工，不可擅自更改。这需要施工单位对施工人员进行专业知识培训，严禁使用未经培训的施工人员。

3 桥梁裂缝处理方法

3.1 静压灌浆

在桥梁结构中产生了较大、较长、较深并且对桥体结构的整体性有着重大影响和威胁的裂缝时，可以使用静压灌浆，以保障桥梁结构的整体性。静压灌浆修补是指施加一定的压力，在桥梁结构内部裂缝中灌入水泥或者化学材料，浆液材料中有强力粘合剂，硬化之后可以紧密粘合裂开的混凝土结构，从而达到封闭裂缝的目的，有效增加桥梁的耐久性和结构强度。

3.2 表面裂缝修补法

对于小型桥梁，在桥梁裂缝程度较轻、桥体承载力不受过多影响的情况下使用此种修补工艺。此时裂缝一般较小、较浅，因此，采用表面修补法简单实用，而且比较经济，适用于多种原因导致的桥梁表面裂缝。主要措施有两种：第一种表面粘贴修补法，指在裂缝部位的混凝土面上通过胶粘剂将钢板或者玻璃布等材料粘贴在裂缝处。第二种表面封闭修补法，指在裂缝表面涂抹砌筑灰浆、水泥砂浆或者环氧砂浆、环氧基液等材料对裂缝进行封闭，此类填缝处理方式在美观、耐久性等方面可以起到一定的改善作用，但对结构的强度影响不大。

4 结语

桥梁结构中裂缝的产生原因和防治措施远远不止上述内容，有效的修补处理手段也需要不断改进。这就需要一批有知识、有热情的桥梁工作者继续努力，探求新的桥梁施工技术，寻找新的原材料。总之，为了保证我国桥梁建设水平更进一步，需要所有参与工程的人员共同努力，在设计、施工、运营三个阶段严把质量关，坚持技术革新，采取必要措施有效控制裂缝，保证桥梁工程的质量。