橋梁混凝土裂縫成因和預防措施分析

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1 前言

　　隨著我國交通基礎建設的發(fā)展，各地興建了大量的混凝土橋梁。在橋梁建造和使用過程中，由于混凝土裂縫而影響工程質量甚至造成橋梁坍塌的事例屢見不鮮?；炷?plusmn;開裂可以說是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，嚴重影響了橋梁的使用性能，也經常困擾著橋梁工程技術人員。要想控制橋梁混凝土裂縫的產生，就必須了解其成因。本文就橋梁裂縫的產生原因作一分析，供參考。

　　2 橋梁混凝土裂縫種類及其成因

　　2.1 荷載引起的裂縫混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱為荷載裂縫，分為直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。

　　直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。裂縫產生的原因有：1）設計計算階段的結構計算不合理，受力假設與實際受力不符，安全系數不夠，不考慮施工的可能性，構造處理不當等。2）施工階段中不加限制的堆放施工機具、材料；隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設計圖紙施工，擅自更改結構施工順序等。3）使用階段時超出設計荷載的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生地震、爆炸等。

　　次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生的裂縫。如橋梁結構中經常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等，這些難以用準確的圖式進行計算，一般根據經驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構件挖孔后力流將產生繞射現(xiàn)象，并在孔洞附近聚集產生巨大的應力集中。實際工程中次應力是產生荷載裂縫的最常見原因。次應力裂縫多屬于張拉、劈裂、剪切性質。在設計上，應盡量避免結構突變（或截面突變），當不能同時避免時，應做局部處理，如轉角做成圓角或倒角，同時加強構造配筋，轉角處配置斜向鋼筋，對于較大孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。

　　2.2 溫度變化引起的裂縫當外部環(huán)境或結構內部溫度發(fā)生變化時，混凝土將發(fā)生變形，結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。引起溫度變化的主要因素有：1）年溫差。一年中四季溫度不斷變化，當結構的位移受到限制時就會引起溫度裂縫。年溫差一般以一月和七月的月平均溫度作為變化幅度。2）日照。

　　橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其他部位，溫度分布呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導致局部拉應力較大，出現(xiàn)裂縫。日照和驟然降溫是導致溫度裂縫的最常見原因。3)驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表面溫度突然下降，但由于內部溫度下降較慢而產生溫度梯度。日照和驟然降溫內力計算時可采用設計規(guī)范或參考實際資枓進行，混凝土彈性模量不考慮折減。4)水化熱。出現(xiàn)在施工過程中，大體積混凝土(厚度超過2m)澆筑后由于水泥水化放熱，使混凝土內部溫度升高，內外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。5)蒸汽養(yǎng)一護或冬季施工時施工措施不當，混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。

　　2.3 收縮引起的裂縫塑性收縮：混凝土澆筑后4h～5h左右，水泥水化反應劇烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時骨科因自重下沉，而此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。在骨科下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫，在構件豎向變截面處如丁梁、箱梁腹板與頂底板交接處，因硬化前沉實不均勻將發(fā)生表面的順腹板方向裂縫。

　　干縮：混凝土結硬以后，隨著表面水分逐漸蒸發(fā)，溫度逐漸降低，混凝土體積減小，稱為干縮。因混凝土表面水分損失快，內部損失慢，因此產生表面收縮快，內部收縮慢的不均勻收縮，致使混凝土表面承受拉力，產生收縮裂縫。

　　自生收縮：混凝土在硬化過程中，水泥與水發(fā)生水化反應，這種收縮與外界溫度無關，且可以是正的（即收縮，如普通硅酸鹽水泥混凝土），也可以是負的（即膨脹，如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土）。

　　碳化收縮：大氣中的二氧化碳與水泥中的水化物發(fā)生化學反應引起的收縮變形。

　　2.4 地基基礎變形引起的裂縫由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結構中產生附加應力，導致結構開裂，基礎不均勻沉降的主要原因有：1）地質勘探精度不夠、試驗資枓不準?？辈靾蟾娌荒艹浞址从硨嶋H地質情況是造成地基不均勻沉降的主要原因。2）結構荷載差異太大。在地質情況比較一致的情況下，各部分基礎荷載差異太大時，有可能引起不均勻沉降。3）結構基礎類型差別大。同一聯(lián)橋梁中混合使用不同基礎，如擴大基礎和樁基礎，或雖采用同一基礎，但基底標高差異太大，也可能引起地基不均勻沉降。4）分期建造的基礎。在原有橋梁基礎附近新建橋梁時，如分期修建的高速公路左右半副橋梁，新建橋梁荷載或基礎處理時引起地基土重新固結，均可能對原有橋梁基礎造成較大沉降。此外，還有地基凍脹和橋梁建成以后原有地基變化也可能引起構件裂縫產生。

　　2.5 混凝土原材料質量引起的裂縫混凝土主要由水泥、砂、骨科、拌合用水及外加劑等組成，配置混凝土時所采用的材枓不合格，可能導致結構出現(xiàn)裂縫。水泥質量不合格、受潮或過期會造成混凝土強度不夠，并導致開裂。砂石骨科粒徑太小、級配不良、空隙率大，會造成水泥和用水量加大，從而影響混凝土的強度，使之收縮加大，如果使用超出規(guī)定的特細砂，后果更嚴重。砂石中有機質和輕物質過多，將延緩水泥的硬化過程，降低混凝土強度，特別是早期強度。拌合水或外加劑中氯化物等雜質含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。

　　3 預防裂縫的措施

　　3.1 要做好模板、支架及各支撐處基礎和地基處理。確保其不發(fā)生沉降，移位。

　　3.2 u型橋臺要控制其填料的抗壓強度，并作好臺背的防水排水設施，防止填土過濕或排水不良，由于壓實不足或凍脹產生裂縫。

　　3.3 在盡可能的情況下，橋梁墩臺（尤其高墩）混凝土應一氣澆灌，不設施工縫。對墩身不可避免的施工縫要按技術規(guī)范要求，鑿毛該混凝土表面，用水沖洗，在混凝土澆注前，對水平縫鋪一層2cm～3cm的1:2水泥砂漿，然后再繼續(xù)澆筑混凝土。

　　3.4 在混凝土初凝前，進行二次振搗?？捎行蛩苄猿两狄鸬膬确謱?，改善骨科的界面結構，提高混凝土的強度。

　　3.5 橋墩身的豎向裂縫預防，可從控制溫度、改進設計和施工操作工藝、改善混凝土性能等方面人手，可減少水泥用量降低混凝上的入模溫度，如避開高溫時段施工，對原材料降溫處理；降低水泥水化熱的溫升，如選用低水化熱的水泥減少水泥用量等，摻入優(yōu)質粉煤灰加快澆筑混凝土的散熱，如使用鋼模，分層澆筑混凝土，每層不大于30cm，并使溫度分布均勻，在大體積混凝土中甚至還可預埋或利用一些管孔道通過冷水或冷風降溫。

　　3.6 加強澆筑混凝土的表面保護。如表面需應及時用草席、草袋覆蓋，并灑水或蓄水養(yǎng)護。夏天延長養(yǎng)護時間，寒冷季節(jié)爭取保溫措施，保護混凝土表面，特別是薄壁結構延長拆模時間，可延緩降溫，使混凝土中心與表面溫度差減小，以防急劇降溫。

　　4 結語

　　橋梁結構裂縫的成因多種多樣，處理的方法也各有不同，上述諸方法是在日常工作中經過長期探索得到的，經過實踐的檢驗證明行之有效。當然，有關橋梁結構裂縫的成因及防治對策是很復雜的，有待進一步研究。只有搞清楚了裂縫的機理，才能對癥下藥，只有合理的處治措施，才能使國家有限的建設資金發(fā)揮最大的經濟效益。