淺析鋼筋混凝土橋梁裂縫成因與防治

　摘要：對鋼筋混凝土橋梁常見的裂縫現象，從設計、施工及形成機理等諸方面進行了闡述，分析了產生裂縫的常見原因及相關影響因素，并對裂縫的防治提出了相關的措施。 

　　關鍵詞：橋梁 裂縫 成因 防治 

　　中圖分類號：U448.34文獻標識碼：A 文章編號： 

　　1 概述 

　　混凝土因其價格便宜、抗壓性能好等諸多優點被廣泛應用于橋涵工程建設，但是混凝土最主要的缺點是抗拉能力差，容易開裂。大量的工程實踐和理論分析表明，幾乎所有的混凝土構件均有裂縫，只是有些裂縫很細小，允許其存在，其并不影響結構的正常使用；有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學的作用下，會不斷產生和擴展，引起鋼筋腐蝕，使混凝土結構的強度和剛度受削弱，耐久性降低，危害結構的正常使用，因此對出現的裂縫必須認真分析其種類及成因，采取相應措施加以控制和彌補。 

　　2 分析橋梁裂縫病害產生的原因 

　　混凝土橋梁裂縫的成因復雜、繁多，主要有環境、氣候因素、材料、施工工藝等因素影響，但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要因素?；炷翗蛄毫芽p的種類，就其產生的原因，大致可劃分為如下幾種： 

　　2.1 荷載引起的裂縫 

　　鋼筋混凝土橋梁在常規靜荷載、動荷載以及次應力下產生的裂縫稱為荷載裂縫。荷載裂縫多出現在結構構件的受拉區、受剪區或振動嚴重部位。主要分為直接應力裂縫和次應力裂縫兩種。直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫，其原因主要表現為三個方面：一是設計計算階段，結構計算時忽視了裂縫寬度和變形驗算、計算模型與實際結構有較大差異、荷載少算或漏算、內力計算與配筋計算不正確、結構設計時未考慮施工的可行性、鋼筋布置錯誤、結構處理不當等；二是施工階段，施工工具、材料等施工荷載隨意放置、隨意翻身、起吊、運輸、安裝構件、結構施工順序不當等；三是使用階段，使用荷載大大超過設計荷載（即汽車超載運輸）、車輛的撞擊、發生地震等惡劣自然現象等。次應力裂縫是指由于外荷載引起的次生應力產生的裂縫，其原因主要表現為兩個方面：一是結構的實際工作狀態同常規計算有較大差異，從而在某些部位引起次應力導致結構開裂；二是橋梁施工完成進行開槽、鑿洞等，導致洞口附近產生應力集中現象。 

　　2.2 凍脹裂縫 

　　大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現冰凍，游離的水轉變成冰，體積膨脹，因而混凝土產生膨脹應力，同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導致裂縫出現。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重，成齡后混凝土強度損失很大。冬季施工時對預應力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發生沿管道方向的凍脹裂縫。當混凝土中骨料空隙多，吸水性強，骨料中含泥土等雜質過多，混凝土水灰比偏大、振搗不密實，養護不力使混凝土早期受凍等，均可能導致混凝土凍脹裂縫。 

　　2.3 基礎不均勻沉降引起的裂縫 

　　由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，在結構中產生附加應力，當附加應力超出混凝土的抗拉強度時，混凝土就開裂?；A不均勻沉降的主要原因有：地質勘查和試驗資料不夠精確；地質差異較大；使用荷載差異較大；基礎類型不同；擴建工程的基礎；地基凍脹等。 

　　2.4 溫度裂縫 

　　混凝土具有熱脹冷縮的性質，當外部環境溫度或結構內部溫度發生變化時，混凝土將發生體積變形，若變形受到約束，則在結構內部產生拉應力，當拉應力超過混凝土抗拉強度時就產生溫度裂縫。引起溫差的主要因素有：年溫差、日照、聚然降溫、水化熱、蒸汽養護或冬季施工措施不當等。 

　　2.5施工材料質量引起的裂縫 

　　混凝土主要由水泥、砂、石水及外加劑安裝一定的比例拌和而成。配置混凝土所使用的材料選擇不當，可能導致結構出現裂縫。如水泥品種選擇、水灰比的設計、水泥最小用量、砂石含泥量等因素，都可能導致混凝土在凝結硬化過程中產生裂縫。由于混凝土施工質量較差或保護層厚度不足，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋發生氧化反應，體積增大2~4倍，對周圍混凝土產生膨脹應力，導致混凝土保護層開裂、剝離，沿鋼筋縱向產生裂縫。由于銹蝕，使得鋼筋有效截面面積減小，鋼筋與混凝土之間的粘結力削弱，最終導致結構承載能力下降，誘發其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，引起結構破壞。要防止鋼筋銹蝕，設計時應根據規范要求嚴格控制裂縫寬度、取用合理的保護層厚度；施工時應嚴格控制混凝土的水灰比，加強振搗和養護，提高混凝土的密實性，同時應嚴格控制含氯鹽的外加劑的用量，沿海地區和其它環境類別較差的地區更應該引起高度重視。 

　　2.6 收縮裂縫 

　　在實際工程中，混凝土因收縮引起的裂縫是最常見的?；炷潦湛s種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和碳化收縮。塑性收縮通常發生在施工過程中、混凝土澆筑后4~5h左右，此時水泥水化反應激烈，分子鏈逐漸形成，出現泌水和水分急劇蒸發，混凝土失水收縮。為了減小混凝土的塑性收縮，施工時應嚴格控制水灰比，避免過長時間的攪拌，下料不宜太快，振搗要密實，豎向變截面處宜分層澆筑?？s水收縮（干縮）通常發生在混凝土結硬以后。因混凝土表層水分損失快，內部損失慢，導致表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉應力，當表面混凝土的拉應力超過混凝土的抗拉強度時，產生收縮裂縫。自生收縮是混凝土在硬化過程中，水泥與水發生水化反應。這種收縮與外界濕度無關，可以是收縮，也可以是膨脹。碳化收縮是大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發生化學反應引起的收縮變形。碳化收縮只有在濕度50左右才能發生，而且隨著二氧化碳濃度的增加而加快。另外，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標號及用量；骨料品種；水灰比；外摻劑；養護方法；外界環境；振搗方式及時間等。 

　　2.7 施工工藝不當引起的裂縫 

　　在混凝土結構構件制作、運輸、安裝過程中，施工工藝不合理、施工質量較低，容易產生各種形式的裂縫，產生裂縫的主要原因有以下幾方面： 

　?。?） 施工前對支架壓實不足或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉。 

　?。?） 施工時模板剛度不足，在澆筑混凝土時，由于混凝土自重和側向壓力的作用使得模板變形。采用膠囊內模的空心板等構件施工時，膠囊位移導致構件尺寸與設計尺寸不同。 

　?。?） 混凝土攪拌、運輸時間較長，使水分蒸發較多，引起混凝土坍落度過低。 

　?。?） 混凝土施工時，由于工藝要求加大了水灰比，導致混凝土凝結硬化時收縮量增加。 

　?。?） 混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位處理不好?；炷琳駬v不密實、不均勻，出現蜂窩、麻面、空洞，導致截面削弱、鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫。 

　?。?） 混凝土早期受凍，使構件表面出現裂紋或局部剝落或脫模后出現空鼓現象。 

　?。?） 施工時拆模過早，混凝土強度不足，使得構件構在自重或施工荷載作用下產生裂縫。 

　　3 裂縫狀態判斷 

　　鋼筋混凝土結構在正常使用極限狀態下出現裂縫屬于正?，F象。我們根據裂縫對橋梁的危害性的大小把裂縫分為有害裂縫和無害裂縫。有害裂縫主要指對橋梁結構的承載能力（強度）、變形（剛度）、節點構造的可靠性等有直接影響或嚴重影響的裂縫。無害裂縫主要指對橋梁結構影響較小的裂縫。由于無害裂縫在后期的發展過程中可能形成的有害裂縫，因此，我們要及時對有害裂縫進行修補加固，對無害裂縫進行有效的預防和控制。 

　　4 裂縫修補方法 

　　橋梁裂縫處理與加固應結合進行。常用的橋梁縱向加固方法可分為：上部結構加固時采用橋面補強層加固法、增大截面和配筋法、粘貼鋼板法、改變結構受力體系加固法、體外預應力法等；下部結構加固時采用擴大基礎加固法、增補樁基加固法、混凝土套箍法、墩臺拓寬法和橋臺新建擋土墻加固法。常用的橋梁橫向加固方法可采用增設預應力橫隔梁、提高橋梁的橫向剛度等。橋梁裂縫常用的修補方法主要有裂紋注漿、表面涂裝、保護層修補、充填法等。從修補效果來看，結構物的劣劃速度得到了相對控制，基本起到了提高結構耐久性的目的。 

　　5 結束語 

　　裂縫是混凝土結構中普通存在的一種現象，它的出現不僅會降低建筑物的抗滲能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕、混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力?；炷翗蛄毫芽p產生的原因千差萬別，在工程實踐中，只有掌握各種常見裂縫的形成機理，才能采取有效措施，防止裂縫的出現。對于發生的裂縫應全面調查分析，查明原因，取得加固依據，采取措施防止裂縫的進一步發展，確?；炷两Y構的安全使用，在選擇處理方法上，應比較論證，綜合考慮，以求施工方便，經濟高效。 

　　參考文獻 

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　　【4】 李建民城市橋梁受力特性及病害病因淺析、城市道路與防洪，2004 

　　【5】 肖敏雷昌龍混凝土橋梁的病害防治、橋梁建設