談混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因

吳佳佳

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西 太原 030006）

1 橋梁裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 荷載

施工過程中堆放過多的重型施工器械；不按設(shè)計圖紙而擅自改變結(jié)構(gòu)施工順序和結(jié)構(gòu)受力模式；不考慮預(yù)制結(jié)構(gòu)受力特點隨意吊裝；沒進(jìn)行機器振動疲勞強度驗算。通車階段超載重型車輛的通行；車輛、船舶的撞擊；大風(fēng)、大雪、地震等不可抗拒外力因素引起的裂縫。

1.2 溫度變化引起的裂縫

混凝土是一種具有熱脹冷縮性質(zhì)的建筑材料，外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化時，混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力，在某些大跨徑橋梁中，溫度應(yīng)力甚至可以超出活載應(yīng)力。溫度裂縫將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化的主要因素有：

（1）年溫差：一年中四季溫差大，遇到極限高溫、低溫年份，橋梁縱向變形量大，伸縮縫等變形設(shè)施設(shè)置不合理，導(dǎo)致橋梁主體變形受到約束，產(chǎn)生裂縫。

（2）水化熱。在施工過程中，大體積混凝土澆筑之后水化熱導(dǎo)致內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。施工中應(yīng)根據(jù)實際情況選擇低水化熱水泥或分次澆筑，以降低內(nèi)外溫差。

（3）蒸汽養(yǎng)護等冬季施工措施不當(dāng)，混凝土溫度控制不當(dāng)，易出現(xiàn)裂縫。

1.3 收縮

混凝土體積收縮變形主要來自于塑性收縮和縮水收縮，因收縮產(chǎn)生的裂縫在實際工程中最為常見。

混凝土澆筑后4～5 h左右，混凝土產(chǎn)生塑性收縮，此時水泥水化反應(yīng)激烈，水分急劇蒸發(fā)，出現(xiàn)泌水。同時混凝土粗骨料因自重下沉，受到鋼筋約束,在鋼筋周圍極易產(chǎn)生裂縫。

混凝土在結(jié)硬以后還會產(chǎn)生縮水收縮。因混凝土表層內(nèi)部水分損失慢而外部水分損失很快，導(dǎo)致內(nèi)外收縮的不均勻，產(chǎn)生收縮裂縫。混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細(xì)，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。

碳化收縮是大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形，且隨二氧化碳濃度的增加而加快，碳化收縮一般不做計算。

1.4 鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或者保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，使銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2～4倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護層混凝土開裂、剝離，沿著鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其他形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

1.5 施工工藝質(zhì)量

施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生各種裂縫，常見的有：

（1）混凝土振搗不密實、不均勻，集料配合比不符合設(shè)計要求等引起混凝土強度達(dá)不到要求，產(chǎn)生裂縫，甚至拉壓破壞。

（2）用泵送混凝土施工時，為增加混凝土的流動性，施工單位常常采用增加水和水泥用量、私自加大水灰比的方法，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化過程中收縮量增加，產(chǎn)生不規(guī)則裂縫。

（3）混凝土攪拌、運輸時間過長，拌合后長時間不使用，導(dǎo)致水分蒸發(fā)過多，混凝土塌落度過低，使混凝土出現(xiàn)收縮裂縫。

（4）混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位處理不得當(dāng)，在新舊混凝土和施工縫之間極易產(chǎn)生裂縫。

1.6 地基基礎(chǔ)變形

由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

基礎(chǔ)不均勻沉降的主要原因有：

（1）地質(zhì)勘察資料精度不夠、試驗資料不準(zhǔn)。

（2）地基地質(zhì)類型差異太大。

（3）結(jié)構(gòu)荷載差異太大。（4）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。

（5）分期建造的基礎(chǔ)。

（6）地基凍脹。

（7）橋梁基礎(chǔ)置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)時，可能造成不均勻沉降。

（8）橋梁建成后，原有地基條件變化。對于拱橋等產(chǎn)生水平推力的結(jié)構(gòu)物，對地質(zhì)情況掌握不夠、設(shè)計不合理和施工時破壞了原有地質(zhì)條件是產(chǎn)生水平位移裂縫的主要原因。

1.7 凍脹

大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水（結(jié)冰溫度在-78℃下）在微觀結(jié)構(gòu)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(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)重，成齡后混凝土強度可損失30%～50%。冬季施工時對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。

2 總結(jié)

一座橋梁從建成到使用，牽涉到設(shè)計、施工、監(jiān)理、運營管理等各個方面。由上述可知，設(shè)計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力，均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。因此，嚴(yán)格按照國家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計、施工和監(jiān)理，是保證結(jié)構(gòu)安全耐用的前提和基礎(chǔ)。在運營管理過程中，進(jìn)一步加強巡查和管理，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，也是一個相當(dāng)重要的一個環(huán)節(jié)。