淺析橋梁裂絿產生的原因

王 剛

（哈爾濱市貸款建設路橋收費管理所，黑龍江，哈爾濱，150000）

淺析橋梁裂絿產生的原因

王 剛

（哈爾濱市貸款建設路橋收費管理所，黑龍江，哈爾濱，150000）

闡述了橋梁產生裂縫的原因及其處理方法

直接應力；熱聵冷縮；縮水收縮；銹蝕

近年來，我省交通基礎建設得到迅猛發展。在橋梁建造和使用過程中，有因出現裂縫而影響工程質量甚至導致橋梁垮塌的報道屢見不鮮。混凝土開裂可以說是?常發病?和?多發病?，經常困擾著橋梁工程技術人員。其實，如果采取一定的設計和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。實際上，混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要原因。混凝土橋梁裂縫的種類，就其產生的原因，主要有以下幾種：

一、荷載引起的裂縫

混凝土橋梁在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應力裂縫、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。其產生的原因有：

1、設計計算階段結構計算時不計算或部分漏算；計算模型不合理；結構受力假設與實際受力不符；結構安全系數不夠；內力與配筋計算錯誤。結構設計時不考慮施工的可能性；設計斷面不足；鋼筋偏少或布置錯誤；結構剛度不足；構造處理不當；設計圖紙交代不清等。

2、施工階段不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預制結構受力特點，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，改變結構受力模式；不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。

3、使用階段超出設計荷載的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發生大風、大雪、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裂縫。其產生的原因有：

1、在設計外荷載作用下，由于結構的實際工作狀態同常規計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起的次應力導致結構開裂。

2、橋梁結構中經常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等，在常規計算中難以用準確的圖式進行模擬計算，一般根據經驗設置受力鋼筋。

二、溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質，當外部環境或結構內部溫度發生變化，混凝土將發生變形，若變形遭到約束，則結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。在某些大跨度橋梁中，溫度應力可以達到甚至超出活載應力。溫度裂縫區別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有：

1、年溫差。一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結構的影響主要是導致橋梁的縱向位移，一可通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協調，只有結構的位移受到限制時才會引起溫度裂縫，如拱橋、剛架橋等。我國年溫差一般以一月和七月月平均溫度作為變化幅度。考慮到混凝土的蠕變特性，年溫差內力計算時混凝土彈性模量應考慮折減。

2、日照。橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受自身約束作用，導致局部拉應力較大，出現裂縫。

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，但因內部溫度變化相對較慢產生溫度梯度。日照和驟然降溫內力計算時可采用設計規范或參考實橋資料進行，混凝土彈性模量不考慮折減。

4、水化熱。出現在施工過程中，大體積混凝土澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內部溫度很高，內外溫差太大，致使表面出現裂縫。施工中應根據實際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥用量，減少骨料入模溫度，降低內外溫差，并緩慢降溫，必要時可采用循環冷卻系統進行內部散熱，或采用薄層斷續澆筑以加快散熱。

5、蒸汽養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，易出現裂縫。

三、收縮引起的裂縫

在實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮是產生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。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，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有任何規律。研究表明，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：

1、水泥品種、標號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高，普通水泥、火山灰水泥、礦渣水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標號越低、單位體積用量越大、磨細度越大，則混凝土收縮越大，且發生收縮時間越長。

2、骨料品種。骨料中石英、石灰巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低，而砂巖、板巖、角巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大，收縮小，含水量大收縮越大。

3、水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。

4、外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。

5、養護方法。良好的養護可加速混凝土的水化反應獲得較高的混凝土強度。養護時保持濕度越高、氣溫越低、養護時間越長，則混凝土收縮越小。蒸汽養護方式比自然養護方式混凝土收縮要小。

四、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，超出混凝土結構的抗拉能力，導致結構開裂。基礎不均勻沉降的主要原因有：

1、地質勘察精度不夠、試驗資料不準。在沒有充分掌握地質情況就設計、施工，這是造成地基不均勻沉降的主要原因。

2、地基地質差異太大。建造在山區溝谷的橋梁，河溝處的地質與山坡處變化較大，河溝中甚至存大軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。

3、結構荷載差異太大。在地質情況比較一致條件下，各部分基礎荷載差異太大時，有可能引起不均勻沉降，如高填土箱形涵洞中部比兩邊的荷載要大，中部的沉降就要比兩邊大，箱涵可能開裂。

4、結構基礎類型差別大。同一聯橋梁中，混合使用不同基礎如擴大基礎和樁基礎，或同時采用樁基礎但樁徑、樁長差別大時，或同時采用擴大基礎但基底標高差異大時，也可能引起地基不均勻沉降。

5、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幅橋梁，新建橋梁荷載基礎處理時引起地基土重新固結，均可能對原有基礎造成較大沉降。

6、地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰膨脹：一旦溫度回升，凍土融化，地基下沉。此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。

7、橋梁基礎置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質時，可能造成不均勻沉降。

五、鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土強度降低，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生銹蝕反應，從而對周圍混凝土產生膨脹應力導致保護層混凝土開裂、剝離，產生裂縫。

六、凍脹引起的裂縫

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9%，因而混凝土產生膨脹力；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可達30%~50%。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。

此外，施工材料質量、施工工藝質量都可以引起不同程度的裂縫。

一座橋梁從建成到使用，牽涉到設計、施工、監理、運營等各個方面。因此，嚴格按照國家有關規范、技術標準進行設計、施工和監理是保證結構安全耐用的前提和基礎。在運營管理過程中，進一步加強巡查和管理，及時發現和處理問題，也是相當重要的一個環節。

TU108

A

1674-3954（2011）02-0039-01

王剛，男，（1976—— ），哈爾濱市貸款建設路橋收費管理所，職稱：工程師