淺談混凝土橋梁裂縫的成因

摘 要：針對混凝土橋梁經常出現的裂縫，就裂縫的種類和各類裂縫產生的原因作了較深刻的闡述。

關鍵詞：混凝土； 橋梁； 裂縫； 成因

中圖分類號：U445.71 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2012）07-175-001

混凝土因其取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、耐火性好、不易風化、養護費用低等原因，已成為建筑結構中使用最廣泛的材料。混凝土最主要的缺點是容易開裂，抗拉能力差。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是帶裂縫工作的，只是有些裂縫很細，甚至肉眼看不見，一般對結構的使用無大的危害，可允許其存在；有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學因素的作用下，不斷產生和擴展引起混凝土碳化，保護層剝落，鋼筋腐蝕，使混凝土的強度和剛度受到消弱，耐久性降低，嚴重時甚至發生垮塌事故，危害結構的正常使用，必須加以控制。我國規定公路、鐵路等部門設計規范均采用限制構件寬度的辦法保障混凝土結構的正常使用。

現將混凝土橋梁裂縫的種類及其產生的原因簡要介紹如下：

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。主要有直接應力產生的裂縫、次應力裂縫兩種。直接應力裂縫是指荷載引起的直接應力產生的裂縫。產生原因一是設計計算階段，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；荷載少算或漏算；內力與配筋計算錯誤；結構安全系數不夠；結構計算時不考慮施工的可能性；設計片面不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結構剛度不足、構造處理不高；設計圖紙交代不清等。二是施工階段，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；不對結構做機器震動下的疲勞強度驗算等。三是使用階段，超設計荷載的重型車輛過橋，受車輛、船舶的接觸、撞擊；發生大風地震等。次應力裂縫是指由外荷載引進的次生應力產生的裂縫。原因是：第一在設計荷載作用下，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次應力導致結構開裂。第二，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

1.引起溫度變化的主要因素

1.1年溫差。一年中四季溫度不斷變化相當緩慢，對橋梁結構的影響主要是導致橋梁的縱向移位，一般可通過橋面伸縮縫，支架移位或設置柔性樁等構造措施相協調，只有結構的位移受到限制時才會引起溫度的裂縫。

1.2日照。橋面板、主梁或橋墩側面受太陽暴曬后，溫度明顯高于其他部位，溫度濕度呈非線形分布。由于受到自身的約束作用，導致局部壓力較大，出現裂縫。

1.3驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表溫度突然下降，但因內部溫度變化相對較慢而產生溫度差應力。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經行，混凝土彈性模量不考慮折減。

1.4水化熱。出現在施工中大面積混凝土澆筑之后，由于水泥放熱，導致內部溫度較高。內外溫差太大，出現裂縫。施工中應根據實際情況，選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥單位用量，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外散熱，或采用薄層連續澆筑以加快散熱。

2.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常見的。在混凝土收縮過程種類中，塑性收縮和縮水收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

發生在施工過程中，混凝土澆筑后4h~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，同時骨料因自重下沉，因此時混凝土尚未硬化成為塑性收縮。塑性收縮所產生的量級很大，可達1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋便形成沿鋼筋方向的裂縫。

3.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，游離的水變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土凝膠孔中有過冷水在微觀結構中遷移或重新分布引起滲透壓，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，成凌后，混凝土強度損失可達31%~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。溫度降低到零度和混凝土吸水飽和是發生凍脹破壞的必要條件。當混凝土中骨料空隙多，吸水性強，骨料中含有泥土等雜物過多，混凝土水灰比偏大、搗震不密實，養護不利都會使混凝土早期受凍，導致混凝土凍脹裂縫。

三、地基基礎變形引起的裂縫

由于地基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。原因有：①地質勘查密度不夠、試驗資料不準；沒有充分掌握地質情況就設計、施工。②地基地質差異太大，造成在山區、河谷的橋梁，河溝中甚至存在軟弱的地基，地基土不同壓縮性引起不均勻下沉。③結構荷載差異太大時，有可能引起不均勻下沉。④結構基礎類型差異大。⑤分期建造的基礎。⑥地基膨脹。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下沉。

四、施工材料質量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂骨料拌合水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質量不合格，可能導致結構出現裂縫。

五、施工工藝質量引起的裂縫

在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊安過程中，若施工工藝不合理，施工質量低劣，容易產生縱向的、橫向的、斜向的各種裂縫，特別是細長薄壁結構更容易出現。

參考文獻：

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