談混凝土橋梁裂縫的安全評估

王慶寧

(北京鐵路局北京鐵建工程監理有限公司，河北石家莊 050000)

混凝土橋梁裂縫產生的原因復雜并且種類繁多。裂縫的出現不僅會有損于橋梁的美觀，減小混凝土的受力面積，使結構內的鋼筋暴露在空氣中，加速鋼筋的銹蝕，進而嚴重影響到橋梁的承載性和耐久性，所以需要對混凝土橋梁裂縫綜合進行分析并對安全等級進行評估。

1 裂縫類型及產生原因

雖然鋼筋混凝土結構在正常使用條件下，允許有一定限度的細小裂縫存在，但也有一些結構是不允許有裂縫出現的，如全預應力混凝土結構。但是如果出現較大的裂縫，就需要對其加以控制，并找到產生的具體原因，必要時還需要采取相應的補救措施。

1.1 荷載引起的裂縫

由于荷載引起的裂縫按照應力作用方式的不同，可以分為直接應力裂縫和次應力裂縫兩種。

在外荷載的作用下因直接應力產生的裂縫稱為直接應力裂縫。其產生的主要原因有:在施工的時候，施工材料與機具雜亂無章的堆放;起吊、運輸和安裝的不規范;另外，由于不依照設計圖紙進行施工，導致其受力模式的改變。

在外荷載的作用下因次生應力產生的裂縫稱為次生應力裂縫。其產生的主要原因有:在施工過程中經常需要在橋梁結構內鑿槽、開洞、設置牛腿等，構件在受力和開孔后，會產生應力流繞射的現象，因此在進行大跨度預應力連續橋梁施工中，需要根據跨中截面內力作用大小的不同，適當截斷鋼束并設置錨頭，這樣裂縫就可以轉移到錨固斷面附近。

1.2 溫度變化引起的裂縫

利用大體積混凝土對基礎進行澆筑施工時，由于基礎是堅硬基巖或厚度較大的舊混凝土表面，結構的整體性不強，混凝土受室溫及水化熱反應所產生熱量的影響，造成混凝土內部溫度明顯高于外部溫度，以至于混凝土在降溫過程中收縮變形，受到基巖和舊混凝土墊層兩方面的約束，混凝土的內部將會出現強大的拉應力，進而產生約束裂縫。通常這種類型的裂縫會在混凝土澆筑完成后2個月～3個月后出現，裂縫的深度較大，有時候可能貫穿整個結構，結構的整體性受到一定程度的破壞。

1.3 收縮引起的裂縫

在施工工程中，收縮裂縫可以說是混凝土結構的最常見裂縫，也是影響混凝土結構變形的因素。

在混凝土施工過程中塑性收縮變形大部分發生在澆筑完成后4 h～5 h，這個時候混凝土的水化反應劇烈，正是分子鏈的形成階段，水分迅速蒸發，混凝土在急劇失水后發生收縮變形，此時骨料也由于自重因素下沉。所以在混凝土施工過程中應嚴格控制水灰比，攪拌時間及下料速度，振搗要達到充分密實，在豎向變截面處盡量分層澆筑。

混凝土結構硬結后會出現縮水收縮，當混凝土結構表面水分逐漸蒸發后，濕度也隨之下降，混凝土體積逐漸減小，也就是施工中俗稱的干縮現象。因混凝土結構表層暴露在大氣中，水分損失相對比內部較快，內外收縮應力不均勻，混凝土結構抗拉強度遠低于其抗壓強度，所以混凝土表面承受拉力過大時，裂縫很自然就出現了。

1.4 地基沉降引起的裂縫

在基礎發生豎向不均勻沉降或產生水平方向位移的時候，結構內部會相應產生附加應力，當附加應力達到并超過混凝土結構抗拉極限時，結構便產生開裂現象。探究其產生的原因，主要是由于在施工過程中基礎類型差異較大，在同一連續梁施工中，采用不同的基礎類型，例如某個橋墩采用了樁基礎而相鄰的采用擴大基礎，即使都采用了樁基礎，但是有的樁徑長有的樁徑短，造成了樁徑差異過大，諸如此類的現象都將誘發地基的不均勻沉降的發生。特別在分期建造基礎過程中也可能出現地基不均勻沉降，如分期修建的鐵路橋梁，舊橋已經加載梁荷載，新建橋梁荷載會引起舊橋基礎應力重分配，可能會造成舊橋基礎產生較大沉降。此外，橋梁經過不良地質構造地段也會引起地基不均勻沉降。

1.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫

當采用劣質混凝土或者保護層厚度過低時，空氣中的二氧化碳會透過混凝土保護層侵蝕到內部鋼筋表面，降低了鋼筋附近混凝土的堿度，另外氯離子會聚集在鋼筋周圍，這些情況都會破壞鋼筋表面氧化膜。混凝土結構中的氧氣和水會與鋼筋中的鐵離子發生化學反應，并產生氫氧化鐵，加大了混凝土自身的膨脹應力，從而引起混凝土保護層開裂，裂縫沿著鋼筋縱向不斷發展。隨著鋼筋銹蝕反應的繼續，鋼筋與混凝土之間的箍握力逐漸減弱，進而導致結構承載力降低，增加了其他形式裂縫發生的幾率，促使鋼筋銹蝕速度加快，最后造成結構的整體破壞。

1.6 施工工藝質量引起的裂縫

混凝土的施工工藝也是導致裂縫產生的主要因素，現澆混凝土及其構件在制作、拆模等階段應特別重視施工的工藝質量，如果工藝質量過低，將會引起縱向和橫向等多種裂縫。產生的具體原因包括以下幾種:1)當上層鋼筋已經綁扎好后，如發生胡亂踩踏現象，容易產生垂直于鋼筋方向的裂縫。2)混凝土振搗不均勻，密實度不足，容易產生麻面與空洞等現象，是引起鋼筋銹蝕腐化的主要因素。3)在澆筑混凝土過程中，如果速度過快，會降低混凝土的流動性，造成混凝土硬化前后沉實程度不足及過大，易在澆筑過后形成塑性收縮裂縫。4)當混凝土需要進行分段澆筑的時候，接頭部位處理的好壞對裂縫的生成影響較大。裂縫很容易在新舊混凝土的交界地段產生，如果在澆筑過程中遇到下雨及停電等因素，造成后澆筑混凝土在前澆筑混凝土初凝后澆筑，易產生水平裂縫;另外混凝土接觸面處理不妥，清洗不徹底，很容易造成新舊混凝土結合面處粘結力不足，從而導致裂縫的產生。5)模板的剛度也是影響裂縫產生的因素之一，模板會在施工中由于某種原因造成側向壓力過大，使得模板變形。另外拆模過早也會使構件因施工荷載產生裂縫。

2 裂縫的安全評估

裂縫的持續發展會影響到橋梁的使用壽命，所以對裂縫進行觀察和監測是十分必要的。

任何混凝土結構都會存在開裂現象，裂縫的評價標準主要看是否威脅到結構的穩定性與耐久性。因此在施工過程中應根據具體情況判斷裂縫的安全限度，例如剛架和組合結構，這類結構具有較大安全承載能力，結構的韌性較好，當發生較大變形時也不至于出現倒塌破壞現象，因此可以存在少量不危及結構安全的裂縫。在處理具體問題時可根據裂縫的實際情況制定相應的管理標準，所以需要規定一個評判裂縫的標準，以便更好控制工程質量。通過對施工現場的實際調查，在充分保證工程質量和保證效率的基礎上，可按工程種類和具體情況將裂縫安全評估的等級劃分為四級:

Ⅰ級裂縫:裂縫寬度小于現行設計規范規定，肉眼可見裂縫較少或基本沒有;

Ⅱ級裂縫:裂縫寬度接近于或等于設計規范規定;

Ⅲ級裂縫:裂縫寬度超過規范規定，但對橋梁承載力并無實質影響，僅需對其加以封閉，以保證混凝土橋梁的正常使用;

Ⅳ級裂縫:裂縫遠超過規范規定，必須采取加固等措施后橋梁方能使用。

3 結語

既然混凝土橋梁的裂縫是客觀存在的，這就需要在混凝土橋梁的施工過程中對裂縫加以控制，對裂縫進行安全評估。根據施工現場的實踐與反饋，通過這種方法能有效確保工程質量，降低施工過程中的風險，充分做到防患于未然。

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