混凝土橋梁裂縫成因綜述

【摘 要】 本文主要介紹混凝土橋梁裂縫產生的原因，涉及面廣泛，分析比較透徹，為橋梁施工中找出控制裂縫的辦法提供了參考。

【關鍵詞】 混凝土橋梁 裂縫 成因

l 前言

混凝土因其取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、可澆筑成各種形狀，并且耐火性好、不易風化、養護費用低，成為建筑結構中使用最廣泛的建筑材料。但是，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；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，引起混凝土保護層剝落、鋼筋腐蝕，使混凝土的強度和剛度受到削弱，耐久性降低，危害結構的正常使用，必須加以控制。本文所討論的僅指后一類裂縫。

2 混凝土橋梁裂縫種類、成因

實際上，混凝土結構裂縫的成因很復雜，但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要原因?；炷翗蛄毫芽p的種類，就其產生的原因，大致可劃分如下幾種。

2.1 荷載引起的裂縫

2.1.1 荷載裂縫產生的原因

（1）設計計算階段：計算模型不合理；結構計算時受力假設與實際受力不符；荷載少算或漏算。結構設計時不考慮施工的可能性；設計斷面不足；鋼筋設置偏少；結構剛度不足，構造處理不當。

（2）施工階段：不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預制構件的結構受力特點，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。

（3）使用階段：超出設計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發生大風、大雪、地震、爆炸等。

2.1.2根據不同的受力方式，荷載裂縫的特征如下：

（1）受拉。裂縫貫穿構件橫截面，間距大體相等，且垂直于受力方向。采用螺紋鋼筋時，裂縫之間出現位于鋼筋附近的次裂縫。

（2）受壓。沿構件出現平行于受力方向的短而密的平行裂縫。

（3）受彎。彎矩最大截面附近從受拉區邊沿開始出現與受拉方向垂直的裂縫，并逐漸向中和軸方向發展。采用螺紋鋼筋時，裂縫間可見較短的次裂縫。當結構配筋較少時，裂縫少而寬，結構可能發生脆性破壞。

（4）受剪。當箍筋太密時發生斜壓破壞，沿梁端腹部出現大于45°方向的斜裂縫；當箍筋適當時發生剪壓破壞，沿梁端中下部出現約45°方向相互平行的斜裂縫。

（5）受扭。構件一側腹部出現多條約45°方向斜裂縫，并向相鄰面以螺旋方向展開。

（6）受沖切。沿柱頭板內四側發生約45°方向斜面拉裂，形成沖切面。

（7）局部受壓。在局部受壓區出現與壓力方向大致平行的多條短裂縫。

2.2 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮特性，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，則在結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。引起溫度變化主要因素有：

（1）氣候變化。橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后，突降大雨、冷空氣侵襲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而產生溫度梯度。由于受到約束作用，導致局部拉應力較大，出現裂縫。

（2）水化熱。大體積混凝土（厚度超過2.0m）澆筑之后由于水泥水化放熱，內部溫度很高，內外溫差較大，導致表面出現裂縫。施工中應根據實際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，必要時可采用薄層連續澆筑以加快散熱。

（3）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，容易出現裂縫。

2.3 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（干縮）是發生混凝土體積變形的主要原因。

2.3.1 收縮裂縫的種類

（1）塑性收縮：混凝土澆筑后4～5小時左右，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，此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產生量級很大，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。在構件豎向變截面處如T梁、箱梁腹板與頂底板交接處，因硬化前沉實不均勻將發生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮，施工時應控制水灰比，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。

（2）縮水收縮（干縮）：混凝土結硬以后，隨著表層水分逐步蒸發，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮）。因混凝土表層水分損失快，內部損失慢，因此產生表面收縮大、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力，當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時，便產生收縮裂縫。混凝土硬化后收縮主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構件（超過3%，例如橋面調平層配筋率大），鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯，混凝土表面容易出現龜裂裂紋。

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。

2.3.2 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、礬土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。例如，為了提高混凝土的強度，施工時經常采用強行增加水泥用量的做法，結果收縮應力明顯加大。

（2）骨料品種。骨料中石英、石灰巖、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低；而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。

（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。

2.3.3 溫度裂縫、收縮裂縫預防

對于溫度和收縮引起的裂縫，增配構造鋼筋可明顯提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁結構（壁厚20～60cm）。構造上配筋宜優先采用小直徑鋼筋（φ8～φ14）、小間距布置（@10～@15cm），全截面構造配筋率不宜低于0.3%，一般可采用0.3%～0.5%。

2.4 地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?；A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。比如丘陵區或山嶺區橋梁，勘察時鉆孔間距太遠，而地基巖面起伏又大，勘察報告不能充分反映實際地質情況。

（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，河溝中甚至存在軟弱地基，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，例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或樁長差別大時，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。

3 結束語

一座橋梁從建成到使用，牽涉到設計、施工、監理、運營管理等各個方面。由上述可知，設計疏漏、施工低劣、監理不力，均可能使混凝土橋梁出現裂縫。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。