淺談混凝土橋梁裂縫成因

【摘 要】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，成為當今世界建筑結構中使用最廣泛的建筑材料。

【關鍵詞】橋梁施工；事故處理

0.引言

近年來，我國交通基礎建設得到迅猛發展，各地興建了大量的混凝土橋梁。在橋梁建造和使用過程中，有關因出現裂縫而影響工程質量甚至導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。為了進一步加強對混凝土橋梁裂縫的認識，盡量避免工程中出現危害較大的裂縫，本文盡可能對混凝土橋梁裂縫的種類和產生的原因作較全面的分析、總結，以方便設計、施工找出控制裂縫的可行辦法，達到防范于未然的作用。混凝土橋梁裂縫的種類，就其產生的原因，大致可劃分如下幾種：

1.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。裂縫產生的原因有：

1.1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；荷載少算或漏算；內力與配筋計算錯誤；結構安全系數不夠。結構設計時不考慮施工的可能性；設計斷面不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結構剛度不足；構造處理不當；設計圖紙交代不清等。

1.2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。

1.3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。

次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。裂縫產生的原因有：

（1）在設計外荷載作用下，由于結構物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。例如兩鉸拱橋拱腳設計時常采用布置“X”形鋼筋、同時削減該處斷面尺寸的辦法設計鉸，理論計算該處不會存在彎矩，但實際該鉸仍然能夠抗彎，以至出現裂縫而導致鋼筋銹蝕。

（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。

荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現不同的特點。這類裂縫多出現在受拉區、受剪區或振動嚴重部位。但必須指出，如果受壓區出現起皮或有沿受壓方向的短裂縫，往往是結構達到承載力極限的標志，是結構破壞的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根據結構不同受力方式，產生的裂縫特征如下：

1）中心受拉。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）中心受壓。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）大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區配筋較少的小偏心受壓構件，類似于受彎構件。

5）小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區配筋較多的大偏心受壓構件，類似于中心受壓構件。

2.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：

2.1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，一般可通過橋面伸縮縫、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，例如拱橋、剛架橋等。

2.2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。由于受到自身約束作用，導致局部拉應力較大，出現裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結構溫度裂縫的最常見原因。

2.3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而產生溫度梯度。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。

2.4水化熱

出現在施工過程中，大體積混凝土（厚度超過2.0米）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。

2.5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。

3.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。基礎不均勻沉降的主要原因有：

3.1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。

3.2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。

3.3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。

3.4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。

3.5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，新建橋梁荷載或基礎處理時引起地基土重新固結，均可能對原有橋梁基礎造成較大沉降。

3.6地基凍脹

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

3.7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

3.8橋梁建成以后，原有地基條件變化

大多數天然地基和人工地基浸水后，尤其是素填土、黃土、膨脹土等特殊地基土，土體強度遇水下降，壓縮變形加大。

對于拱橋等產生水平推力的結構物，對地質情況掌握不夠、設計不合理和施工時破壞了原有地質條件是產生水平位移裂縫的主要原因。

4.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應力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水（結冰溫度在-78度以下）在微觀結構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。

5.結語

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。