常見混凝土橋梁裂縫成因分析及預防措施

朱永武

【摘要】混凝土開裂是橋梁工程中常見的問題，程度嚴重時可能會危害到橋梁的質量和安全。文章通過分析總結混凝土橋梁裂縫的種類和成因，同時列舉出一些在設計階段和施工階段可以采取的預防措施，以克服和控制混凝土橋梁裂縫的發生。

【關鍵詞】混凝土；橋梁；裂縫

前言：隨著我國經濟建設的發展，各地建造了大量的混凝土橋梁。在橋梁的建設和使用過程中，出現裂縫導致橋梁發生質量問題甚至于垮塌也時有報導。通過查閱相關資料并結合個人以往橋梁施工經驗，本文對混凝土橋梁裂縫的種類及成因盡可能作較全面的分析總結，同時列出一些相應的預防措施。

混凝土橋梁結構裂縫的成因復雜而繁多，而且多種因素相互影響，混凝土橋梁裂縫的種類，就其產生的原因，大致可分如下幾種：

1 荷載引起的裂縫

橋梁結構在常規動、靜荷載及次生應力下產生的裂縫稱荷載裂縫，通常分為直接應力裂縫、次生應力裂縫兩種。直接應力裂縫是指由外加荷載引起的直接應力產生的裂縫；次生應力裂縫是指由外加荷載引起的次生應力裂縫。

荷載裂縫多出現在受剪區、受拉區或震動嚴重部位。如果受壓區出現起皮或者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，其原因通常是截面尺寸偏小。荷載裂縫特征依荷載形式呈現出不同的特點。

采取的相應預防措施，設計階段：結構受力要與實際受力相符；結構計算要合理準確；荷載驗算和配筋計算準確；安全系數設置充足等。施工階段：充分了解結構受力特點，規范進行起吊、運輸、安裝作業；合理堆放施工機具、材料；不得擅自改變結構受力模式及施工順序；必要時對結構進行機械振動下的疲勞驗算等。

2 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的性質，當外部環境或者結構內部溫度發生變化，混凝土將發生變形，如變形遭到約束，會在結構內產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。溫度裂縫區別于其它裂縫最主要特征是隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素包括年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、養護不當、焊接不當、火災等。

可以采取的相應預防措施：通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施協調變形；溫度差內力計算時應考慮混凝土彈性模量的折減；在氣溫較低的時間進行合攏段的施工；冬季施工時，采取合適的養護方式，避免混凝土出現驟冷驟熱，內外溫度不均；規范進行金屬焊接操作，避免燒傷附近混凝土等。

對于大體積混凝土（厚度超過2米）的澆筑，由于水泥發生水化反應釋放出大量熱量，導致混凝土內部溫度很高，內外溫差太大，造成混凝土出現裂縫。在施工過程中應根據實際情況，盡量選擇水化熱較低的水泥品種，適當摻加粉煤灰，減少水泥用量，降低骨料入模溫度；采用分層或分段方式進行澆筑；進行保溫養護，避免混凝土內外溫差過大；必要時埋設冷卻水管，通過低溫水循環降溫。

3 收縮引起的裂縫

在工程實踐中，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。混凝土收縮裂縫特點是大部分屬于表面裂縫，裂縫寬度較細，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有規律。

影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：①水泥品種、標號和用量。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。②骨料品種。吸水性越小的骨料，收縮性越小。③水灰比。水灰比越小，用水量越小，混凝土收縮越小。④外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。⑤養護方式。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。⑥外界環境。混凝土水分蒸發快，則混凝土收縮越快。⑦振搗方式和時間。機械振搗方式比人工振搗方式混凝土收縮要小。

控制以上主要影響因素，可有效減少混凝土收縮裂縫。施工時應選擇合適原材料，控制水灰比，避免過長時間的攪拌，下料時不宜太快，振搗要密實，豎向變截面處宜分層澆筑，采取適當的養護方式。還可以通過增配構造鋼筋，明顯提高混凝土的抗裂性。

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不均勻沉降的包括有地質勘查精度不夠、地基地質差異太大、結構荷載差異太大、結構基礎類型差別大、試驗資料不準、分期建造的基礎、橋梁基礎置于不良地質等各種情況。

采取的預防措施主要是充分掌握地質情況，針對地質情況進行合理設計，施工工時盡量避免破壞原有地質條件等。

5 凍脹引起的裂縫

當大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土若出現冰凍，游離的水轉變成冰，體積大約膨脹9%，因而混凝土產生膨脹應力。同時混凝土凝膠孔中的冷水在微觀結構中遷移和重分布造成滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，出現裂縫。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%.

冬季施工時預應力孔道灌漿后如果不采取保溫措施也可能發生沿管道方向的凍脹裂縫。

溫度低于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，骨料中含泥土等雜質過多，混凝土水灰比偏大，振搗不密實，養護不當使混凝土早期受凍等均可能導致混凝土凍脹裂縫。凍脹裂縫在北方寒冷地區較為常見，在南方高海拔地區也會出現。冬季施工時，采用蒸汽加熱法養護、電氣加熱法、暖棚法、地下儲熱法以及在混凝土拌和水中摻入防凍劑（氯鹽不宜使用），可保證混凝土在低溫或負溫條件下硬化，有效減少凍脹裂縫出現。

6 施工材料質量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成，配制混凝土所采用材料質量不合格，可能導致結構出現裂縫。

水泥安定性不合格或出廠強度不足，可能使混凝土抗拉強度下降，從而導致混凝土開裂。砂石粒徑太小、級配不良、空隙率過大，將導致水泥及用水量增大，影響混凝土強度，使混凝土收縮加劇。砂石中有機質含量過多，將延緩水泥的硬化過程，降低混凝土強度，特別是早期強度。選擇合格的原材料，把好原材料質量關，是預防此類混凝土裂縫發生的關鍵。

7 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、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質量低劣，容易產生不同形狀、不同深度的各種裂縫。裂縫出現

的部位、走向和裂縫寬度因產生的原因而異。

比較常見的原因有：①混凝土保護層過厚，導致構件有效高度降低；②混凝土澆筑時流動性較低、塌落度過低，導致出現收縮裂縫； ③混凝土振搗不密實、不均勻，導致鋼筋腐蝕或其他荷載裂縫的發生點； ④隨意加大水和水泥用量，水灰比增大，導致混凝土收縮加劇，出現不規則裂縫； ⑤混凝土初期養護水分不足，導致表面出現不規則裂縫； ⑥混凝土早期受凍，使構件表面出現裂縫；⑦施工時模板剛度不足或拆模過早，導致混凝土在自重或施工荷載作用下出現裂縫；⑧裝配式構件在運輸、堆放時，支承點不恰當，吊裝時，吊點不正確，均可能出現裂縫；⑨施工順序不正確，對產生的結果認識不足，也可能導致裂縫的產生。

通過分析和總結混凝土橋梁裂縫的種類和成因，加強對混凝土橋梁裂縫的認識，在設計和施工階段，采取一定的預防措施，是可以避免工程中出現危害較大的裂縫，達到防范于未然的效果。

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