橋梁裂縫成因及控制技術分析

王佩祥

（重慶交通大學土木工程學院，重慶400074）

我國的橋梁建設技術已經躋身世界先進水平行列，但是，諸多橋梁在成橋后的運營使用過程中依然有不同的質量問題，其中裂縫問題尤為突出。橋梁工程出現裂縫對橋梁的安全使用有著不可忽視的影響，在很大程度上削弱了結構自身的完整性，影響了結構的強度和剛度，并且，裂縫的出現會導致空氣等腐蝕性氣體進入結構內部，影響橋梁的耐久性。因此，分析查找裂縫出現的成因，進而從源頭上控制裂縫的出現，從長遠來看，有著巨大的經濟效應和社會效應。

1 裂縫出現的原因

1.1 溫度變化引起的裂縫

橋梁施工時，在澆筑大體積混凝土過程中，由于水泥水化會釋放大量熱，導致內部溫度很高，內外溫差變大，進而導致混凝土表面出現裂縫。而在橋梁使用及運營狀態下，年溫差、溫度驟降、日照等因素都會導致構件的局部溫度明顯與其余部分不同，溫度梯度成非線性分布，在靜定及超靜定結構中都會產生溫度應力，導致局部出現較大的拉應力，出現裂縫。

1.2 荷載引起的裂縫

荷載受力也是混凝土出現裂縫的重要原因,尤其在施工過程中容易出現不合理的操作造成裂縫大量出現。如果預應力不足，會導致混凝土結構正截面出現裂縫；如果預應力梁的混凝土沒有達到強度標準就進行拉伸，那么，就容易造成混凝土縱向裂縫，以及鋼筋彎起數量不夠、抗剪鋼筋布置過少等情況都會引起裂縫現象。

在施工時，沒有對施工材料、機具進行限制；不清楚預制結構的受力特點，在進行翻身、起吊、運輸、安裝時沒有按照要求進行；施工時和設計圖紙出現偏差，沒有按照設計圖紙的順序和要求施工，受力狀態改變且未進行新的計算，等等。這些問題都有可能導致橋梁結構出現裂縫。

1.3 鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土澆筑、振搗操作錯誤或者此過程中二氧化碳、氯離子、硫酸鹽等有害物質進入混凝土使鋼筋產生銹蝕，銹蝕鋼筋的體積將會急速膨脹，導致混凝土脹裂，此種類型的裂縫多為縱向裂縫。

同時，混凝土存在碳化現象,這會導致與鋼筋之間保護層的酸堿性質發生改變。簡言之就是先銹后裂,物質附著在混凝土外部,不斷腐蝕,鋼筋表面和物質發生反應后生銹,從而鋼筋表面產生膨脹,破壞混凝土保護層，進而導致裂縫的出現。

1.4 混凝土收縮引起的裂縫

混凝土收縮也是導致橋梁開裂的一個重要因素。干燥收縮和塑性收縮是最常見的兩種形式，其中干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同所產生的結果：混凝土受外部條件的影響，表面水分蒸發過快，變形大；而內部水分蒸發慢，變形小。于是，較大的表面收縮變形受到混凝土內部約束，產生較大的拉應力，進而產生裂縫。而塑性收縮裂縫則是由混凝土塑性收縮引起的。塑性收縮是指混凝土終凝之前，因高溫或風速較大，大面積暴露的新澆混凝土表面因失水較快而產生的收縮裂縫，其形成的主要原因是由于混凝土毛細管負壓作用。

1.5 焊接工藝不當引起的裂縫

在安裝橋梁橫隔板時需將支座預埋鋼板與調平鋼板焊接，若焊接措施不當，四周混凝土容易開裂。這是由于一方面高溫燒傷導致混凝土的強度隨溫度的升高而明顯降低，鋼筋與混凝土的粘結力也隨之下降；另一方面，由于短時間受極高溫影響，混凝土體內游離的水突然大量蒸發會使混凝土急劇收縮，進而導致構件四周的表面出現裂縫。

2 裂縫控制技術

2.1 完善橋梁設計

為了減少荷載裂縫的產生，需要從源頭上解決裂縫產生的問題。在設計時，要充分考慮到裂縫問題，注意橋梁模型和結構的選取及計算是否有誤，并在設計過程中充分考慮施工工藝，避免結構的假設受力與施工運營階段出現較大的偏差。對于有預應力的橋梁，需要嚴格控制負彎矩區域的裂縫，往往此處的裂縫比正彎矩區的裂縫更為致命。

2.2 控制施工溫度

施工中應根據實際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥單位用量，降低內外溫差，有條件的可以采用新型材料施工，增強混凝土的膨脹度，可以有效減少裂縫問題的出現。

目前，控制大體積混凝土水化熱的措施主要是在澆筑過程中對混凝土采取降溫措施，可采用循環冷卻系統進行內部散熱，如在澆筑混凝土時，在各澆筑層中間布置水管，通過水流帶走澆筑時產生的大量水化熱，或采用薄層連續澆筑以加快散熱。

另外，需要合理設置入模過程的溫度，避免內外溫差過大導致混凝土開裂問題。

2.3 施工的控制

施工單位首先要保證材料質量，避免偷工減料或者材料質量不過關等問題。施工時需要有專業技術人員控制材料合理的配合比，提高混凝土的密實度，把好澆筑混凝土質量關。特別是對于沿海地區等特殊地段，在施工時要注意完全隔絕空氣，避免強腐蝕性氣體進入混凝土中銹蝕鋼筋。另外，在特殊地段可以加厚保護層或者使用抗腐蝕能力強的混凝土減少裂縫出現的數量。

需要特別注意的是，橋梁的受力狀態與施工的順序和方法密切相關，因此，施工單位一定要嚴格按照設計圖紙的順序進行施工，如若被迫要改變施工順序或施工方法，需要重新進行計算及驗算工作，并且在施工過程中注意合理應用施工機具，嚴格按照相關規范流程繼續施工，不可擅自更改。這需要施工單位對施工人員進行專業知識培訓，嚴禁使用未經培訓的施工人員。

3 橋梁裂縫處理方法

3.1 靜壓灌漿

在橋梁結構中產生了較大、較長、較深并且對橋體結構的整體性有著重大影響和威脅的裂縫時，可以使用靜壓灌漿，以保障橋梁結構的整體性。靜壓灌漿修補是指施加一定的壓力，在橋梁結構內部裂縫中灌入水泥或者化學材料，漿液材料中有強力粘合劑，硬化之后可以緊密粘合裂開的混凝土結構，從而達到封閉裂縫的目的，有效增加橋梁的耐久性和結構強度。

3.2 表面裂縫修補法

對于小型橋梁，在橋梁裂縫程度較輕、橋體承載力不受過多影響的情況下使用此種修補工藝。此時裂縫一般較小、較淺，因此，采用表面修補法簡單實用，而且比較經濟，適用于多種原因導致的橋梁表面裂縫。主要措施有兩種：第一種表面粘貼修補法，指在裂縫部位的混凝土面上通過膠粘劑將鋼板或者玻璃布等材料粘貼在裂縫處。第二種表面封閉修補法，指在裂縫表面涂抹砌筑灰漿、水泥砂漿或者環氧砂漿、環氧基液等材料對裂縫進行封閉，此類填縫處理方式在美觀、耐久性等方面可以起到一定的改善作用，但對結構的強度影響不大。

4 結語

橋梁結構中裂縫的產生原因和防治措施遠遠不止上述內容，有效的修補處理手段也需要不斷改進。這就需要一批有知識、有熱情的橋梁工作者繼續努力，探求新的橋梁施工技術，尋找新的原材料。總之，為了保證我國橋梁建設水平更進一步，需要所有參與工程的人員共同努力，在設計、施工、運營三個階段嚴把質量關，堅持技術革新，采取必要措施有效控制裂縫，保證橋梁工程的質量。