道路橋梁裂縫成因分析

盧洋

（中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088）

1 道路橋梁裂縫的危害

橋梁設計、施工和后期運營養護，是道路橋梁工程全壽命周期中最重要的三個階段。在已經通車多年的橋梁運營狀態來看，有較多橋梁隨著運營時間的增加，往往會出現或多或少的裂縫問題。這樣不僅會影響橋梁的整體美觀，嚴重的甚至還會影響到道路橋梁的整體質量水平、使用壽命以及運營安全性[1]。在橋梁出現較為明顯的裂縫后，混凝土對鋼筋的保護作用大大減弱，將鋼筋暴露在自然環境中，在天氣等因素的影響下，鋼筋腐蝕膨脹，加速混凝土開裂、分層甚至剝落，促使橋梁整體質量持續下降，對橋梁的實際使用壽命和運營安全性造成影響，嚴重的甚至可能會威脅生命安全。

2 道路橋梁裂縫調查

通過調查既有公路橋梁：小跨徑鋼筋混凝土板橋、預應力鋼筋混凝土空心板橋、小箱梁、T梁、預應力混凝土現澆箱梁橋。常見的主要裂縫有：

（1）板底橫向裂縫：主要出現在跨徑較小的混凝土板橋以及空心板，由于梁底彎曲應力超過混凝土抗拉強度產生，主要原因是混凝土收縮徐變和超載車輛作用產生。

（2）滲水泛堿：由于橋梁排水系統不完善，結構會出現漏水現象，混凝土表面產生水漬，從而產生泛堿。混凝土內部的堿性物質易溶于水，結構表面與CO2發生化學反應生成CaCO3，從而導致泛堿發生。此外在超載長期作用下，加速橋面保護層破壞速度，會加大滲水泛堿程度。

（3）銹脹露筋：鋼筋銹蝕產物的體積可達到銹蝕前的7倍，對混凝土施加了巨大的內部擠壓力，最終會導致混凝土開裂、分層或剝落。主要原因是混凝土開裂，導致鋼筋裸露，在外部環境的作用下發生銹蝕。

（4）鉸縫脫落：出現在空心板中，由于鉸縫受剪面較小，混凝土裹力不足，在長期車輛重復作用下產生剝落，剝落處鋼筋與空氣中化學物質作用產生腐蝕，從而降低混凝土對鋼筋的握裹能力，最終使空心板中的鉸縫脫落。

（5）腹板斜向裂縫：產生腹板斜向裂縫的是結構的斜截面主拉應力超限導致。主要原因是預應力鋼束損失較大，使其產生的斜截面壓應力減小，產生斜裂縫。

（6）底板縱橋向裂縫：當橋寬與橋跨的比值較大時，容易出現此類裂縫。主要是由于箱梁寬度過大，導致橋梁橫向結構剛度偏弱，在橫向產生的撓度偏大，容易在底板產生縱橋向的裂縫。

3 道路橋梁裂縫形成的原因

3.1 橋梁結構選型局限性

根據調查結果，裂縫主要集中于中小跨徑橋梁中，裂縫主要集中在空心板。空心板間是通過鉸縫進行傳力的，由于施工工藝等的限制，空心板病害較多，主要有鉸縫失效、混凝土剝落和芯模上浮導致頂板過薄等。此外鋼筋混凝土結構裂縫要多于預應力混凝土結構，這與結構受力模式有關。同等跨徑下，小箱梁比T梁要更容易出現裂縫，由于T梁結構高度高于小箱梁，承載能力更高，同時T梁為開口截面，方便施工，施工質量容易控制，T梁產生的裂縫要更少。因此橋梁結構的選型對裂縫的產生起到前提作用。

3.2 施工質量缺陷

由于施工工期的壓縮、施工隊伍水平的局限等因素，往往會導致施工質量存在缺陷，尤其是對于箱型等閉合截面的橋梁，箱梁內部質量檢查困難。

3.2.1 原材料不符合標準

混凝土、鋼筋等原材料的質量直接影響橋梁整體質量。混凝土質量直接影響橋梁裂縫問題。合理的配合比，對混凝土強度進展和裂縫的發展起著關鍵作用。此外混凝土骨料的含泥量、沙子的含氯離子量等都影響著裂縫質量問題。施工材料的儲存也十分重要，例如焊接好的鋼筋籠在雨水等作用下生銹，在澆筑混凝土前如果除銹效果不好，會對施工質量產生很大影響。

3.2.2 混凝土澆筑過程中振搗不密實

橋梁結構鋼筋骨架一般較密，在施工過程中會出現混凝土振搗不密實，產生局部空洞，不利于結構安全，加快裂縫發展。尤其是封閉的箱型截面，不易檢查和養護，箱室內部易出現空洞、裂縫等。因此需要在施工過程中加強混凝土振搗、加強現場監理旁站，同時鋼筋間距不宜太小，影響振搗質量。混凝土的和易性對結構的密實度也起著很大的作用，和易性太大容易發生分層離析；和易性太小，混凝土流動性差，不利于振搗密實。

3.2.3 混凝土養護不到位

混凝土養護對裂縫產生有很大影響。養護不到位，會使混凝土表面產生蜂窩、麻面以及收縮裂縫。混凝土蒸養、澆水不及時會導致表面水分蒸發速度較快混凝土收縮產生裂縫。

3.2.4 施工過程中意外情況

施工過程中有時候會出現意外情況，影響橋梁結構質量。例如在施工過程中橋梁在遭受外力撞擊等因素下，內部可能會存在裂縫問題，通常隱蔽性較強，施工人員難以有效發現，在后續建設和運營過程中裂縫隱患最終轉化為裂縫問題。

3.3 道路橋梁載荷增加

隨著時間的不斷推移，道路橋梁的實際載荷也在不斷增加。重載、超載的運行使得道路橋梁實際承受的荷載大于設計荷載。在既有公路橋梁調查中發現，超載對于小跨徑橋梁裂縫影響最為明顯，由于活荷載在小跨徑橋梁中荷載占比大，其對超載最為敏感。此外部分既有老橋的設計荷載要小于實際運營荷載。

3.4 防、排水體系不完善

由于橋梁本身的防、排水體系不完善，或者在運營過程中排水體系受到破壞未及時修補，會導致雨水等長期與混凝土表面接觸，產生泛堿現象。另外排水不暢，還會引起混凝土反復凍脹，加速裂縫的發展。

3.5 除冰鹽的使用

公路橋梁有降雪時，為保證車輛正常通行，常會采用除冰鹽的方式進行除雪。除冰鹽中的氯離子會銹蝕鋼筋，從而加快裂縫發展。經過現場調查發現，護欄受除冰鹽的作用最大，出現混凝土剝離，裂縫等情況較為嚴重。此外若橋面防、排水系統不完善，會導致含有氯離子的水與梁板接觸，長期以往影響橋梁結構的耐久性。

3.6 運營期養護不及時

部分公路橋梁在運營階段出現問題，但養護不及時會加速裂縫發展。例如，橋臺處伸縮縫會被小石塊等雜物堵塞，影響橋梁的正常伸縮，在高溫天氣的下，橋梁伸長受阻，擠壓背墻，產生裂縫；橋梁底板腹板等產生裂縫后，若養護不及時或未及時封堵，會導致鋼筋銹蝕，加速裂縫的發展，同時也會使橋梁結構的承載能力減弱，影響橋梁的正常使用。

4 道路橋梁裂縫問題的應對策略

4.1 在前期設計中采用好的結構體系

（1）在結構選取中，盡可能采用預應力混凝土結構。對于曲線半徑小的匝道橋，無法采用預應力混凝土結構時，可使用鋼混組合梁來替代。

（2）合理的結構選型會減少裂縫的產生，例如調查中發現空心板出現的裂縫問題較多，對于中小跨徑橋梁可采用預應力混凝土密排矮T梁代替，避免裂縫的產生。對于既有的小橋可以通過增加混凝土現澆層來提高承載力，減少裂縫的產生。

（3）對于公路橋梁重載車輛占比大的區域，在進行結構設計時可酌情考慮設計荷載在規范規定的基礎上有所提高，減少后期運營期間由于重載產生的裂縫。

（4）有條件的地區，可采用裝配化橋梁，可最大限度提高施工質量。

4.2 加強結構耐久性設計

橋梁耐久性影響的因素有：環境作用、力學作用。其中環境作用主要指橋梁結構周圍環境的除冰鹽、水分以及凍融等環境作用使得結構的耐久性降低；力學作用主要指車輛的反復加載引起結構的疲勞以及磨損等作用使得結構的耐久性降低。通過加強結構計算、優化結構尺寸等措施可解決力學作用下的耐久性問題，通過增加混凝土結構的密實性、優化細部構造以及防腐涂層的使用等措施可解決環境作用下的耐久性問題。首先應嚴格控制保護層厚度，同時嚴控設計裂縫寬度，設計時需根據構件類型、重要程度、接觸的環境類別對裂縫寬度在規范規定基礎上進行適當減小。在構造上，盡量采用結構幾何外形簡單，表面結構平整連續，可以方便施工的同時又可以減少腐蝕性介質的侵蝕。對于護欄等直接接觸除冰鹽等有害物質，可通過設置防腐涂層提高耐久性。

4.3 加強防、排水設計

加強橋梁結構的防、排水設計，有利于提高結構整體的耐久性，同時可減少后期運營維護工作。瀝青混合料+防水層+混凝土現澆層在近幾年的高速公路中開始使用，這種橋面形式在結構防水、抗沖擊、耐久性等方面都有較大的優點，

4.4 采用高性能混凝土結構

橋梁主要受力部位混凝土強度應不小于C30，高性能混凝土的使用會增加結構的密實性，減小混凝土孔隙率，降低混凝土開裂的可能性。

4.5 提高施工質量及管控

加強施工過程管控，從材料進場、存儲、混凝土配合比、澆筑振搗等進行嚴格控制，同時加強混凝土的養護。盡量避免在冬季澆筑混凝土。加強混凝土振搗質量控制，保證橋梁結構振搗密實。

4.6 加強治理超載、超限

橋梁底板出現的裂縫，與超載有直接關系，因此超載治理十分迫切。同時部分車輛高度超限，會剮蹭凈橋梁梁底，超限車輛的治理也是十分必要的。

4.7 做好道路橋梁定期養護

在運營階段，養護單位則需要根據竣工資料合理制定道路橋梁養護方案。養護過程中可采用無損裂縫探測技術，對各類隱蔽性較強的裂縫進行及時發現和解決，避免裂縫隱患最終轉化為裂縫問題。

綜上所述，道路橋梁裂縫問題的因素有很多，為了有效解決這些問題，首先應在前期設計階段重視耐久性設計、選取合理的結構體系，為結構在設計期限內正常使用提供基礎保障；在施工階段科學選用材料、做好混凝土養護工作；在后續運營階段杜絕超載車輛上路，做好道路橋梁的定期養護作業。從多方面為橋梁結構安全和穩定運營創造有利條件。