混凝土橋梁裂縫成因分析及應對措施

貴陽建筑勘察設計有限公司，貴州 貴陽 550081

1 混凝土裂縫對橋梁結構的危害

在混凝土橋梁結構中，混凝土裂縫普遍存在，若不加以預防或處治，將會對橋梁造成嚴重危害。首先，會降低混凝土耐久性。對于橋梁結構而言，其本身是有一定的設計使用年限的，而裂縫的存在不僅會影響結構的整體外觀，還會降低混凝土的抗滲性能，導致鋼筋銹蝕，影響結構的耐久性，使橋梁結構難以在預定期限內發揮應有的承載作用。其次，會縮短橋梁使用壽命。作為橋梁結構常見病害，裂縫的成因是多樣化的，而且危害程度也有差異，但無論何種裂縫，最終都會影響結構的使用性能，加速橋梁結構性能退化，甚至影響結構安全，使其使用年限顯著縮短。

2 混凝土裂縫的成因

2.1 荷載導致裂縫

（1）直接應力裂縫。一是橋梁結構設計問題，結構受力計算分析不合理，存在少算、漏算等情況，出現配筋數量不足、布置錯誤、設計可行性差等問題；二是橋梁施工問題，直接應力裂縫的產生與施工不規范有關，如施工材料隨意堆放、隨意起吊運輸、施工順序不合理等；三是橋梁使用期間，主要受交通荷載過大、車輛船舶碰撞、惡劣環境因素等影響，這也是直接應力裂縫的重要誘因。（2）次應力裂縫。荷載往往是次應力裂縫的主要成因。對于橋梁結構而言，若其實際工作荷載超出設計值，將會使某些部位構件出現次應力導致結構開裂。對于開洞、鑿槽等特殊結構，往往很難做到準確模擬計算，其結構設計主要依靠經驗，如果設計不當，容易導致構件的突出、轉角等部位開裂。

2.2 溫度導致裂縫

（1）環境溫度。首先，對于季節溫差較大的地區，橋梁結構通常設計有伸縮縫、柔性墩等，可有效釋放溫變帶來的自由變形，但若該類位移受限則會造成溫度裂縫。其次，日照也會誘發裂縫，在強烈日照下，橋體不同部位的日照強度有差別，其所產生的局部拉應力也會造成裂縫。最后，日間溫度驟降也會造成橋梁結構裂縫。（2）水化熱。在橋梁結構中，存在許多大體積混凝土，在澆筑過程中，受其內部水化熱集聚效應影響，容易造成構件內外溫差過大，進而引發裂縫問題。這就要求在具體施工時，所用水泥需滿足低水化熱屬性，并要減少水泥用量，還要注意對骨料進行降溫處理，有效緩解溫差問題。此外，還能借助外部設施，如循環冷卻系統，加快橋梁混凝土構件內部熱量散發。

2.3 混凝土收縮導致裂縫

（1）塑性收縮。該問題主要是混凝土在凝結之前，表面因失水較快而產生的，其收縮量級可以達到1%，極易引發裂縫問題。要想控制塑性收縮問題，需嚴格控制水灰比，選擇級配良好的砂石，同時要振搗密實，以減少收縮量，提高混凝土的抗裂度，且在高溫、大風及干燥天氣下施工時，還應采取灑水養護等措施。（2）縮水收縮。在橋梁結構工程中，隨著混凝土的逐步凝結，混凝土內外水分蒸發，導致出現變形。對于混凝土結構而言，其內部與表層水分散失速率差距較大時，表面部分將會有更大的收縮應力，若該收縮應力突破表層混凝土抗拉強度，則會在其表面出現收縮裂縫，該問題主要發生于混凝土硬化之后。（3）自身收縮。該現象取決于混凝土材料特性，與環境溫濕度關系不大，主要受材料本身水化反應影響，即能夠產生收縮效應。對于常規的硅酸鹽水泥，能夠通過添加礦渣、粉煤灰等來補償水泥及混凝土在水化硬化過程中產生的體積收縮。（4）碳化收縮。混凝土結構在與大氣接觸條件下，其水泥中堿性成分會與CO2發生碳化反應，從而帶來一定的體積收縮。其碳化收縮主要受CO2濃度與濕度影響，濕度對碳化收縮影響很大，相對濕度為100%時不發生碳化；濕度降低到50%時，收縮碳化最大；濕度繼續降低時，收縮碳化逐漸減弱直至消失。

2.4 基礎變形導致裂縫

若在橋梁施工中對基礎處置不當，則會出現基礎沉降、水平位移等問題，使結構中產生附加應力，當結構中的應力超過其抗拉強度時，就會造成開裂現象。

2.5 鋼筋銹蝕導致裂縫

在橋梁結構中，鋼筋由混凝土包裹，鋼筋表面有一層養護保護膜，而受混凝土碳化反應影響，會導致材料堿性降低，對氧化膜產生破壞，此時會加劇鋼筋銹蝕反應速率，這些持續產生的銹蝕物，將會使鋼筋體積增大進而擠壓周圍混凝土，嚴重的會造成剝落、開裂等問題，且裂縫多是沿著鋼筋分布的，如圖1所示。同時，鋼筋銹蝕不僅使鋼筋截面面積不斷減小，使結構承載力下降，還會降低鋼筋與混凝土的握裹力，影響兩者共同工作的性能，而且在裂縫發生后，還會反過來加劇銹蝕反應，帶來更大的破壞。為預防混凝土內鋼筋銹蝕，要保證混凝土的密實度，減少水分的滲入，還要適當增加保護層厚度，并控制好氯鹽成分，有效預防鋼筋銹蝕。

圖1 鋼筋銹蝕裂縫示意圖

2.6 材料問題導致裂縫

在橋梁施工中，若其所用水泥、砂石等品質不達標，用量與配比要求不符，外加劑選用不當等，則會導致材料不能發揮應有的作用，使混凝土強度降低，誘發裂縫問題。

3 混凝土裂縫的應對措施

3.1 注重裂縫的預防

（1）設計階段裂縫預防。首先，橋梁結構設計要合理，充分考慮當地地質狀況；其次，材料及配比設計要科學，其強度要滿足日后交通荷載需要；再次，鋼筋數量及布置要合理，避免鋼筋裸露及銹蝕問題；最后，要設計好橋梁伸縮縫，有效適應溫度應力變化。（2）施工階段裂縫預防。在橋梁施工中，通過優化施工策略，既能緩解混凝土結構溫差問題，又可提高整體結構性能，避免裂縫的發生。在澆筑環節，要想有效預防溫度裂縫，在橋梁構件選擇上，使用預制構件可預防現場澆筑引發的裂縫問題，而且對于橋梁結構，分層分塊澆筑有助于熱量揮發，但要注意層間時間間隔。在振搗環節，在保證振搗密實性的同時，可選擇二次振搗方式，減少混凝土內部氣泡及水分，改善其抗裂性能。（3）使用階段裂縫維護。在橋梁混凝土結構養護環節，需著重考慮溫度問題，不僅要控制好混凝土水化熱，還要采取養護措施，新澆部位不得暴曬，做好灑水保濕工作，避免表面溫度裂縫。此外，橋梁混凝土結構在初凝后，要確保拆模時機的合理性，若環境溫度降幅大，則要做好混凝土保溫措施，同時還要完善裂縫檢測機制，確保其修補及時性。

3.2 做好裂縫修補加固工作

（1）表面修補法。表面修補法主要針對橋梁結構的表面裂縫，該方法是通過涂抹的方式消除表面裂縫痕跡，如圖2所示。表面修補法的常用材料有環氧膠泥、水泥漿等，這也是最簡單的處理方法。（2）灌漿法。灌漿法主要針對有較大深度且影響橋梁結構整體性的裂縫，借助特種壓力注漿設備，將橋梁結構裂縫以膠結材料加以填充，如環氧樹脂、聚氨酯、水泥漿等，如圖3所示。該方法可達到良好的封堵及防滲效果。（3）嵌縫封堵法。嵌縫封堵法是橋梁結構裂縫常用的處理方式之一，采用該方法時要先沿著裂縫進行鑿槽處理，然后再進行填充，如填充聚氯乙烯膠泥等，以實現對橋梁結構裂縫的有效封堵。（4）結構加固法。在嚴重裂縫部位，可通過加固的方式使其構件截面得以增大，或者直接替換因裂縫損毀嚴重的構件，如增設縱梁加固，這樣可保證橋梁結構強度滿足相關要求。在進行裂縫加固處理時，可采用外部預應力加固法，即將其原結構受力通過預應力加以改變，以保證橋梁結構的安全性。

圖2 表面修補法示意圖

圖3 灌漿法示意圖

4 結束語

綜上所述，道路橋梁工程具有復雜性，在設計、施工、維護等階段均可能產生混凝土裂縫，且裂縫成因各不相同。通過研究裂縫成因可發現，橋梁結構裂縫是可預防的，但無法做到徹底避免，為此，施工人員需根據實際施工情況選擇合適的裂縫修補加固方法，進而確保橋梁的安全使用，進一步延長橋梁的使用壽命。