關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)裂縫引發(fā)成因的若干探討

曾釗偉

摘要：本文結(jié)合本人多年參與工程設(shè)計(jì)、施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)橋梁工程在施工過程中一些常見結(jié)構(gòu)裂縫的誘發(fā)成因進(jìn)行深入剖析，以期能科學(xué)地用以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，達(dá)到防患于未然的控制目的。

關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)；施工裂縫；成因分析

橋梁工程結(jié)構(gòu)裂縫，一旦管理不善、控制不力，則往往容易出現(xiàn)在施工過程的各個(gè)角落，如承臺(tái)、立柱、蓋梁以及空心板梁等等部位。由于裂縫的產(chǎn)生不僅會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)降低橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)功能，從而危及到整橋的使用安全。對(duì)此，橋梁工程的結(jié)構(gòu)裂縫問題，不得不引起我們工程建設(shè)者的重視。其實(shí)，對(duì)于裂縫問題，我們也大可不必"談縫色變"，如果我們能從根本上認(rèn)識(shí)了這些裂縫的誘發(fā)成因，從而采取有效的針對(duì)性措施，原本很多容易出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)裂縫還是可以避免和控制的。為了盡量避免工程建設(shè)中出現(xiàn)危害性較大的結(jié)構(gòu)裂縫，本文下面就以結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生成因這一題材，來淺談一下自已的經(jīng)驗(yàn)之見，以供業(yè)內(nèi)同行日后在從事相關(guān)工程的建設(shè)施工時(shí)能舉一反三，從而達(dá)到預(yù)防控制的目的。

1結(jié)構(gòu)裂縫形成原因的種類

根據(jù)橋梁工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在工程施工中鋼筋砼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生施工裂縫的原因，大致有以下幾種類型：

1．1由施工荷載引起的裂縫

由施工荷載引起的裂縫，這類裂縫我們簡稱為荷載裂縫。荷載裂縫產(chǎn)生的原因，在于施工過程中，由于工人不了解橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，而又毫無限制地在其上面堆放了大量的施工機(jī)具、工程材料，造成了負(fù)荷過重從而引發(fā)了荷載裂縫的發(fā)生。此外，以下幾種情況也是引發(fā)荷載裂縫的常見主因：

隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝；不按設(shè)計(jì)圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式。

不對(duì)結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動(dòng)下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。

1．2由溫度變化引起的裂縫

我們大家都知道，混凝土與其它普通物質(zhì)一樣，同樣具有熱脹冷縮的材料性質(zhì)。當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化時(shí)，混凝土將發(fā)生變形。倘若變形遭到約束，則會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生了溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出外部所有的活載累計(jì)應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別于其他裂縫的最大特征是隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。引起溫度變化的主要施工因素有：

水化熱。在施工過程中，大體積混凝土在澆筑混合料之后由于水泥水化放熱，致使內(nèi)部溫度升高，由于內(nèi)外溫差的進(jìn)一步拉大，致使表面出現(xiàn)裂縫。因此，在施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，盡量選用水化熱偏低的水泥品種，并限制水泥單位用量，減少骨料入模溫度，降低內(nèi)外溫差，并緩慢降溫，必要時(shí)可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部散熱，或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。

蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)施工措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。

預(yù)制T梁時(shí)橫隔板安裝，支座預(yù)埋鋼板與調(diào)平鋼板焊接時(shí)，若焊接措施不當(dāng)，鐵件附近混凝土容易燒傷開裂。采用電熱法張拉預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時(shí)，當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼材溫度升高至350℃時(shí)，此時(shí)，混凝土構(gòu)件也容易出現(xiàn)開裂。

1．3 由收縮引起的裂縫

在公路工程建設(shè)中，由混凝土收縮所引起的結(jié)構(gòu)裂縫是最常見的一種。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和干性收縮是發(fā)生混凝土體積變形的兩大主因。

塑性收縮。發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4 h～5 h左右，此時(shí)水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時(shí)骨料因自重下沉，因此時(shí)混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級(jí)很大，可達(dá)l％左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)件豎向變截面處，如T梁、箱梁腹板與頂、底板交接處，因硬化前沉實(shí)不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮，施工時(shí)應(yīng)控制水灰比，避免過長時(shí)間的攪拌，下料不宜太快，振搗要密實(shí)，豎向變截面處宜分層澆筑。

縮水收縮（干縮）?；炷两Y(jié)硬以后，隨著表層水分逐漸蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮）。因混凝土表層水分損失很快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫?；炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構(gòu)件（超過3％），鋼筋對(duì)混凝土收縮的約束比較明顯，混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋?；炷潦湛s裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細(xì)，且縱橫交錯(cuò)，呈龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。

1．4由鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氧化鐵體積比原來增長約2 倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其他形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。要防止鋼筋銹蝕，施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強(qiáng)振搗，保證混凝土的密實(shí)性，防止氧氣侵入，同時(shí)嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其他存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。

1．5由工藝控制問題引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫，特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，比較典型常見的有：

混凝土保護(hù)層過厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

混凝土振搗不密實(shí)、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫的起源點(diǎn)。

混凝土澆筑過快，混凝土流動(dòng)性較低，在硬化前因混凝土沉實(shí)不足，硬化后沉實(shí)過大，容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫，既塑性收縮裂縫。

混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長，使水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低。使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

用泵送混凝土施工時(shí)，為保證混凝土的流動(dòng)性，增加水和水泥用量，或因其他原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時(shí)收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

混凝土分層或分段澆筑時(shí)，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。如混凝土分層澆筑時(shí)，后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑，引起層面之間的水平裂縫；采用分段現(xiàn)澆時(shí)，先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好，新舊混凝土之間黏結(jié)力小，或后澆混凝土養(yǎng)護(hù)不到位，導(dǎo)致混凝土收縮而引起裂縫。

結(jié)束語

其實(shí)通過上面的介紹我們可以看出，橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的誘發(fā)成因是多方面的，施工過程中任何一個(gè)小小的環(huán)節(jié)都會(huì)誘發(fā)裂縫的發(fā)生，對(duì)此，我們不得不緊慎對(duì)待。有了對(duì)以上裂縫產(chǎn)生原因的認(rèn)識(shí)，然后在日常的施工過程中再加以嚴(yán)格控制，相信橋梁裂縫這一潛在問題，將會(huì)得到有善改觀。

參考文獻(xiàn)

[1]國家自然科學(xué)基金課題報(bào)告，《建筑工程裂縫機(jī)理與防治指南》，2003年

[2]孟表柱，《鋼筋混凝土橋梁裂縫類型及分析》2002年9月，第9期