淺談混凝土橋梁裂縫的成因及解決辦法

王夢福

摘要：混凝土裂縫經(jīng)常困擾著橋梁工程技術(shù)人員。其實只要采取一定的措施是可以克服和控制的，本文就橋梁在建造和使用中的常見病及多發(fā)病“裂縫”，進(jìn)行一些探討。

關(guān)鍵詞：混凝土；橋梁裂縫

混凝土自從發(fā)明以來便在工程建設(shè)中被廣泛使用。然而混凝土的裂縫較為普遍，在各種結(jié)構(gòu)工程中中裂縫幾乎無所不在。盡管我們在施工中采取各種措施，但裂縫仍然時有出現(xiàn)。究其原因，我們對混凝土溫度應(yīng)力的變化的控制不到位是其產(chǎn)生裂縫的原因之一。

混凝土的裂縫有害程度的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)使用條件決定的。目前世界各國的規(guī)定不完全一致，但大致相同。如從結(jié)構(gòu)耐久性要求、承載力要求及正常使用要求，最嚴(yán)格的允許裂縫寬度為0.1mm。近年來，許多國家已根據(jù)大量試驗與泵送混凝土的經(jīng)驗將其放寬到0.2mm。當(dāng)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境正常，保護(hù)層厚度滿足設(shè)計要求，無侵蝕介質(zhì)，鋼筋混凝土裂縫寬度可放寬至0.4mm；在濕氣及土中為0.3mm；在海水及干濕交替中為0.15mm。沿鋼筋的順筋裂縫有害程度高，必須處理。近年來預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用范圍逐漸推廣到更多的結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，其混凝土強(qiáng)度等級必須提高至C50。在采用泵送條件下，其收縮與水化熱大大增加，約束應(yīng)力裂縫很難避免，張拉前開裂，張拉后又不閉合，裂縫控制的難度更加困難。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)裂縫允許寬度是嚴(yán)格的，預(yù)應(yīng)力筋腐蝕屬“應(yīng)力腐蝕”并有可能脆性斷裂，預(yù)兆性較小，裂縫擴(kuò)展速度快。裂縫深度h與結(jié)構(gòu)厚度H的關(guān)系如下：h≤0.1H表面裂縫；0.1H＜h＜0.5H淺層裂縫；0.5H≤h＜1.0H縱深裂縫；h=H貫穿裂縫。應(yīng)當(dāng)盡量避免貫穿性及縱深裂縫，如出現(xiàn)該種裂縫應(yīng)采取化學(xué)灌漿處理來保證強(qiáng)度，即貫縫抗拉強(qiáng)度必須超過混凝土抗拉強(qiáng)度。早期裂縫一般出現(xiàn)在一個月之內(nèi)，中期裂縫約在６個月之內(nèi)，其后1～2年或更長時間屬于后期裂縫。

1 橋梁裂縫的種類及其成因

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜、繁多，有時多種因素互相影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要因素。混凝土橋梁裂縫的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾種：

1.1 荷載引起的裂縫

混凝土橋梁在靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，主要有直接裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫；次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。

1.2 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出荷載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別其他裂縫最主要特性是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。引起溫度變化主要因素有：年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工措施不當(dāng)?shù)取?/p>

1.3 收縮引起的裂縫

在實際工程中，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(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。研究表明，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標(biāo)號及用量、骨料品種、水灰比、外摻劑、養(yǎng)護(hù)方法、外界環(huán)境、振搗方式及時間。

1.4 地基變形引起的裂縫

由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂?；A(chǔ)不均勻沉降的主要原因有：地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準(zhǔn)；地基地質(zhì)差異太大；結(jié)構(gòu)荷載差異太大；結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別太大；地基凍脹；橋梁基礎(chǔ)基于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)時，可能造成不均勻沉降。

1.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫

要防止鋼筋銹蝕，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護(hù)層厚度（當(dāng)然保護(hù)層亦不能太厚，否則構(gòu)件有效高度減小，受力時將加大裂縫寬度）；施工時應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強(qiáng)振搗，保證混凝土的密實性，防止氧氣侵入，同時嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。

1.6 凍脹引起的裂縫

大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水（結(jié)冰溫度在-78度以下）在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)重，成齡后混凝土強(qiáng)度損失可達(dá)30%-50%。冬季施工時對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。

1.7 施工材料質(zhì)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。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。如：水泥、砂、石骨料、以及拌和水及外加劑等。

1.8 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)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(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向等各種裂縫，特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。

2 如何對混凝土裂縫進(jìn)行處理

2.1 表面處理法

包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法，表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫，深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的裂縫，不伸縮的裂縫以及不在活動的裂縫。

2.2 填充法

用修補(bǔ)材料直接填充裂縫，一般用來修補(bǔ)較寬的裂縫（0.3mm）,作業(yè)簡單,費用低。寬度小于0.3mm，深度較淺的裂縫、以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采用取開V型槽，然后作填充處理。

2.3 灌漿法

此法應(yīng)用范圍廣，從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。

2.4 結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法

因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低、火災(zāi)造成裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等。

2.5 混凝土裂縫處理效果的檢查

包括修補(bǔ)材料試驗；鉆芯取樣試驗；壓水試驗；壓氣試驗等。

3 結(jié)論

由上述可知，設(shè)計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力，均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。因此，嚴(yán)格按照國家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計、施工和監(jiān)理，是保證結(jié)構(gòu)安全耐用的前提和基礎(chǔ)。在運營管理過程中，進(jìn)一步加強(qiáng)巡查和管理，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，也是相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。