淺談產(chǎn)生橋梁裂縫的主要原因

羅茂章　張正華

摘要：近年來，我省交通基礎建設得到迅猛發(fā)展，各地興建了大量的混凝土橋梁。在橋梁建設和使用過程中，有關因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導橋梁垮塌的報道屢見不鮮?；炷灵_裂可以說是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，經(jīng)常困擾著橋梁工程技術人員。其實，如果采取一定的設計和施工措施，很多裂縫是可以控制的。為了進一步加強對混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的認識，避免工程中出現(xiàn)裂縫，本文對混凝土橋梁裂縫的種類和產(chǎn)生的原因作了分析、總結，以方便設計、施工找出控制裂縫的可行辦法，達到防范于未然的目的。

關鍵詞：橋梁裂縫；原因

實際上，混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因?；炷翗蛄毫芽p的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾種：

1 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當外部環(huán)境或結構內(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，則在結構內(nèi)將產(chǎn)生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應力可以達到甚至超出活載應力。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有：

1.1 年溫差。一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結構的影響主要是導致橋梁的縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協(xié)調(diào)，只有結構的位移受到限制時才會引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋等。我國年溫差一般以一月和七月月平均溫度的作為變化幅度?？紤]到混凝土的蠕變特性，年溫差內(nèi)力計算時混凝土彈性模量應考慮折減。

1.2 日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導致局部拉應力較大，出現(xiàn)裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結構溫度裂縫的最常見原因。

1.3 驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度。日照和驟然降溫內(nèi)力計算時可采用設計規(guī)范或參考實橋資料進行，混凝土彈性模量不考慮折減。

1.4 水化熱。出現(xiàn)在施工過程中，大體積混凝土（厚度超過2.0米）澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。施工中應根據(jù)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，減少骨料入模溫度，降低內(nèi)外溫差，并緩慢降溫，必要時可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進行內(nèi)部散熱，或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。

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

1.6 預制T梁之間橫隔板安裝時，支座預埋鋼板與調(diào)平鋼板焊接時，若焊接措施不當，鐵件附近混凝土容易燒傷開裂。采用電熱張拉法張拉預應力構件時，預應力鋼材溫度可升高至350℃，混凝土構件也容易開裂。試驗研究表明，由火災等原因引起高溫燒傷的混凝土強度隨溫度的升高而明顯降低，鋼筋與混凝土的粘結力隨之下降，混凝土溫度達到300℃后抗拉強度下降50%，抗壓強度下降60%，光圓鋼筋與混凝土的粘結力下降80%；由于受熱，混凝土體內(nèi)游離水大量蒸發(fā)也可產(chǎn)生急劇收縮。

2 收縮引起的裂縫

混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。研究表明，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：

2.1 水泥品種、標號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高，普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標號越低、單位體積用量越大、磨細度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時間越長。例如，為了提高混凝土的強度，施工時經(jīng)常采用強行增加水泥用量的做法，結果收縮應力明顯加大。

2.2 骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低；而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小，含水量大收縮越大。

2.3 水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。

2.4 外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。

2.5 養(yǎng)護方法。良好的養(yǎng)護可加速混凝土的水化反應，獲得較高的混凝土強度。養(yǎng)護時保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護時間越長，則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護方式比自然養(yǎng)護方式混凝土收縮要小。

2.6 外界環(huán)境。大氣中濕度小、空氣干燥、溫度高、風速大，則混凝土水分蒸發(fā)快，混凝土收縮越快。

2.7 振搗方式及時間。機械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時間應根據(jù)機械性能決定，一般以5~15s/次為宜。時間太短，振搗不密實，形成混凝土強度不足或不均勻；時間太長，造成分層，粗骨料沉入底層，細骨料留在上層，強度不均勻，上層易發(fā)生收縮裂縫。

對于溫度和收縮引起的裂縫，增配構造鋼筋可明顯提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁結構（壁厚20~60cm）。構造上配筋宜優(yōu)先采用小直徑鋼筋(φ8~φ14)、小間距布置(@10~@15cm)，全截面構造配筋率不宜低于0.3%，一般可采用0.3%~0.5%。

3 地基礎變形引起的裂縫

3.1 地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準。在沒有充分掌握地質(zhì)情況就設計、施工，這是造成地基不均勻沉降的主要原因。比如丘陵區(qū)或山嶺區(qū)橋梁，勘察時鉆孔間距太遠，而地基巖面起伏又大，勘察報告不能充分反映實際地質(zhì)情況。

3.2 地基地質(zhì)差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁，河溝處的地質(zhì)與山坡處變化較大，河溝中甚至存在軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。

3.3 結構荷載差異太大。在地質(zhì)情況比較一致條件下，各部分基礎荷載差異太大時，有可能引起不均勻沉降，例如高填土箱形涵洞中部比兩邊的荷載要大，中部的沉降就要比兩邊大，箱涵可能開裂。

3.4 結構基礎類型差別大。同一聯(lián)橋梁中，混合使用不同基礎如擴大基礎和樁基礎，或同時采用樁基礎但樁徑或樁長差別大時，或同時采用擴大基礎但基底標高差異大時，也可能引起地基不均勻沉降。

3.5 分期建造的基礎。在原有橋梁基礎附近新建橋梁時，如分期修建的高速公路左右半幅橋梁，新建橋梁荷載或基礎處理時引起地基土重新固結，均可能對原有橋梁基礎造成較大沉降。

3.6 地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰凍膨脹；一旦溫度回升，凍土融化，地基下沉。因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。

3.7 橋梁基礎置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)時，可能造成不均勻沉降。

4 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在混凝土結構澆筑、構件制作、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、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫，特別是細長薄壁結構更容易出現(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：

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

4.2 混凝土振搗不密實、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。

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

4.4 混凝土攪拌、運輸時間過長，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。

4.5 混凝土初期養(yǎng)護時急劇干燥，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。

4.6 用泵送混凝土施工時，為保證混凝土的流動性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，導致混凝土凝結硬化時收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

4.7 混凝土分層或分段澆筑時，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，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，先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好，新舊混凝土之間粘結力小，或后澆混凝土養(yǎng)護不到位，導致混凝土收縮而引起裂縫。

4.8 混凝土早期受凍，使構件表面出現(xiàn)裂紋，或局部剝落，或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。

4.9 施工時模板剛度不足，在澆筑混凝土時，由于側(cè)向壓力的作用使得模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。

4.10 施工時拆模過早，混凝土強度不足，使得構件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

4.11 安裝順序不正確，對產(chǎn)生的后果認識不足，導致產(chǎn)生裂縫。如鋼筋混凝土連續(xù)梁滿堂支架現(xiàn)澆施工時，鋼筋混凝土墻式護欄若與主梁同時澆筑，拆架后墻式護欄往往產(chǎn)生裂縫；拆架后再澆筑護欄，則裂縫不易出現(xiàn)。

一座橋梁從建成到使用，牽涉到設計、施工、監(jiān)理、運營管理等各個方面。因此，嚴格按照國家有關規(guī)范、技術標準進行設計、施工和監(jiān)理，是保證結構安全耐用的前提和基礎。在運營管理過程中，進一步加強巡查和管理，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，也是相當重要的一個環(huán)節(jié)。