淺析橋梁裂絿產(chǎn)生的原因

王 剛

（哈爾濱市貸款建設(shè)路橋收費(fèi)管理所，黑龍江，哈爾濱，150000）

淺析橋梁裂絿產(chǎn)生的原因

王 剛

（哈爾濱市貸款建設(shè)路橋收費(fèi)管理所，黑龍江，哈爾濱，150000）

闡述了橋梁產(chǎn)生裂縫的原因及其處理方法

直接應(yīng)力；熱聵冷縮；縮水收縮；銹蝕

近年來(lái)，我省交通基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)展。在橋梁建造和使用過(guò)程中，有因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)致橋梁垮塌的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮?；炷灵_(kāi)裂可以說(shuō)是?常發(fā)病?和?多發(fā)病?，經(jīng)常困擾著橋梁工程技術(shù)人員。其實(shí)，如果采取一定的設(shè)計(jì)和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。實(shí)際上，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)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，主要有以下幾種：

一、荷載引起的裂縫

混凝土橋梁在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來(lái)主要有直接應(yīng)力裂縫、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。其產(chǎn)生的原因有：

1、設(shè)計(jì)計(jì)算階段結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)不計(jì)算或部分漏算；計(jì)算模型不合理；結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際受力不符；結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠；內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮施工的可能性；設(shè)計(jì)斷面不足；鋼筋偏少或布置錯(cuò)誤；結(jié)構(gòu)剛度不足；構(gòu)造處理不當(dāng)；設(shè)計(jì)圖紙交代不清等。

2、施工階段不加限制地堆放施工機(jī)具、材料；不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，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。

3、使用階段超出設(shè)計(jì)荷載的重型車輛過(guò)橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸等。

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。其產(chǎn)生的原因有：

1、在設(shè)計(jì)外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)同常規(guī)計(jì)算有出入或計(jì)算不考慮，從而在某些部位引起的次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

2、橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開(kāi)洞、設(shè)置牛腿等，在常規(guī)計(jì)算中難以用準(zhǔn)確的圖式進(jìn)行模擬計(jì)算，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置受力鋼筋。

二、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)境或結(jié)構(gòu)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，則結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨度橋梁中，溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出活載應(yīng)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(kuò)張或合攏。引起溫度變化主要因素有：

1、年溫差。一年中四季溫度不斷變化，但變化相對(duì)緩慢，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導(dǎo)致橋梁的縱向位移，一可通過(guò)橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時(shí)才會(huì)引起溫度裂縫，如拱橋、剛架橋等。我國(guó)年溫差一般以一月和七月月平均溫度作為變化幅度。考慮到混凝土的蠕變特性，年溫差內(nèi)力計(jì)算時(shí)混凝土彈性模量應(yīng)考慮折減。

2、日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽(yáng)曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。

3、驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對(duì)較慢產(chǎn)生溫度梯度。日照和驟然降溫內(nèi)力計(jì)算時(shí)可采用設(shè)計(jì)規(guī)范或參考實(shí)橋資料進(jìn)行，混凝土彈性模量不考慮折減。

4、水化熱。出現(xiàn)在施工過(guò)程中，大體積混凝土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(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥用量，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，或采用薄層斷續(xù)澆筑以加快散熱。

5、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。

三、收縮引起的裂縫

在實(shí)際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見(jiàn)的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮是產(chǎn)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?；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)，成龜裂狀，形狀沒(méi)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：

1、水泥品種、標(biāo)號(hào)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、礦渣水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標(biāo)號(hào)越低、單位體積用量越大、磨細(xì)度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時(shí)間越長(zhǎng)。

2、骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、花崗巖、長(zhǎng)石等吸水率較小、收縮性較低，而砂巖、板巖、角巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大，收縮小，含水量大收縮越大。

3、水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。

4、外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。

5、養(yǎng)護(hù)方法。良好的養(yǎng)護(hù)可加速混凝土的水化反應(yīng)獲得較高的混凝土強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時(shí)保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護(hù)方式比自然養(yǎng)護(hù)方式混凝土收縮要小。

四、地基基礎(chǔ)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(kāi)裂?；A(chǔ)不均勻沉降的主要原因有：

1、地質(zhì)勘察精度不夠、試驗(yàn)資料不準(zhǔn)。在沒(méi)有充分掌握地質(zhì)情況就設(shè)計(jì)、施工，這是造成地基不均勻沉降的主要原因。

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，河溝中甚至存大軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。

3、結(jié)構(gòu)荷載差異太大。在地質(zhì)情況比較一致條件下，各部分基礎(chǔ)荷載差異太大時(shí)，有可能引起不均勻沉降，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(kāi)裂。

4、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。同一聯(lián)橋梁中，混合使用不同基礎(chǔ)如擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，或同時(shí)采用樁基礎(chǔ)但樁徑、樁長(zhǎng)差別大時(shí)，或同時(shí)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)但基底標(biāo)高差異大時(shí)，也可能引起地基不均勻沉降。

5、分期建造的基礎(chǔ)。在原有橋梁基礎(chǔ)附近新建橋梁時(shí)，如分期修建的高速公路左右半幅橋梁，新建橋梁荷載基礎(chǔ)處理時(shí)引起地基土重新固結(jié)，均可能對(duì)原有基礎(chǔ)造成較大沉降。

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膨脹：一旦溫度回升，凍土融化，地基下沉。此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。

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

五、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)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土強(qiáng)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)，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(kāi)裂、剝離，產(chǎn)生裂縫。

六、凍脹引起的裂縫

大氣氣溫低于零度時(shí)，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)生膨脹力；同時(shí)混凝土凝膠孔中的過(guò)冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中脹力加大，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(shí)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(shí)對(duì)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。

此外，施工材料質(zhì)量、施工工藝質(zhì)量都可以引起不同程度的裂縫。

一座橋梁從建成到使用，牽涉到設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、運(yùn)營(yíng)等各個(gè)方面。因此，嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、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(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中，進(jìn)一步加強(qiáng)巡查和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問(wèn)題，也是相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

TU108

A

1674-3954（2011）02-0039-01

王剛，男，（1976—— ），哈爾濱市貸款建設(shè)路橋收費(fèi)管理所，職稱：工程師