混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的原因分析

任露露

（沈陽和佳道橋工程有限公司，遼寧 沈陽 110043）

橋梁全壽命期須經(jīng)歷設(shè)計(jì)階段、施工階段和后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)三個(gè)階段，而這其中任何環(huán)節(jié)出了問題都可能使得混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫，從而影響橋梁正常使用或降低橋梁使用年限，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致橋梁?jiǎn)适褂霉δ?，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。因此，防止混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫要從設(shè)計(jì)階段、施工階段、后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)三個(gè)階段采取相應(yīng)措施，保證橋梁在全壽命期正常使用。

1 混凝土的特性

引起混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的原因很多，分析諸多引起混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的原因均與混凝土的特性密切相關(guān)。因此有必要重溫混凝土的特性，找出混凝土裂縫與其特性之間的內(nèi)在關(guān)系，以尋求防止混凝土裂縫的方法?；炷潦怯伤?、砂、石（碎石或卵石）和水經(jīng)拌合而成的一種人造石材；砂、石是骨料，水泥和水拌合后形成水泥漿，水泥漿充滿砂石間的縫隙將砂石包裹起來，硬化后將骨料膠結(jié)在一起形成堅(jiān)硬的整體（混凝土）。

1.1 混凝土抗拉強(qiáng)度低

混凝土是水泥、石子和砂石組成的人造石材，屬脆性材料，其抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低（約為抗壓強(qiáng)度的十分之一）。在施工或使用過程中當(dāng)混凝土受拉或受彎，在很小的拉應(yīng)力下就會(huì)開裂［1］，是混凝土這種材料致命的弱點(diǎn)。

1.2 混凝土耐久性較差

混凝土的耐久性包括混凝土的抗?jié)B性、抗凍性和抗腐蝕性。人們普遍認(rèn)為混凝土是一種人造石材，其耐久性應(yīng)是混凝土具有的最凸顯的特點(diǎn)之一。隨著科學(xué)研究的不斷深入和混凝土在使用時(shí)所出現(xiàn)的問題來看，混凝土的耐久性不僅不如普遍認(rèn)為的那么強(qiáng)，反而十分的差。長(zhǎng)期實(shí)踐證明混凝土的抗?jié)B性比較強(qiáng)而混凝土的抗凍性和抗腐蝕性較差。當(dāng)氣溫達(dá)到零度以下時(shí)，混凝土內(nèi)部的自由水結(jié)冰膨脹，經(jīng)多次凍融循環(huán)后，其強(qiáng)度和外觀不能保持混凝土原有的特性，混凝土內(nèi)部因出現(xiàn)裂縫而導(dǎo)致強(qiáng)度降低；混凝土在酸、堿、鹽等腐蝕環(huán)境中隨時(shí)間推移內(nèi)部結(jié)構(gòu)受破壞，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低，從而降低了混凝土的耐久性。

2 混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的原因

由混凝土的特性知道混凝土抗拉強(qiáng)度很低，在施工、使用過程中如果施工方法不當(dāng)或使用環(huán)境發(fā)生變化導(dǎo)致混凝土所受拉力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土既產(chǎn)生裂縫。據(jù)調(diào)查橋梁混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因，大致可分為以下幾類。

2.1 荷載導(dǎo)致的裂縫

混凝土橋梁在靜、動(dòng)荷載作用下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，荷載裂縫產(chǎn)生的主要原因有：

（1）設(shè)計(jì)原因。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)荷載少算或漏算；計(jì)算模型與實(shí)際受力狀態(tài)不一致；內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤；安全系數(shù)取值小于規(guī)定值。

（2）施工原因。施工過程中，混凝土未達(dá)到要求的強(qiáng)度時(shí)任意堆放施工機(jī)具、設(shè)備，施工人員、機(jī)具過于集中，使施工荷載超過設(shè)計(jì)值；任意增加混凝土厚度，增加結(jié)構(gòu)自重，未經(jīng)批準(zhǔn)擅自更改設(shè)計(jì)，改變橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。

（3）使用原因。橋梁投入使用后疏于管理，超出設(shè)計(jì)載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的撞擊；橋梁受到不可抗力的影響（如強(qiáng)風(fēng)、大雪、地震等）。

2.2 溫度變化引起的裂縫

溫度裂縫區(qū)別于其它裂縫的最主要特征是它會(huì)隨著溫度的變化而變化［2］?；炷僚c其他建筑材料一樣具有熱脹冷縮的特性。在施工或使用過程中外界溫度變化會(huì)使混凝土產(chǎn)生收縮、膨脹變形，當(dāng)這種變形受到模板及其他約束時(shí)，混凝土將產(chǎn)生拉、壓應(yīng)力，當(dāng)拉該應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土產(chǎn)生裂縫（溫度裂縫）。溫度變化引起的裂縫的主要原因有：

（1）溫差。當(dāng)自然溫度發(fā)生變化時(shí)（如驟然降溫、晝夜溫差等）導(dǎo)致橋梁混凝土產(chǎn)生變形（伸、縮），對(duì)橋梁的影響主要是導(dǎo)致橋梁的縱向位移，當(dāng)橋梁的位移受到限制導(dǎo)致混凝土裂縫。

（2）水化熱。水泥是水硬性材料，水泥漿在混凝土硬化過程產(chǎn)生熱量，即水化熱，水化熱在混凝土內(nèi)部溫度高，特別是大體積混凝土內(nèi)部溫度可高達(dá)70℃，而混凝土表面溫度低。大量的統(tǒng)計(jì)資料表明當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差超過25℃時(shí)，混凝土表面所受的拉應(yīng)力遠(yuǎn)大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

2.3 混凝土自身收縮引起的裂縫

經(jīng)調(diào)查，混凝土橋梁常見的裂縫中，有很多是由于混凝土自身收縮變形引起的?；炷磷陨硎湛s變形可分為塑性變形和干縮變形。

（1）塑性變形

混凝土澆筑完畢，混凝土中水泥漿水化反應(yīng)激烈，混凝土失水收縮，同時(shí)骨料因自重下沉，導(dǎo)致混凝土體積發(fā)生變化，為塑性變形。當(dāng)塑性變形受到約束時(shí)產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度即產(chǎn)生裂縫。

（2）干縮變形

混凝土在硬結(jié)過程或硬結(jié)以后，混凝土表面水分和混凝土中的自由水蒸發(fā)，混凝土體積變小，這種變形稱為干縮變形。混凝土澆注完畢，如養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，表層水分蒸發(fā)過快，導(dǎo)致內(nèi)外變形不一致使表面變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土受拉而產(chǎn)生裂縫，這種裂縫為干縮裂縫。

2.4 混凝土材料引起的裂縫

（1）水泥

水泥是水硬性材料，變形性能與其化學(xué)成分有關(guān)，且與出廠時(shí)間有關(guān)。采用過期或不合格的水泥導(dǎo)致混凝土抗拉強(qiáng)度不足；使用氧化鈣含量超標(biāo)的水泥，氧會(huì)使已水泥中已硬化的水泥石受到破壞，也會(huì)降低混凝土抗拉強(qiáng)度，給混凝土裂縫埋下隱患。

（2）砂、石

砂石的強(qiáng)度、級(jí)配、雜質(zhì)及含泥量均對(duì)混凝土有一定的影響。砂石級(jí)配不符合要求將導(dǎo)致水泥用量加大，水泥是膠結(jié)材料，水泥用量大必然加大混凝土收縮，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫；砂石中含泥量超標(biāo)，混凝土強(qiáng)度降低，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫；砂石中有機(jī)質(zhì)物超標(biāo)可延緩水泥的硬化時(shí)間、降低混凝土強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

（3）水用量大（水灰比大），混凝土收縮變形大，水中含有有害物質(zhì)，腐蝕鋼筋、骨料，混凝土強(qiáng)度降低，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

2.5 施工質(zhì)量對(duì)混凝土裂縫的影響

（1）混凝土保護(hù)層過厚

造成保護(hù)層過厚的原因主要是鋼筋定位不準(zhǔn)，未加墊塊或墊塊過厚；其次是施工過程管理不到位，在澆筑混凝土?xí)r將上層鋼筋踩踏下移。

（2）混凝土振搗不密實(shí)

造成混凝土振搗不密實(shí)的原因主要是未落實(shí)技術(shù)交底，操作人員責(zé)任心差或混凝土一次攤鋪過厚，混凝土水灰比過大等原因。后果是混凝土表面出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，混凝土受力后內(nèi)部應(yīng)力力不均產(chǎn)生裂縫。

（3）澆筑速度過快

混凝土因澆筑速度過快骨料沉實(shí)不足，密實(shí)度不夠，往往在混凝土初凝后出現(xiàn)裂縫。

（4）混凝土初期養(yǎng)護(hù)達(dá)不到要求，使混凝土早起收縮過快而產(chǎn)生裂縫。

（5）冬期施工未采取可靠保溫措，使混凝土早期受凍，表面出現(xiàn)裂縫。

（6）拆模過早?；炷翉?qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求即拆模，使混凝土構(gòu)件過早受力而產(chǎn)生裂縫。

（7）配合比計(jì)量不準(zhǔn)，混凝土達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，使混凝土產(chǎn)生裂縫。

2.6 基礎(chǔ)沉降變形對(duì)混凝土裂縫的影響

（1)地質(zhì)勘查資料不準(zhǔn)確，

主要是孔位間距大、鉆孔深度不夠或勘察精度差，未能探明橋梁基礎(chǔ)下實(shí)際土質(zhì)情況，地基下存在軟臥層而地質(zhì)報(bào)告未能描述不清，導(dǎo)致設(shè)計(jì)失誤。

（2）施工時(shí)地基處理不滿足設(shè)計(jì)要求，如虛土未清凈、擾動(dòng)土未夯實(shí)，導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)不均勻沉降或產(chǎn)生水平方向的位移，使得上部混凝土橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

（3）使用階段超載運(yùn)行，導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降。

3 防止混凝土橋梁裂縫的措施

3.1 加強(qiáng)施工過程管理。

施工前應(yīng)該對(duì)每一種原材料進(jìn)行專業(yè)性的試驗(yàn)和檢測(cè)，嚴(yán)格控制砂、石的強(qiáng)度、含泥量和含水率，優(yōu)先選用低水化熱水泥；施工前應(yīng)做好施工方案，包括混凝土攪拌運(yùn)輸、澆筑順序、料具準(zhǔn)備、人員配置、養(yǎng)護(hù)方案，支、拆模方案；做好技術(shù)交底。施工過程中應(yīng)加強(qiáng)檢查，應(yīng)嚴(yán)格按擬定方案組織施工并做好檢查記錄，發(fā)現(xiàn)影響問題及時(shí)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，將問題消滅在萌芽中。

3.2 嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量

按混凝土配合比設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制砂石的含泥量和水泥用量；嚴(yán)格控制水灰比，不允許在混凝土運(yùn)輸或澆筑過程任意加水。

3.3 嚴(yán)格按照施工方案確定澆筑順序

混凝土澆筑過程中應(yīng)加強(qiáng)振搗環(huán)節(jié)的監(jiān)控，確?；炷琳駬v密實(shí)，嚴(yán)禁混凝土出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，在混凝土初凝前，進(jìn)行二次振搗。

3.4 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完畢應(yīng)及時(shí)澆水、覆蓋養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)少于7天或按設(shè)計(jì)要求。

3.5 大體積混凝土

對(duì)大體積混凝土應(yīng)采取可靠的降低水化熱的技術(shù)措，將混凝土內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)。

3.6 嚴(yán)格控制拆模時(shí)間

拆模應(yīng)經(jīng)項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人和監(jiān)理人員批準(zhǔn)并按規(guī)定程序履行拆模手續(xù)。

4 結(jié)語

裂縫是橋梁致命的質(zhì)量問題，在實(shí)際施工時(shí)候應(yīng)該加大重視力度。同時(shí)根據(jù)橋梁的具體情況和其所處地理位置的自然條件等將可能存在的問題加以綜合分析，根據(jù)實(shí)際問題確定切實(shí)有效的對(duì)策和措施，加強(qiáng)施工過程管理力度，混凝土裂縫是可以控制的。

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