淺析公路橋梁砼裂縫產(chǎn)生的原因和危害

周志海

目前公路橋梁主要采用砼結(jié)構(gòu)，砼產(chǎn)生裂縫，影響橋梁的使用壽命，本文對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因和危害進(jìn)行了初步分析。

1 裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 設(shè)計(jì)與實(shí)際橋梁使用狀況的偏差

目前設(shè)計(jì)多采用Ago、Engser、橋梁博士三個(gè)軟件，其計(jì)算模型與橋梁實(shí)際狀況有微小的出入，如溫度、T度的假定與實(shí)際有微小誤差，其計(jì)算模型的假設(shè)是導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生原因之一。

1.2 砼結(jié)構(gòu)本身固有的特性

砼在拌合、澆筑、養(yǎng)生、使用中由于干縮、徐變、溫度應(yīng)力、溫度差、位移、變形不協(xié)調(diào)、畸變，超靜定結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力，都有可能因上述因素而發(fā)生裂縫。這些裂縫，一般為非受力裂縫，即自應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。

1.3 施工方面的原因

橋梁上部結(jié)構(gòu)箱梁在施工過程中，支架、預(yù)應(yīng)力、保護(hù)層控制等因素也是產(chǎn)生裂縫的主要原因。箱梁在施工中，采用滿堂支架時(shí)地基承載力不足;采用管樁基礎(chǔ)時(shí)，管樁周摩阻力不足;柱樁的持力層承載力不足;承重架的永久變形沒有消除;承重架的主要桿件（如立桿）容許承載力不夠，構(gòu)造措施是否符合要求;是否對(duì)施工過程出現(xiàn)的問題全程跟蹤監(jiān)測(cè);上述各環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會(huì)引起現(xiàn)澆箱梁產(chǎn)生裂縫。

箱梁施工時(shí)每個(gè)施工環(huán)節(jié)應(yīng)嚴(yán)格要求，如：普通鋼筋是否符合設(shè)計(jì)要求;波紋管定位鋼筋是否準(zhǔn)確，如不準(zhǔn)確將導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼束位置不準(zhǔn)確，進(jìn)而使某些截面成為非全截面預(yù)應(yīng)力，出現(xiàn)主拉應(yīng)力過大而不符合設(shè)計(jì)要求;真空壓漿設(shè)備的使用功能如何;箱梁砼分兩次澆筑，兩次間隔時(shí)間越長(zhǎng)，新、舊預(yù)應(yīng)力砼收縮變形越不協(xié)調(diào)，越不協(xié)調(diào)則越容易產(chǎn)生裂縫，砼二次澆筑間隔時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制;箱室內(nèi)、外溫度差超過10度時(shí)，溫差應(yīng)力超過砼的設(shè)計(jì)拉應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生裂縫，裂縫一般深度為1-2mm，在保護(hù)層厚度范圍;其他引起裂縫的因素如：施工過程預(yù)應(yīng)力筋是否松弛或斷絲;錨下張拉力是否控制準(zhǔn)確;錨夾具、連接器喇叭口安裝是否到位;錨固區(qū)砼是否密實(shí)，是否設(shè)置錨下加強(qiáng)鋼筋，沒有設(shè)置加強(qiáng)鋼筋引起的裂縫，多發(fā)生在連續(xù)剛構(gòu)的底板或彎道橋腹板的外側(cè)處。千斤頂，油壓表是否定期做配套檢驗(yàn)，錨下張拉力及鋼束伸長(zhǎng)量是否準(zhǔn)確;砼強(qiáng)度、水灰比及含砂率，是否符合設(shè)計(jì)要求;堿集料反應(yīng)是否嚴(yán)重;保護(hù)層的厚度是否過薄或過厚;養(yǎng)護(hù)工作不到位，使砼表面失水太快，普通砼的體積穩(wěn)定性（相對(duì)于高性能砼而言）都可能引起裂縫的發(fā)生。

具體工程建設(shè)和使用中，由于情況千差萬別，產(chǎn)生裂縫后，需要分析具體情況，才能找準(zhǔn)裂縫產(chǎn)生原因。

1.4 實(shí)際工程案例

1）某跨徑為46m+90m+46m三向預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋，在未成橋之前橋臺(tái)出現(xiàn)裂縫，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查裂縫發(fā)生在橋臺(tái)臺(tái)身與承臺(tái)的交界附近，在臺(tái)身前緣呈水平狀，橫向貫通，臺(tái)身后緣未出現(xiàn)裂縫，橋臺(tái)與翼墻的交界處發(fā)現(xiàn)45°的斜裂縫。我們對(duì)裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析。分析后認(rèn)為裂縫產(chǎn)生的原因有以下三點(diǎn)：

（1）上部結(jié)構(gòu)的梁端與臺(tái)身前墻未按設(shè)計(jì)要求留足間隙，成橋前全橋伸縮縫處填滿建筑垃圾，高溫季節(jié)，上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生膨脹，使上部結(jié)構(gòu)擠壓臺(tái)身，對(duì)前墻產(chǎn)生水平推力。

（2）上部結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)有2.0%的下坡，因未成橋上部結(jié)構(gòu)的自重產(chǎn)生的水平分力不被支座吸收，而對(duì)前墻產(chǎn)生水平推力。

（3）裂縫產(chǎn)生時(shí)，橋臺(tái)背后填土高度為臺(tái)身高度的1/3，臺(tái)背填土的土壓力不足以抵消臺(tái)身的水平推力。

該橋通車驗(yàn)收前，請(qǐng)某家具備資質(zhì)的隊(duì)伍對(duì)裂縫做注漿補(bǔ)強(qiáng)處理，現(xiàn)處于正常工作狀態(tài)。

2）某橋?yàn)?跨（30m+40m+30m）連續(xù)梁橋，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力砼單箱單室箱梁。施工采用滿堂式支架，砼分兩次澆筑。施工后箱室內(nèi)發(fā)現(xiàn)在腹板處產(chǎn)生裂縫，裂縫寬度普遍在2mm以內(nèi)，長(zhǎng)度40-50cm，深度2-3cm，也有個(gè)別裂縫貫通腹板截面，較為嚴(yán)重。

經(jīng)調(diào)查分析，該橋產(chǎn)生裂縫并非單一原因，而是幾個(gè)不利因素綜合產(chǎn)生的。

（1）砼二次澆筑間隔時(shí)間太長(zhǎng)，變形不協(xié)調(diào)。

（2）波形管定位鋼筋不準(zhǔn)確，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力束位置不準(zhǔn)確，使某些截面出現(xiàn)過大的主拉應(yīng)力。

（3）養(yǎng)生不到位，失水過快，水灰比偏大，含砂率大于設(shè)計(jì)要求，體積不穩(wěn)定導(dǎo)致出現(xiàn)干縮裂縫。

（4）處治措施

①對(duì)腹板、橫隔梁等位置小于0.2mm寬，深度1-2mm的裂縫采用環(huán)氧膠涂刷封閉，保護(hù)鋼筋不銹蝕。

②對(duì)大于0.2mm寬，深度1-2mm的裂縫，用改性甲凝注漿補(bǔ)強(qiáng)。

③對(duì)寬度更大，深度更深，甚至截面裂通的裂縫請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)院做補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。

④埋設(shè)墩臺(tái)沉降觀測(cè)點(diǎn)及上部結(jié)構(gòu)撓度觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定期或不定期觀測(cè)，撓度應(yīng)控制

⑤底板出現(xiàn)分布鋼筋銹跡，說明保護(hù)層厚度不夠（設(shè)計(jì)為凈2.5cm），視今后變化情況處治。

該橋至今使用正常。

3）某橋（85m+138m+85m）三向預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)體系，單箱雙室主梁，掛籃懸澆法施工，成橋時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)在138m主跨箱室內(nèi)頂板與腹板交界處發(fā)現(xiàn)有裂縫，頂?shù)装逦窗l(fā)現(xiàn)有裂縫，裂縫平均間距2m一條，寬為0.2mm以內(nèi)，深度1-2mm，長(zhǎng)度約50-70cm不等，經(jīng)專家組鑒定，該裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)安全沒有影響，以環(huán)氧膠漿涂刷裂縫，封閉裂縫即可，并定期檢查裂縫是否有發(fā)展。

該橋0﹟塊、1﹟塊采用支架現(xiàn)澆施工，2﹟、3﹟塊為掛籃現(xiàn)澆施工，當(dāng)施工到4﹟、5﹟塊時(shí)0﹟塊底板、1﹟、2﹟、3﹟塊底板出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，經(jīng)分析并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，是由于變形不協(xié)調(diào)引起的裂縫，該裂縫成橋后會(huì)自行愈合。不出所料，成橋之后，0﹟塊、1﹟、2﹟、3﹟塊底板裂縫自行愈合，未做任何補(bǔ)強(qiáng)處理，只用基本同顏色的水泥膠漿美化其外觀。

2 砼裂縫的危害性

裂縫產(chǎn)生了，砼構(gòu)件的有效斷面必然減小削弱，導(dǎo)致其抗彎剛度、抗剪強(qiáng)度有所降低，加速了徐變，加大預(yù)應(yīng)力損失，導(dǎo)致?lián)隙认麓?，進(jìn)而影響承載力并縮短使用壽命。大氣中的水分子通過裂縫可以使鋼筋銹蝕，縮小鋼筋的有效截面積，預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕后，又增大預(yù)應(yīng)力損失，大大縮短橋梁使用壽命。裂縫產(chǎn)生后一般必須處治，嚴(yán)重的必須補(bǔ)強(qiáng)（應(yīng)做補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)），補(bǔ)強(qiáng)還不能解決問題的要推倒重來。裂縫影響外觀，視覺上有不安全感。

按2004年公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼設(shè)計(jì)規(guī)范的條文說明：結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)需要有一個(gè)確定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。例如汽車荷載隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)分析表明，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期取為100年時(shí)，可避免荷載取值出現(xiàn)過大的波動(dòng)。對(duì)今后橋涵荷載是有利的，國(guó)際上一些先進(jìn)國(guó)家的橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期多為80-120年，我國(guó)規(guī)定為100年，為荷載概率的適中區(qū)域，它的可靠度必須在正常設(shè)計(jì)，正常施工和正常使用養(yǎng)護(hù)的條件下才能得到保證。

綜上所述，分析了裂縫產(chǎn)生的普遍性原因及對(duì)結(jié)構(gòu)帶來的危害性，并列舉三個(gè)工程裂縫實(shí)例，采取不同的處治方案、方法。為了確保橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100年目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、管理中對(duì)砼裂縫應(yīng)予以足夠的重視，減少裂縫發(fā)生，及時(shí)處置裂縫，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]