橋梁工程產(chǎn)生裂縫的原因

李春艷

摘要：現(xiàn)代橋梁工程施工工藝的快速改進(jìn)，各種管理手段的不斷完善和加強(qiáng)，橋梁工程的內(nèi)在施工質(zhì)量已經(jīng)有了長足的提高，外觀質(zhì)量已成為反映施工單位技術(shù)水平的最重要的一面，如何提高混凝土的外觀質(zhì)量、減少裂縫也成為建設(shè)單位、監(jiān)理單位及施工單位要解決的重點(diǎn)問題。本文分析了橋梁工程產(chǎn)生裂縫的原因，提出了橋梁工程施工裂縫的控制措施。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;裂縫;原因;控制措施

前 ?言

隨著公路建設(shè)的蓬勃發(fā)展選擇合格的材料，并改進(jìn)現(xiàn)澆混凝土的施工工藝，根據(jù)混凝土主要技術(shù)指標(biāo)及現(xiàn)場條件，選擇合適的水泥和集料，并嚴(yán)格控制水灰比，就可以有效地控制由于施工材料質(zhì)量而引發(fā)的裂縫。

一、橋梁工程產(chǎn)生裂縫的原因

1.荷載引起的裂縫

1.1 彎曲裂縫。在混凝土梁上施加彎矩時(shí)，將產(chǎn)生彎曲裂縫。對(duì)受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件來說，彎曲裂縫首先出現(xiàn)在彎矩最大截面的混凝土受拉區(qū)梁板結(jié)構(gòu)的正彎矩裂縫一般位于跨中，從底邊開始向上發(fā)展，負(fù)彎矩裂縫位于連續(xù)或懸臂梁板的支座附近，自上向下發(fā)展。隨著荷載的增大，裂縫寬度增大，長度延伸，縫數(shù)增多，裂縫區(qū)域逐漸向兩側(cè)發(fā)展。

1.2 剪切裂縫。剪切裂縫也稱斜裂縫。首先發(fā)生在剪應(yīng)力最大的部位。對(duì)受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件，往往發(fā)生于支座附近，由下部開始，沿著與軸線成25°-50°左右的角度裂開。隨著荷載增大，裂縫長度將不斷增長并向受壓區(qū)發(fā)展，裂縫數(shù)不斷增多并分叉，裂縫區(qū)也逐漸向跨中方向擴(kuò)大。

1.3 斷開裂縫。鋼筋混凝土構(gòu)件受拉時(shí)，進(jìn)入整個(gè)截面的裂縫稱為斷開裂縫。受拉構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生的裂縫均沿正截面開裂，裂縫間距有一定規(guī)律。受拉構(gòu)件在內(nèi)力較小時(shí)，混凝土和鋼筋均勻承受拉力，隨著內(nèi)力增大，混凝土內(nèi)拉應(yīng)力達(dá)到其受拉極限，產(chǎn)生裂縫并退出工作，但裂縫寬度小于規(guī)定限值，全部拉力由鋼筋承擔(dān)，這是允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件的工作狀態(tài)。荷載繼續(xù)增大，鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服極限，鋼筋伸長率較大，裂縫很寬，超過設(shè)計(jì)規(guī)范允許寬度的許多倍，這是多為使用所不允許的或構(gòu)件將接近破壞的狀態(tài)。

1.4 扭曲裂縫?；炷翗?gòu)件受扭轉(zhuǎn)與彎曲同時(shí)作用而產(chǎn)生的裂縫稱為扭曲裂縫。該裂縫一般呈45°傾斜方向。鋼筋混凝土構(gòu)件在扭曲作用下，產(chǎn)生的裂縫一般有許多條，裂縫出現(xiàn)后混凝土保護(hù)層剝落，扭曲產(chǎn)生的扭矩改由鋼筋承擔(dān)，直至鋼筋滑動(dòng)時(shí)構(gòu)件完全破壞。

1.5 局部應(yīng)力引起的裂縫。局部應(yīng)力引起的裂縫主要表現(xiàn)在墩臺(tái)支座受到較大局部壓力、構(gòu)件突然受到?jīng)_擊荷載、位于構(gòu)件角隅處等。

1.6 在施工階段，不要不加限制地堆放施工機(jī)具、材料;在不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)情況下，不要隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝;要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙施工，不得擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序;另外，還要對(duì)結(jié)構(gòu)做施工機(jī)具振動(dòng)等條件下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。

2.溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化時(shí)，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(shí)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。引起溫度變化的主要因素有年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)施工措施不當(dāng)?shù)?。日照和下述驟然降溫是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見原因。

3.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。

3.1 塑性收縮

發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4～5小時(shí)左右，此時(shí)水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時(shí)骨料因自重下沉，因此時(shí)混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。為減小混凝土塑性收縮，施工時(shí)應(yīng)控制水灰比，避免過長時(shí)間的攪拌，下料不宜太快，振搗要密實(shí)，豎向變截面處宜分層澆筑。

3.2 縮水收縮（干縮）

混凝土結(jié)硬以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮）因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。

3.3 自生收縮

自生收縮是混凝土在硬化過程中，水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)，這種收縮與外界濕度無關(guān)，且可以是正的（即收縮，如普通硅酸鹽水泥混凝土），也可以是負(fù)的（即膨脹，如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土）。

3.4 炭化收縮

大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生，且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。

4.施工工藝質(zhì)量引發(fā)的裂縫

裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，比較常見的有八種：一是混凝土保護(hù)層過厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。二是混凝土振搗不密實(shí)、不均勻，出現(xiàn)蜂窩麻面、空洞。三是混凝土澆筑過快，混凝土流動(dòng)性較低，在硬化前因混凝土沉實(shí)不足，硬化后沉實(shí)過大，容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫，即塑性收縮裂縫。四是混凝土攪拌運(yùn)輸時(shí)間過長，使水分蒸發(fā)過快，引起混凝土坍落度過低，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。五是混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。六是混凝土分層或分段澆筑時(shí)，接頭部位處理不好，易在新老混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。七是施工時(shí)拆模過早，混凝土強(qiáng)度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。八是施工時(shí)模板剛度不足，在澆筑混凝土?xí)r，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。

二、橋梁工程施工裂縫的控制措施

1.結(jié)構(gòu)性裂縫的控制措施

在條件許可的情況下，設(shè)計(jì)單位應(yīng)盡量少用或不用非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)錨墊板、螺旋筋的埋設(shè)必須符合設(shè)計(jì)圖紙要求。在此基礎(chǔ)上，錨墊板后應(yīng)增設(shè)4根（12以上的縱向撐筋），縱向撐筋前端頂牢錨墊板，后端與鋼筋骨架相連，錨墊板后布筋較密，混凝土振搗必須密實(shí)。張拉時(shí)，混凝土必須達(dá)到設(shè)計(jì)或規(guī)范規(guī)定的張拉強(qiáng)度，且混凝土試塊要做到同體養(yǎng)護(hù)。鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁支架拆除時(shí)首先要弄清其設(shè)計(jì)受力體系，并從一開始進(jìn)行詳細(xì)的落架程序設(shè)計(jì)。

2.非結(jié)構(gòu)性裂縫控制措施

防止塑性沉降裂縫的措施有基礎(chǔ)處理、支架搭設(shè)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)、嚴(yán)格施工，對(duì)支架進(jìn)行全面積預(yù)壓以消除非彈性變形;混凝土中加減水劑減少混凝土泌水，確保混凝土保護(hù)層厚度、混凝土施工時(shí)進(jìn)行二次抹面。

防止塑性收縮裂縫的措施有加強(qiáng)早期混凝土養(yǎng)護(hù)以降低混凝土中水份蒸發(fā)速率，方法是結(jié)構(gòu)外露面覆蓋麻袋、海綿等澆水濕治養(yǎng)護(hù)。防止溫差裂縫的措施有合理安排混凝土澆注順序及澆筑速度，在混凝土澆注的過程中消除部分溫差。夏季施工時(shí)骨料要灑水降溫，冬季施工時(shí)混凝土表面應(yīng)覆蓋保溫。防止干縮裂縫的措施有設(shè)計(jì)部門布設(shè)足夠的控制裂縫的分布筋，施工配合比設(shè)計(jì)時(shí)減小水灰比，盡量增加骨料用量。增大骨料粒徑，施工完成后加強(qiáng)混凝土的濕治養(yǎng)護(hù)。防止龜裂的措施有配合比設(shè)計(jì)時(shí)水泥用量不宜過多，振搗要密實(shí)而不過振，混凝土表面泌水及浮漿要及時(shí)清除并注意及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]司超.混凝土橋梁常見裂縫的成因分析及主要工程措施[J].民營科技，2009，（05）.

[2]李文山.淺析鋼筋混凝土橋梁裂縫的原因與防治[J].民營科技，2008，（12）.

[3]李世慧，陳朵朵.株洲紅旗立交橋大體積混凝土溫度裂縫的控制[J].廣東科技，2009，（08）.

[4]安慶華.砌體結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施[J].內(nèi)江科技，2010，（09）.