橋梁裂縫產(chǎn)生的原因淺析

曹仁良

摘 要：文章以橋梁為主題，探討其發(fā)生裂縫的各項(xiàng)因素。首先結(jié)合在縣公路管理局的工作經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述；主要分析了引起裂縫的荷載應(yīng)力、次應(yīng)力、溫度變化、收縮、地基基礎(chǔ)變形、鋼筋銹蝕、凍脹、施工材料質(zhì)量與施工工藝各因素，以及相關(guān)的特征表現(xiàn)，在最后提出了一些總結(jié)性的建議。希望通過(guò)本文的初步論述，可以引起更多的關(guān)注與更廣泛的交流，為該方面的理論研究工作、防治實(shí)踐工作提供一些有價(jià)值的信息，以供參考。

關(guān)鍵詞：橋梁；裂縫；原因

中圖分類(lèi)號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）09-0157-02

伴隨我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，交通行業(yè)也在如火如荼的發(fā)展，但通過(guò)近些年的實(shí)際運(yùn)營(yíng)，也暴露出了一些問(wèn)題，一方面建筑市場(chǎng)的高額利潤(rùn)使得大量企業(yè)不顧其現(xiàn)實(shí)狀況與戰(zhàn)略部署，紛紛涌入，造成了市場(chǎng)的魚(yú)龍混雜，也在利益的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)于橋梁施工方面的材料質(zhì)量帶來(lái)了諸多隱患；另一方面由于受到傳統(tǒng)粗放型管理模式與思維的影響，給施工本身造成重大損失的同時(shí)，也使得其工程質(zhì)量難以保障，又增加了管理方面的困難，以下就從橋梁裂縫產(chǎn)生的相關(guān)因素方面展開(kāi)具體闡述。

1 概 述

近年來(lái)，我國(guó)道路橋梁工程建設(shè)得到了迅猛發(fā)展，同時(shí)也在使用中暴露出諸多問(wèn)題，從實(shí)際情況來(lái)評(píng)估以裂縫問(wèn)題為多，其原因集中體現(xiàn)在混凝土澆筑路面施工材料與工藝技術(shù)方面，但是由于現(xiàn)代公路基礎(chǔ)工程建設(shè)規(guī)模龐大、技術(shù)越來(lái)越趨于復(fù)雜化，加上投資成本高、路線設(shè)計(jì)考慮因素多，以促進(jìn)公路、經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)聯(lián)性為主，加之多路段同時(shí)施工、地質(zhì)地理?xiàng)l件復(fù)雜，而且南北氣候差異大，其間季節(jié)更替、天氣變化等都在一定程度上增加了道路橋梁工程的難度，所以，總的來(lái)講，道路橋梁工程建設(shè)與管理中需要按照具體情況，分類(lèi)分型加以討論，并對(duì)其間的各種可能性因素加以細(xì)致分析，從而構(gòu)建起一個(gè)系統(tǒng)的治理體系與防治體系，促進(jìn)橋梁工程的健全發(fā)展。

2 橋梁裂縫產(chǎn)生的原因分析

2.1 從種類(lèi)分析

從上面的概述可以了解到在橋梁工程中以混凝土結(jié)構(gòu)為主，易發(fā)生裂縫現(xiàn)象，造成此原因的因素較多，從種類(lèi)上看，有物理因素、環(huán)境因素、人為因素，技術(shù)因素等，因此按照相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)可以將其科學(xué)合理的劃分為荷載應(yīng)力、次應(yīng)力、溫度變化、收縮、地基基礎(chǔ)變形、鋼筋銹蝕、凍脹、施工材料質(zhì)量與施工工藝等因素。以上諸因素與橋梁工程施工及技術(shù)相關(guān)，也會(huì)因?qū)ζ淇刂?、管理不力而造成質(zhì)量問(wèn)題，所以本文就從這些方面進(jìn)行分析與討論。

2.2 各因素對(duì)橋梁裂縫的影響

首先，從荷載應(yīng)力方面看，有直接應(yīng)力、次應(yīng)力引起的裂縫；前者以外荷載引起的直接應(yīng)力為主，造成裂縫，主要原因在于設(shè)計(jì)計(jì)算階段對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)發(fā)生漏算、模型計(jì)算不合理、結(jié)構(gòu)受力假設(shè)不科學(xué)、內(nèi)力和配筋計(jì)算不符，從而造成結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不精準(zhǔn)；而從施工階段看，因施工機(jī)械設(shè)備分布、材料應(yīng)用不合理或人為更改結(jié)構(gòu)施工順序，造成了結(jié)構(gòu)受力模式發(fā)生偏移或缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)下的強(qiáng)度驗(yàn)算，加上使用階段的流通車(chē)輛數(shù)量、頻率以及其它碰撞、惡劣天氣、爆炸、地震等造成嚴(yán)重毀損造成橋梁發(fā)生裂縫，嚴(yán)重者會(huì)引發(fā)坍塌事故；而在次應(yīng)力方面，雖然皆由外荷載引發(fā)之力，但造成裂縫的原因與直接應(yīng)力存在差別，具體而論，設(shè)計(jì)外荷載作用時(shí)，若存在對(duì)結(jié)構(gòu)物實(shí)際工作與運(yùn)營(yíng)常規(guī)運(yùn)算不精準(zhǔn)或考慮不周時(shí)即會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，導(dǎo)致外在的裂縫現(xiàn)象發(fā)生，還有諸如開(kāi)洞、設(shè)置牛腿、圖式變更等造成孔洞附近應(yīng)力過(guò)于集中，以此引發(fā)錨固斷面周?chē)霈F(xiàn)開(kāi)裂或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角等地方因突變受力造成開(kāi)裂。為了更好的理解荷載裂縫，可以對(duì)其特征加以討論，比如，當(dāng)荷載作用力存在不科學(xué)設(shè)置時(shí)，就會(huì)造成中心受力、中心受壓、受彎變形、大偏心與小偏心受壓或受剪、受沖切、受扭、局部受壓等，引發(fā)各方面的裂縫問(wèn)題，專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面的細(xì)分可以參考橋梁建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，皆屬常規(guī)性問(wèn)題處理不當(dāng)所引發(fā)。

其次，從溫度變化的情況分析，年溫差、日照、驟然降溫、水熱化、蒸汽養(yǎng)護(hù)、冬季施工養(yǎng)護(hù)、預(yù)制T梁間橫隔板安裝與連接都是需要考慮的溫度變化相關(guān)因素，它們所引起的裂縫問(wèn)題可以細(xì)述如下：年溫差的影響體現(xiàn)在橋梁的縱向位移方面，當(dāng)其受限而發(fā)揮不了協(xié)調(diào)作用時(shí)，即會(huì)造成力的互相撕扯而引發(fā)裂縫問(wèn)題，常見(jiàn)于拱橋、鋼架橋；而日光對(duì)橋面板、主梁、橋墩側(cè)進(jìn)行曝曬后，因溫度的非線形梯度分布、橋梁結(jié)構(gòu)自身約束力兩大因素就會(huì)造成局部交拉應(yīng)力的增加，導(dǎo)致開(kāi)裂發(fā)生，同樣的道理，一旦狂負(fù)暴雨來(lái)襲，結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表面溫差增大，急劇的變化也會(huì)引發(fā)裂縫結(jié)構(gòu)溫度裂縫發(fā)生；混凝土材料由水泥、水、砂石、添加劑共同構(gòu)成，澆筑后會(huì)產(chǎn)生放熱效應(yīng)，內(nèi)部溫急劇升高、若外在環(huán)境溫與其差別較大，表面也會(huì)引發(fā)撕裂，出現(xiàn)裂縫；而在不同季節(jié)、氣候環(huán)境下，施工后的養(yǎng)護(hù)也有所差別，以冬季較麻煩，如果保護(hù)措施不當(dāng)，就會(huì)因溫差造成裂縫；還有安裝預(yù)制T梁時(shí)，對(duì)支座預(yù)埋鋼板、調(diào)平鋼板的連接采用焊接方式，如焊接不當(dāng)或不精準(zhǔn)或過(guò)度，也會(huì)因燒傷而引發(fā)混凝土后續(xù)澆筑完成造成開(kāi)裂等。

第三，收縮現(xiàn)象引發(fā)裂縫問(wèn)題，在這個(gè)方面可以分類(lèi)為塑性收縮、縮水收縮、自生收縮、炭化收縮；在橋梁施工中，當(dāng)完成混凝土澆筑4～5 h后，水泥因其物理、化學(xué)性質(zhì)而產(chǎn)生放熱，水分子蒸發(fā)快、造成失水性收縮，加上骨料下沉從而構(gòu)成塑性收縮，由于量級(jí)大、鋼筋阻力強(qiáng)，會(huì)引發(fā)沿鋼筋路徑的裂縫問(wèn)題與順腹板方向的開(kāi)裂問(wèn)題；縮水收縮亦稱(chēng)干縮，顧名思義，混凝土所含水分損失，外表快而內(nèi)部慢，引發(fā)表面收縮、內(nèi)部收縮一大一小，造成裂縫，往往以龜裂裂紋特征為表現(xiàn)形式；另一方面，又存在混凝土硬化現(xiàn)象，因而造成自生收縮現(xiàn)象，這是因?yàn)樗嗤瞧胀ü杷猁}，或粉煤灰類(lèi)，所以，正負(fù)型的遇水反應(yīng)，雖與外界濕度無(wú)關(guān)，卻會(huì)引發(fā)裂縫問(wèn)題；當(dāng)橋梁暴露在自然之中時(shí)，大氣中的二氧化碳也會(huì)與水泥水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成收縮性變形，但由于受到50%的濕度條件限制，其發(fā)生的可能性約束性強(qiáng)，所以，影響力較小，通常會(huì)根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況加以省略或忽略不計(jì)。

另外需要注意的事項(xiàng)在于，對(duì)水泥品種、標(biāo)號(hào)、用量與骨料品種以及水灰比、外摻劑、外部環(huán)境、振搗方式時(shí)常等相關(guān)參數(shù)的控制與管理，如此有助于減少這方面的問(wèn)題發(fā)生。

第四，從地基基礎(chǔ)變形因素看，在橋梁施工工程中要以流程為主，先進(jìn)行地質(zhì)勘察、地基質(zhì)量差異分析、結(jié)構(gòu)荷載差異分析、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類(lèi)型差異分析、分期分段建設(shè)基礎(chǔ)分析、地基受凍脹影響分析、不良地質(zhì)影響分析、竣工后的地基條件變化分析，而這8大分析需要以地基為主體，然后進(jìn)行對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)、地質(zhì)變化、沉降、橋梁關(guān)聯(lián)、土重結(jié)構(gòu)、含水量與溫度、地質(zhì)災(zāi)害、地基回填與位移情況解析，當(dāng)其中任何一項(xiàng)因素考慮不周或數(shù)據(jù)參數(shù)應(yīng)力不準(zhǔn)確時(shí)，便會(huì)發(fā)生各種不同情況下的裂縫，這一方面牽扯問(wèn)題較為復(fù)雜，需細(xì)致探究，此文限于篇幅，僅簡(jiǎn)單說(shuō)明不加以拓展討論。

第五，由鋼筋銹蝕引發(fā)的裂縫問(wèn)題，主要是因混凝土材料質(zhì)量、厚度不過(guò)關(guān)，造成二氧化碳的侵蝕使鋼筋漸受氯化物介入影響，導(dǎo)致氧化膜被破壞引發(fā)銹蝕，減少了鋼筋有效面面積的縮減，拉低結(jié)構(gòu)承載力，最終造成結(jié)構(gòu)性損壞而產(chǎn)生裂縫。

第六，凍脹引發(fā)的裂縫問(wèn)題，凍脹在上面的溫度變化因素方面已經(jīng)提到，但是需要注意零度以下的大氣氣溫情況，因?yàn)榇藭r(shí)吸水飽和的混凝土?xí)鶅?，而游離水轉(zhuǎn)化為冰，從而導(dǎo)致材料體積膨脹，尤其是在-70～80 ℃時(shí)，會(huì)造成裂縫，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，初凝時(shí)的情況最為嚴(yán)重。

第七，施工材料與施工工藝引起的裂縫，眾所周知在橋梁工程中材料會(huì)占據(jù)70%～80%的比重，是施工質(zhì)量管理與控制的關(guān)鍵，也是對(duì)工程質(zhì)量影響最大的因素，要求做好市場(chǎng)考察、材料選取與試驗(yàn)，并在評(píng)估后選擇合適的材料作為施工取材，還需要對(duì)購(gòu)進(jìn)、入庫(kù)加以科學(xué)管理、尤其是施工中的材料應(yīng)用管理等，每一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)給工程質(zhì)量帶來(lái)問(wèn)題，其中以裂縫最為常見(jiàn)；另一方面，現(xiàn)代化的管理中，注重技術(shù)管理，而施工工藝與技術(shù)管理密切相關(guān)，但由于制度、思維模式、施工經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)擷取與分析等方面的短板，極易忽略相關(guān)因素，在具體的混凝土配料、受力試驗(yàn)管理、振搗、養(yǎng)護(hù)等方面，以及與之相伴的拆模工作、構(gòu)件裝配工作等協(xié)作程度不足或其它因素也會(huì)導(dǎo)致常見(jiàn)裂縫問(wèn)題的發(fā)生。

3 建 議

本文重點(diǎn)討論橋梁裂縫發(fā)生的原因，但在分析之后發(fā)現(xiàn)，諸因素的負(fù)面影響主要集中于材料質(zhì)量控制、技術(shù)控制、管理控制方面，因此建議在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，按照類(lèi)型劃分裂縫成因找到治病根本，積極以此作為基礎(chǔ)，提煉出重點(diǎn)、難點(diǎn)、次要點(diǎn)，展開(kāi)分層分類(lèi)治理措施的探討，然后再將逐個(gè)問(wèn)題進(jìn)行攻克；另一方面，如上文所言，最好采用系統(tǒng)化思維，構(gòu)建起一個(gè)治理與防治體系，做到治標(biāo)治本、防微杜漸。另一方面，需要通過(guò)這些理解與認(rèn)知，提高管理能力，爭(zhēng)取在每一項(xiàng)新的工程中做到防患于未然，為橋梁工程施工質(zhì)量提供保障，以此提升橋梁施工質(zhì)量管理水平，推動(dòng)我國(guó)縣域經(jīng)濟(jì)向著更好的方向發(fā)展。

另外，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在各種新技術(shù)的發(fā)明，新型材料的應(yīng)用以及施工工藝的改進(jìn)事實(shí)背景下，在我國(guó)橋梁工程路面改造、維修、養(yǎng)護(hù)與建設(shè)工程中，仍需要加強(qiáng)相關(guān)理論的學(xué)習(xí)與研究，盡可能從實(shí)際上的施工過(guò)程與施工實(shí)踐中提取新的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，有助于我國(guó)道路橋梁施工工程的工藝改進(jìn)，也有助于其全面的施工質(zhì)量管理能力得到提高。

4 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，在新的時(shí)代就要以可持續(xù)發(fā)展的理念為指導(dǎo)，堅(jiān)持與時(shí)俱進(jìn)、因時(shí)制宜、因地制宜。通過(guò)上面的分析，可以認(rèn)識(shí)到橋梁工程由于受到各種外部環(huán)境因素、人為因素、物理因素等影響易發(fā)生裂縫現(xiàn)象，所以建議在公路管理方面注重對(duì)這些影響因素的分析與探討，并對(duì)其各項(xiàng)特征與表現(xiàn)加以討論，根據(jù)原因找到對(duì)應(yīng)的解決辦法。

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