淺析橋梁裂縫的成因

文/崔鵬 棗莊市公路管理局薛城公路局 山東棗莊 277000

1、混凝土橋梁裂縫種類、成因

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因較多，甚至多種因素相互影響，混凝土橋梁裂縫的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。

（1）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。裂縫產(chǎn)生的原因

有：設(shè)計計算階段，結(jié)構(gòu)計算時不計算或部分漏算；計算模型不合理，荷載少算或漏算；內(nèi)力與配筋計算錯誤，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠等。施工階段，不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設(shè)計圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式等。使用階段，超出設(shè)計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風、大雪、地震、爆炸等。

（2）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。裂縫產(chǎn)生的原因有：

橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開洞，計算中難以用準確的圖式進行模擬計算，受力構(gòu)件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。若處理不當，在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現(xiàn)裂縫。

2、溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當外部環(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，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。

3、收縮引起的裂縫

在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮是發(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。

塑性收縮。施工過程中、混凝土澆筑后4～5小時后，水泥水化反應(yīng)激烈，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時骨料因自重下沉，在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫。

縮水收縮。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，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，當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。

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，也可以是負的。

炭化收縮。大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學反應(yīng)引起的收縮變形。

混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫且寬度較細，縱橫交錯，成龜裂狀。影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標號及用量、骨料品種、水灰比、外摻劑、養(yǎng)護方法、外界環(huán)境、振搗方式及時間。

4、地基礎(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，導致結(jié)構(gòu)開裂。基礎(chǔ)不均勻沉降的主要原因有：地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準、地基地質(zhì)差異太大、結(jié)構(gòu)荷載差異太大、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大等。

5、鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結(jié)構(gòu)破壞。要防止鋼筋銹蝕，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護層厚度，施工時應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強振搗，保證混凝土的密實性，防止氧氣侵入，同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。

6、凍脹引起的裂縫

溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。當混凝土中骨料空隙多、吸水性強；骨料中含泥土等雜質(zhì)過多；混凝土水灰比偏大、振搗不密實；養(yǎng)護不力使混凝土早期受凍等，均可能導致混凝土凍脹裂縫。

7、施工材料質(zhì)量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

（1）水泥：水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標、水泥出廠時強度不足，水泥受潮或過期，可能使混凝土強度不足，從而導致混凝土開裂、當水泥含堿量較高，同時又使用含有堿活性的骨料，可能導致堿骨料反應(yīng)。

（2）砂、石骨料：砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大，將導致水泥和拌和

水用量加大，影響混凝土的強度，使混凝土收縮加大，如果使用超出規(guī)定的特細砂，后果更嚴重。砂石中云母的含量較高，將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力，降低混凝土強度。砂石中含泥量高，不僅將造成水泥和拌和水用量加大，而且還降低混凝土強度和抗凍性、抗?jié)B性。砂石中有機質(zhì)和輕物質(zhì)過多，將延緩水泥的硬化過程，降低混凝土強度，特別是早期強度。

（3）拌和水及外加劑：拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土，或采用含堿的外加劑，可能對堿骨料反應(yīng)有影響。

8、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若

施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的等各種裂縫，特別是細長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，比較典型常見的有：混凝土保護層過厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負彎矩的受力筋保護層加厚，導致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫；混凝土振搗不密實、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點、混凝土澆筑過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實不足，硬化后沉實過大，容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫；用泵送混凝土施工時，為保證混凝土的流動性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，導致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫；混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫；混凝土早期受凍，使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋，或局部剝落，或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象、施工時模板剛度不足，在澆筑混凝土時，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；施工時拆模過早，混凝土強度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫；施工前對支架壓實不足或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉，導致混凝土出現(xiàn)裂縫；安裝順序不正確，對產(chǎn)生的后果認識不足，導致產(chǎn)生裂縫。