混凝土橋梁裂縫成因分析及應(yīng)對(duì)措施

貴陽(yáng)建筑勘察設(shè)計(jì)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081

1 混凝土裂縫對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的危害

在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中，混凝土裂縫普遍存在，若不加以預(yù)防或處治，將會(huì)對(duì)橋梁造成嚴(yán)重危害。首先，會(huì)降低混凝土耐久性。對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)而言，其本身是有一定的設(shè)計(jì)使用年限的，而裂縫的存在不僅會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體外觀，還會(huì)降低混凝土的抗?jié)B性能，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，影響結(jié)構(gòu)的耐久性，使橋梁結(jié)構(gòu)難以在預(yù)定期限內(nèi)發(fā)揮應(yīng)有的承載作用。其次，會(huì)縮短橋梁使用壽命。作為橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)病害，裂縫的成因是多樣化的，而且危害程度也有差異，但無(wú)論何種裂縫，最終都會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用性能，加速橋梁結(jié)構(gòu)性能退化，甚至影響結(jié)構(gòu)安全，使其使用年限顯著縮短。

2 混凝土裂縫的成因

2.1 荷載導(dǎo)致裂縫

（1）直接應(yīng)力裂縫。一是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，結(jié)構(gòu)受力計(jì)算分析不合理，存在少算、漏算等情況，出現(xiàn)配筋數(shù)量不足、布置錯(cuò)誤、設(shè)計(jì)可行性差等問(wèn)題；二是橋梁施工問(wèn)題，直接應(yīng)力裂縫的產(chǎn)生與施工不規(guī)范有關(guān)，如施工材料隨意堆放、隨意起吊運(yùn)輸、施工順序不合理等；三是橋梁使用期間，主要受交通荷載過(guò)大、車輛船舶碰撞、惡劣環(huán)境因素等影響，這也是直接應(yīng)力裂縫的重要誘因。（2）次應(yīng)力裂縫。荷載往往是次應(yīng)力裂縫的主要成因。對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)而言，若其實(shí)際工作荷載超出設(shè)計(jì)值，將會(huì)使某些部位構(gòu)件出現(xiàn)次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。對(duì)于開(kāi)洞、鑿槽等特殊結(jié)構(gòu)，往往很難做到準(zhǔn)確模擬計(jì)算，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn)，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，容易導(dǎo)致構(gòu)件的突出、轉(zhuǎn)角等部位開(kāi)裂。

2.2 溫度導(dǎo)致裂縫

（1）環(huán)境溫度。首先，對(duì)于季節(jié)溫差較大的地區(qū)，橋梁結(jié)構(gòu)通常設(shè)計(jì)有伸縮縫、柔性墩等，可有效釋放溫變帶來(lái)的自由變形，但若該類位移受限則會(huì)造成溫度裂縫。其次，日照也會(huì)誘發(fā)裂縫，在強(qiáng)烈日照下，橋體不同部位的日照強(qiáng)度有差別，其所產(chǎn)生的局部拉應(yīng)力也會(huì)造成裂縫。最后，日間溫度驟降也會(huì)造成橋梁結(jié)構(gòu)裂縫。（2）水化熱。在橋梁結(jié)構(gòu)中，存在許多大體積混凝土，在澆筑過(guò)程中，受其內(nèi)部水化熱集聚效應(yīng)影響，容易造成構(gòu)件內(nèi)外溫差過(guò)大，進(jìn)而引發(fā)裂縫問(wèn)題。這就要求在具體施工時(shí)，所用水泥需滿足低水化熱屬性，并要減少水泥用量，還要注意對(duì)骨料進(jìn)行降溫處理，有效緩解溫差問(wèn)題。此外，還能借助外部設(shè)施，如循環(huán)冷卻系統(tǒng)，加快橋梁混凝土構(gòu)件內(nèi)部熱量散發(fā)。

2.3 混凝土收縮導(dǎo)致裂縫

（1）塑性收縮。該問(wèn)題主要是混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的，其收縮量級(jí)可以達(dá)到1%，極易引發(fā)裂縫問(wèn)題。要想控制塑性收縮問(wèn)題，需嚴(yán)格控制水灰比，選擇級(jí)配良好的砂石，同時(shí)要振搗密實(shí)，以減少收縮量，提高混凝土的抗裂度，且在高溫、大風(fēng)及干燥天氣下施工時(shí)，還應(yīng)采取灑水養(yǎng)護(hù)等措施。（2）縮水收縮。在橋梁結(jié)構(gòu)工程中，隨著混凝土的逐步凝結(jié)，混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)，導(dǎo)致出現(xiàn)變形。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)而言，其內(nèi)部與表層水分散失速率差距較大時(shí)，表面部分將會(huì)有更大的收縮應(yīng)力，若該收縮應(yīng)力突破表層混凝土抗拉強(qiáng)度，則會(huì)在其表面出現(xiàn)收縮裂縫，該問(wèn)題主要發(fā)生于混凝土硬化之后。（3）自身收縮。該現(xiàn)象取決于混凝土材料特性，與環(huán)境溫濕度關(guān)系不大，主要受材料本身水化反應(yīng)影響，即能夠產(chǎn)生收縮效應(yīng)。對(duì)于常規(guī)的硅酸鹽水泥，能夠通過(guò)添加礦渣、粉煤灰等來(lái)補(bǔ)償水泥及混凝土在水化硬化過(guò)程中產(chǎn)生的體積收縮。（4）碳化收縮?；炷两Y(jié)構(gòu)在與大氣接觸條件下，其水泥中堿性成分會(huì)與CO2發(fā)生碳化反應(yīng)，從而帶來(lái)一定的體積收縮。其碳化收縮主要受CO2濃度與濕度影響，濕度對(duì)碳化收縮影響很大，相對(duì)濕度為100%時(shí)不發(fā)生碳化；濕度降低到50%時(shí)，收縮碳化最大；濕度繼續(xù)降低時(shí)，收縮碳化逐漸減弱直至消失。

2.4 基礎(chǔ)變形導(dǎo)致裂縫

若在橋梁施工中對(duì)基礎(chǔ)處置不當(dāng)，則會(huì)出現(xiàn)基礎(chǔ)沉降、水平位移等問(wèn)題，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，當(dāng)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)造成開(kāi)裂現(xiàn)象。

2.5 鋼筋銹蝕導(dǎo)致裂縫

在橋梁結(jié)構(gòu)中，鋼筋由混凝土包裹，鋼筋表面有一層養(yǎng)護(hù)保護(hù)膜，而受混凝土碳化反應(yīng)影響，會(huì)導(dǎo)致材料堿性降低，對(duì)氧化膜產(chǎn)生破壞，此時(shí)會(huì)加劇鋼筋銹蝕反應(yīng)速率，這些持續(xù)產(chǎn)生的銹蝕物，將會(huì)使鋼筋體積增大進(jìn)而擠壓周圍混凝土，嚴(yán)重的會(huì)造成剝落、開(kāi)裂等問(wèn)題，且裂縫多是沿著鋼筋分布的，如圖1所示。同時(shí)，鋼筋銹蝕不僅使鋼筋截面面積不斷減小，使結(jié)構(gòu)承載力下降，還會(huì)降低鋼筋與混凝土的握裹力，影響兩者共同工作的性能，而且在裂縫發(fā)生后，還會(huì)反過(guò)來(lái)加劇銹蝕反應(yīng)，帶來(lái)更大的破壞。為預(yù)防混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕，要保證混凝土的密實(shí)度，減少水分的滲入，還要適當(dāng)增加保護(hù)層厚度，并控制好氯鹽成分，有效預(yù)防鋼筋銹蝕。

圖1 鋼筋銹蝕裂縫示意圖

2.6 材料問(wèn)題導(dǎo)致裂縫

在橋梁施工中，若其所用水泥、砂石等品質(zhì)不達(dá)標(biāo)，用量與配比要求不符，外加劑選用不當(dāng)?shù)?，則會(huì)導(dǎo)致材料不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，使混凝土強(qiáng)度降低，誘發(fā)裂縫問(wèn)題。

3 混凝土裂縫的應(yīng)對(duì)措施

3.1 注重裂縫的預(yù)防

（1）設(shè)計(jì)階段裂縫預(yù)防。首先，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，充分考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)狀況；其次，材料及配比設(shè)計(jì)要科學(xué)，其強(qiáng)度要滿足日后交通荷載需要；再次，鋼筋數(shù)量及布置要合理，避免鋼筋裸露及銹蝕問(wèn)題；最后，要設(shè)計(jì)好橋梁伸縮縫，有效適應(yīng)溫度應(yīng)力變化。（2）施工階段裂縫預(yù)防。在橋梁施工中，通過(guò)優(yōu)化施工策略，既能緩解混凝土結(jié)構(gòu)溫差問(wèn)題，又可提高整體結(jié)構(gòu)性能，避免裂縫的發(fā)生。在澆筑環(huán)節(jié)，要想有效預(yù)防溫度裂縫，在橋梁構(gòu)件選擇上，使用預(yù)制構(gòu)件可預(yù)防現(xiàn)場(chǎng)澆筑引發(fā)的裂縫問(wèn)題，而且對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)，分層分塊澆筑有助于熱量揮發(fā)，但要注意層間時(shí)間間隔。在振搗環(huán)節(jié)，在保證振搗密實(shí)性的同時(shí)，可選擇二次振搗方式，減少混凝土內(nèi)部氣泡及水分，改善其抗裂性能。（3）使用階段裂縫維護(hù)。在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，需著重考慮溫度問(wèn)題，不僅要控制好混凝土水化熱，還要采取養(yǎng)護(hù)措施，新澆部位不得暴曬，做好灑水保濕工作，避免表面溫度裂縫。此外，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)在初凝后，要確保拆模時(shí)機(jī)的合理性，若環(huán)境溫度降幅大，則要做好混凝土保溫措施，同時(shí)還要完善裂縫檢測(cè)機(jī)制，確保其修補(bǔ)及時(shí)性。

3.2 做好裂縫修補(bǔ)加固工作

（1）表面修補(bǔ)法。表面修補(bǔ)法主要針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的表面裂縫，該方法是通過(guò)涂抹的方式消除表面裂縫痕跡，如圖2所示。表面修補(bǔ)法的常用材料有環(huán)氧膠泥、水泥漿等，這也是最簡(jiǎn)單的處理方法。（2）灌漿法。灌漿法主要針對(duì)有較大深度且影響橋梁結(jié)構(gòu)整體性的裂縫，借助特種壓力注漿設(shè)備，將橋梁結(jié)構(gòu)裂縫以膠結(jié)材料加以填充，如環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯、水泥漿等，如圖3所示。該方法可達(dá)到良好的封堵及防滲效果。（3）嵌縫封堵法。嵌縫封堵法是橋梁結(jié)構(gòu)裂縫常用的處理方式之一，采用該方法時(shí)要先沿著裂縫進(jìn)行鑿槽處理，然后再進(jìn)行填充，如填充聚氯乙烯膠泥等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的有效封堵。（4）結(jié)構(gòu)加固法。在嚴(yán)重裂縫部位，可通過(guò)加固的方式使其構(gòu)件截面得以增大，或者直接替換因裂縫損毀嚴(yán)重的構(gòu)件，如增設(shè)縱梁加固，這樣可保證橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足相關(guān)要求。在進(jìn)行裂縫加固處理時(shí)，可采用外部預(yù)應(yīng)力加固法，即將其原結(jié)構(gòu)受力通過(guò)預(yù)應(yīng)力加以改變，以保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。

圖2 表面修補(bǔ)法示意圖

圖3 灌漿法示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，道路橋梁工程具有復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)等階段均可能產(chǎn)生混凝土裂縫，且裂縫成因各不相同。通過(guò)研究裂縫成因可發(fā)現(xiàn)，橋梁結(jié)構(gòu)裂縫是可預(yù)防的，但無(wú)法做到徹底避免，為此，施工人員需根據(jù)實(shí)際施工情況選擇合適的裂縫修補(bǔ)加固方法，進(jìn)而確保橋梁的安全使用，進(jìn)一步延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。