混凝土橋梁裂縫問題分析及預防措施

孫東風

（青藏鐵路公司建管所，青海 西寧810006）

1 引言

混凝土在現(xiàn)代工程建設中占有重要地位。而在今天，混凝土裂縫較為普遍，在橋梁工程中裂縫幾乎無所不在，.盡管我們在施工中采取各種措施，，小心謹慎，但裂縫仍然時有出現(xiàn)。究其原因，是我們對混凝土裂縫產(chǎn)生的機理認識不夠，沒有做到合理的預防和裂縫修補的方法，通過多年的現(xiàn)場觀察，查閱有關(guān)混凝土內(nèi)部應力方面的專著，本文詳細分析了混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的機理并給出了具體的防治措施。

2 混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的機理分析

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的成因復雜而繁多，且相互影響，如溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿集料反應），模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的主要原因?；炷翗蛄毫芽p的種類，大致可劃分以下幾種。

2.1 溫度和濕度變化引起的裂縫

混凝土硬化期間水泥放出大量的水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導致裂縫。混凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1／10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有(0.6～1.0)×10-4.長期加荷時的極限位伸變形也只有(1.2～2.0)×10-4由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現(xiàn)拉應力或者只出現(xiàn)很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其他外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化規(guī)律對于進行合理的結(jié)構(gòu)設計和施工極為重萼.

2.2 荷載引起的裂縫

混凝土橋粱在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產(chǎn)生的裂縫稱為荷載裂縫，分為直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產(chǎn)生的裂縫。次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產(chǎn)生的裂縫-如橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等，這難以用準確的圖式進行計算，一般根據(jù)經(jīng)驗設置受力鋼筋。研究表明，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)生巨大的應力集中。實際工程中，次應力是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見原因。次應力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切性質(zhì)。在設計上，應注意避免結(jié)構(gòu)突變（或斷面突變），當不能回避時，應做局部處理，如轉(zhuǎn)角處做圓角（倒角），同時加強構(gòu)造配筋，轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋，對于較大孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。

2.3 收縮引起的裂縫

在實際工程中，混凝土因收縮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(于縮)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碳化收縮。

2.3.1 塑性收縮

混凝土澆筑后4～5h，水泥永化反應激烈，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，同時集料因自重下沉，因此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。在集料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)件豎向變截面處如T梁、箱粱腹板與頂?shù)装褰唤犹?，因硬化前沉實不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。

2.3.2 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(于縮)。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，致使表面混凝土承受拉力，產(chǎn)生收縮裂縫。

2.3.3 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，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)，也可以是負的(即膨脹，如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。

2.3.4 碳化收縮

大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學反應引起的收縮變形后，溫度明顯高于其他部位，溫度梯度呈非線性分布。由于受到新建橋梁時，如分期修建的高速公路左右半幅橋梁，新建橋梁荷載或基礎(chǔ)處理時引起地基土重新固結(jié)，均可能對原有橋梁基礎(chǔ)造成較大沉降。

2.4 施工工藝引起的裂縫

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、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫，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)生的原因不同而不同，比較典型常見的有：

(1)混凝土保護層過厚或鋼筋變形，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。

(2)混凝土振搗不密實，不均勻，出現(xiàn)蜂窩，麻面，空洞，是導致鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫的起源點。

(3)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，容易在澆注數(shù)小時后發(fā)生裂縫。

(4)混凝土攪拌，運輸時間過長，使水分蒸發(fā)過多，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。

(5)混凝土初期養(yǎng)護時急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則地收縮裂縫。

(6)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。

3 預防混凝土橋梁裂縫的措施

通過分析混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的機理，我們可以找到預防混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的相關(guān)措施，并能夠?qū)σ呀?jīng)產(chǎn)生裂縫的混凝土橋梁進行有效的補救，主要的預防和補救措施如下：

(1)要做好模板，支架及各支撐處基礎(chǔ)和地基處理。確保其不發(fā)生沉降，移位。

(2)U型橋臺要控制其填料的抗壓強度，并作好臺背的防水排水設施，防止填土過濕或排水不良，由于壓實不足或凍脹產(chǎn)生裂縫。

(3)在盡可能的情況下，橋梁墩臺（尤其高墩）混凝土應一氣澆灌，不設施工縫。對墩身不可避免的施工縫要按技術(shù)規(guī)范要求，鑿毛該混凝土表面，用水沖洗，在混凝土澆筑前，對水平縫鋪一層2-3cm的1:2水泥砂漿，然后再繼續(xù)澆筑混凝土。

(4)在混凝土初凝前，進行二次振搗?？捎行蛩苄猿两狄鸬膬?nèi)分層，改善集料的界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土強度。

(5)使用外加劑對減少混凝土開裂的作用為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。

(6)混凝土的早期養(yǎng)護對減少混凝土表面裂縫的作用。實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是混凝土內(nèi)部各部分有溫度梯度造成的溫度應力在混凝土表面形成的裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。

(7)橋墩身的豎向裂縫預防，可從控制溫度，改進設計和施工操作工藝，改善混凝土性能等方面入手，可減少水泥用量降低混凝土的入模溫度，如避開高溫時段施工，對原材料降溫處理；降低水泥水化熱的溫升，如選用低水化熱的水泥減少水泥用量等，摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰；加快澆筑混凝土的散熱，如使用鋼模，分層澆筑混凝土，每層不大于30cm，并使溫度分布均勻，在大體積混凝土中甚至還可預埋或利用一些管孔道通過冷水或冷風來降溫。

(8)加強澆筑混凝土的表面保護。如表面應及時用草席，草袋覆蓋，并灑水或蓄水養(yǎng)護。夏天延長養(yǎng)護時間，寒冷季節(jié)爭取保溫措施，保護混凝土表面，特別是薄壁結(jié)構(gòu)延長拆模時間，可延緩降溫，使混凝土中心與表面溫度差減小，以防急劇降溫。

4 結(jié)束語

以上對混凝土橋梁裂縫之間的關(guān)系進行了詳細的探討，雖然對于混凝土裂縫的成因多種多樣，但對于具體的預防和改善措施意見是有一定的規(guī)律的。在具體施工中，我們要多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。

[1]張全新.商品混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因及預防措施. 建筑科學.2006（4）.

[2]王鐵龍.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]李金明.橋梁混凝土裂縫的種類及成因.廣東建材，2005（11）.

[4]劉傳江.混凝土空心板裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施.遼寧交通科技，2005（12）.

[5]GB50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.