淺議橋梁混凝土結(jié)構(gòu)工程中的裂縫成因

曹麗娟

摘要：橋梁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因。本文詳細(xì)分析了橋梁混凝土裂縫的主要原因。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫

Abstract: The causes of the bridge concrete structures crack range is complicated，and even a variety of factors influence each other, but each cracks are generated one or several of the main reasons. This paper analyzed the main reasons of the bridge concrete cracks.Key words: bridge engineering; concrete structure; cracks

中圖分類號：TV331文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

在橋梁施工過程中,只要嚴(yán)格控制好材料質(zhì)量、施工工藝、以及現(xiàn)場的施工管理,根據(jù)現(xiàn)場條件、材料特點、氣溫等多種因素,采取合理的技術(shù)措施和組織措施,就能有效地控制裂縫的產(chǎn)生,確保工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全使用。

一、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(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。（一）水泥1、水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)。游離氧化鈣是熟料中的有害成分，在凝結(jié)過程中水化速度很慢，在硬化水泥中繼續(xù)與水作用，生成氫氧化鈣晶體，體積增大近1倍，產(chǎn)生體積膨脹，可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強度下降。2、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(dǎo)致混凝土開裂。3、當(dāng)水泥含堿量較高（例如超過0.6%），同時又使用含有堿活性的骨料，可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)。（二）砂、石骨料砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大，將導(dǎo)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(xì)砂，后果更嚴(yán)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。砂石中水溶性硫酸鹽及硫化物可與水泥中的鋁酸三鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，體積膨脹2.5倍，也可導(dǎo)致硬化混凝土的開裂。（三）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，可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)的發(fā)生。二、荷載及溫度變化引起的裂縫（一）荷載引起的裂縫

橋梁混凝土在常規(guī)靜、動荷載作用下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，裂縫產(chǎn)生的原因有：1、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；結(jié)構(gòu)設(shè)計時不考慮施工的可能性；設(shè)計圖紙交代不清等。2、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。3、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(fēng)、大雪、地震、爆炸等。（二）溫度變化引起的裂縫混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，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度時即產(chǎn)生溫度裂縫。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。引起溫度變化而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的主要因素有：1、年溫差

一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導(dǎo)致橋梁的縱向位移，一般可采取橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施，只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時才會引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋等。2、日照

橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。3、驟然降溫

突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度，從而導(dǎo)致產(chǎn)生溫度裂縫。日照和驟然降溫是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見原因。4、水化熱

出現(xiàn)在施工過程中，大體積混凝土澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。施工中應(yīng)根據(jù)實際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥用量，降低骨料入模溫度，減小內(nèi)外溫差，并緩慢降溫，必要時可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部散熱。5、蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時施工措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。這種裂縫的產(chǎn)生在北方地區(qū)比較常見，在冬季混凝土施工中要盡量注意避免。

三、鋼筋銹蝕及基礎(chǔ)變形引起的裂縫

（一）鋼筋銹蝕引起的裂縫由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物體積比原來增長較大，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。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(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞（二）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(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂?；A(chǔ)不均勻沉降的主要原因有：1、地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準(zhǔn)。沒有充分掌握地質(zhì)情況就設(shè)計、施工，這是造成地基不均勻沉降的主要原因。比如丘陵區(qū)或山嶺區(qū)橋梁，勘察時鉆孔間距太遠(yuǎn)，而地基巖面起伏又大，勘察報告不能充分反映實際地質(zhì)情況。

2、地基地質(zhì)差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁，河溝處的地質(zhì)與山坡處變化較大，河溝中甚至存在軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。3、結(jié)構(gòu)荷載差異太大。在地質(zhì)情況比較一致條件下，各部分基礎(chǔ)荷載差異太大時，有可能引起不均勻沉降，例如高填土箱形涵洞中部比兩邊的荷載要大，中部的沉降就要比兩邊大，箱涵可能開裂。4、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。同一聯(lián)橋梁中，混合使用不同基礎(chǔ)如擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，或同時采用樁基礎(chǔ)但樁徑或樁長差別大時，或同時采用擴(kuò)大基礎(chǔ)但基底標(biāo)高差異大時，也可能引起地基不均勻沉降。5、分期建造的基礎(chǔ)。在原有橋梁基礎(chǔ)附近新建橋梁時，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。6、地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰凍膨脹；一旦溫度回升，則凍土融化，地基下沉。因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。7、橋梁基礎(chǔ)置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)時，可能造成不均勻沉降。8、橋梁建成以后，原有地基條件變化。大多數(shù)天然地基和人工地基浸水后，尤其是素填土、黃土、膨脹土等特殊地基土，土體強度遇水下降，壓縮變形加大。在軟土地基中，因人工抽水或干旱季節(jié)導(dǎo)致地下水位下降，地基土層重新固結(jié)下沉，同時對基礎(chǔ)的上浮力減小，負(fù)摩阻力增加，基礎(chǔ)受荷加大。有些橋梁基礎(chǔ)埋置過淺，受洪水沖刷、淘挖，基礎(chǔ)可能位移。地面荷載條件的變化，如橋梁附近因塌方、山體滑坡等原因堆置大量廢方、砂石等，橋址范圍土層可能受壓縮再次變形。因此，使用期間原有地基條件變化均可能造成不均勻沉降。對于拱橋等產(chǎn)生水平推力的結(jié)構(gòu)物，對地質(zhì)情況掌握不夠、設(shè)計不合理和施工時破壞了原有地質(zhì)條件是產(chǎn)生水平位移裂縫的主要原因。