浅析桥梁裂絿产生的原因

王 刚

（哈尔滨市贷款建设路桥收费管理所，黑龙江，哈尔滨，150000）

浅析桥梁裂絿产生的原因

王 刚

（哈尔滨市贷款建设路桥收费管理所，黑龙江，哈尔滨，150000）

阐述了桥梁产生裂缝的原因及其处理方法

直接应力；热聵冷缩；缩水收缩；锈蚀

近年来，我省交通基础建设得到迅猛发展。在桥梁建造和使用过程中，有因出现裂缝而影响工程质量甚至导致桥梁垮塌的报道屡见不鲜。混凝土开裂可以说是‚常发病‛和‚多发病‛，经常困扰着桥梁工程技术人员。其实，如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。实际上，混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，主要有以下几种：

一、荷载引起的裂缝

混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。其产生的原因有：

1、设计计算阶段结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；结构安全系数不够；内力与配筋计算错误。结构设计时不考虑施工的可能性；设计断面不足；钢筋偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。

2、施工阶段不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。

3、使用阶段超出设计荷载的重型车辆过桥；受车辆、船舶的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。

次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。其产生的原因有：

1、在设计外荷载作用下，由于结构的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起的次应力导致结构开裂。

2、桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。

二、温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨度桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素有：

1、年温差。一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移，一可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝，如拱桥、刚架桥等。我国年温差一般以一月和七月月平均温度作为变化幅度。考虑到混凝土的蠕变特性，年温差内力计算时混凝土弹性模量应考虑折减。

2、日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。

3、骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢产生温度梯度。日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实桥资料进行，混凝土弹性模量不考虑折减。

4、水化热。出现在施工过程中，大体积混凝土浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥用量，减少骨料入模温度，降低内外温差，并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统进行内部散热，或采用薄层断续浇筑以加快散热。

5、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝。

三、收缩引起的裂缝

在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩是产生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩。混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。研究表明，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：

1、水泥品种、标号及用量。矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矿渣水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。

2、骨料品种。骨料中石英、石灰岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低，而砂岩、板岩、角岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大，收缩小，含水量大收缩越大。

3、水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。

4、外掺剂。外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。

5、养护方法。良好的养护可加速混凝土的水化反应获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。

四、地基基础变形引起的裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有：

1、地质勘察精度不够、试验资料不准。在没有充分掌握地质情况就设计、施工，这是造成地基不均匀沉降的主要原因。

2、地基地质差异太大。建造在山区沟谷的桥梁，河沟处的地质与山坡处变化较大，河沟中甚至存大软弱地基，地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。

3、结构荷载差异太大。在地质情况比较一致条件下，各部分基础荷载差异太大时，有可能引起不均匀沉降，如高填土箱形涵洞中部比两边的荷载要大，中部的沉降就要比两边大，箱涵可能开裂。

4、结构基础类型差别大。同一联桥梁中，混合使用不同基础如扩大基础和桩基础，或同时采用桩基础但桩径、桩长差别大时，或同时采用扩大基础但基底标高差异大时，也可能引起地基不均匀沉降。

5、分期建造的基础。在原有桥梁基础附近新建桥梁时，如分期修建的高速公路左右半幅桥梁，新建桥梁荷载基础处理时引起地基土重新固结，均可能对原有基础造成较大沉降。

6、地基冻胀。在低于零度的条件下含水率较高的地基土因冰膨胀：一旦温度回升，冻土融化，地基下沉。此地基的冰冻或融化均可造成不均匀沉降。

7、桥梁基础置于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。

五、钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土强度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，从而对周围混凝土产生膨胀应力导致保护层混凝土开裂、剥离，产生裂缝。

六、冻胀引起的裂缝

大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%~50%。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。

此外，施工材料质量、施工工艺质量都可以引起不同程度的裂缝。

一座桥梁从建成到使用，牵涉到设计、施工、监理、运营等各个方面。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理是保证结构安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中，进一步加强巡查和管理，及时发现和处理问题，也是相当重要的一个环节。

TU108

A

1674-3954（2011）02-0039-01

王刚，男，（1976—— ），哈尔滨市贷款建设路桥收费管理所，职称：工程师