浅谈桥梁裂缝产生原因及防治

郎 珉

(中铁十八局集团有限公司神朔指挥部，天津 300222)

桥梁的开裂主要包括桥面的开裂、桥墩的开裂以及桥台部分的开裂，以下分别分析这三个部分产生裂缝的原因。

1 混凝土桥面开裂原因分析及处理措施

1.1 桥面开裂原因分析

桥面铺装是车轮直接作用的部分，桥面铺装的作用在于防止车轮轮胎或履带直接磨耗行车道板，保护主梁免受雨水侵蚀，并对车辆车轮的集中荷载起到分布作用。桥面铺装要求有一定的强度，并且要求满足抗裂、抗冲击、耐磨性等各项要求。当然，考虑到分缝处板块角易产生斜裂，故桥面铺装要具有一定的抗弯曲能力。下面对混凝土桥面铺装过早开裂的因素，主要是设计考虑不周，施工不当及外界影响等方面的原因作简要分析。

(1)桥面板刚度不够。为了减轻恒载，试图用增加钢筋用量或采用高强度钢筋来减轻桥面板的厚度(如某些顶板偏薄的箱梁结构)。这种桥面板由于刚度不够，在重荷载的作用下引起较大的形变，在车辆的不断冲击振动下容易使桥面板产生裂缝，且发展较快。

(2)负弯矩的影响。对于连续梁桥、拱桥及悬臂梁桥等桥型结构，由于荷载的作用产生负弯矩或拉力，使桥面铺装层受到拉力的作用产生裂缝，造成桥面铺装的损坏。

(3)桥面铺装层与主梁混凝土粘结不够。在桥面铺装前没有将梁表面的松散砂石粒、泥污等清洗干净，没有在梁表面凿毛或凿毛的深度和密度不够，大大地降低了桥面铺装层与梁面之间的粘结力，破坏了混凝土的整体性，通车后车轮的剧烈冲击和荷载的作用使桥面出现脱皮、裂缝、剥落等现象。

(4)桥面铺装层厚度过薄。由于施工因素造成梁表面高出设计标高，或调整桥面纵横坡等原因，造成桥面铺装局部过薄(一般不宜小于8 cm)，削弱了桥面铺装层的刚度和承载能力，这也是桥面早期破坏的原因之一。

(5)桥面铺装层内的钢筋网走位。钢筋网在进行绑扎和浇筑混凝土时，受到施工人员、运输机具碾踏和混凝土拌和物的自重压力，导致其紧贴梁面的走位现象，削弱了钢筋网的分布筋作用承受荷载的能力，尤其对于出现负弯矩的桥面铺装层容易因此而出现桥面裂缝等损坏现象。

(6)混凝土的干缩作用。目前，桥面铺装多采用泵送混凝土工艺，为满足泵送混凝土较大坍落度的要求，除掺外加剂外，还常采用加大水泥用量和适当加大水灰比的方法，这两者都是影响混凝土干缩并成正比关系的主要因素。水泥用量大时，水化热大，引起行车道板和桥面铺装的温差而产生变形约束。由于混凝土硬化初期的抗拉强度小，如果干缩和冷缩产生的拉应力超过其抗拉强度，则导致混凝土内部及表面产生裂缝。目前普遍存在着忽视混凝土养护现象，这更有利于温度和干缩裂缝的发育，造成桥面的过早损坏。

(7)过早通车。有些建设单位为了尽早完成合同或“献礼”工程所需，在桥面铺装完成几天后即开放通车，造成桥面的强度不高，在形变未稳定的情况下过早承受外来荷载的作用，造成桥面过早损坏。

(8)混凝土质量的影响。混凝土的施工质量直接影响桥面铺装的使用寿命。原材料质量低劣、砂率过大、水灰比控制不好、砂石级配差、混凝土拌和物和易性差及施工时漏振、模板漏浆等造成混凝土出现蜂窝、麻面、强度降低等缺陷，这些缺陷破坏了铺装层的整体性，降低了铺装层抗裂、抗冲击、抗弯曲及耐磨的能力。

(9)施工缝处理不当。桥面铺装应力求少设施工缝。作业的浇筑长度应以施工缝设在墩台顶位置来定，当桥面不宽时以分隔带为分界面。但不少单位在进行桥面铺装时任意设置施工缝，且对施工缝的处理不当(如不按规范凿毛等)，在浇筑混凝土，出现间歇时间太长时(一般不宜超过1.0 h)，没有按规定设置施工缝。这些严重地影响混凝土的连续性和整体性。

(10)荷载过大及冲击影响。高密度、重交通及超载的车辆增加，加重了桥面铺装层的负荷，并且在路面不平整或伸缩缝等有高差的地方，易遭到大型的轮载带来的冲击破坏。

1.2 处理措施

(1)裂缝凿槽嵌补法。凿槽嵌补主要针对混凝土裂缝。沿混凝土裂缝凿一条深糟，槽形多用V形槽，槽两边混凝土面必须修理平整，槽内清洗干净，然后在槽内嵌补各种粘结材料，如环氧砂浆、沥青等化学补强剂。用水泥混凝土修补前，应先将修补处湿润，再涂刷同标号的水泥砂浆(或其他粘结材料)，以加强新旧混凝土间的粘结性。

(2)钢筋网混凝土补强加固法。桥面铺装若已损坏，可采用全部凿除，重做铺装层的方法，常用钢筋混凝土浇筑修补。修补前，先将旧桥面铺装层凿去，并将桥面板凿低数厘米(结合面要求凿成齿形)，然后焊接或埋设钢筋网，浇筑混凝土后，养护至标准强度。

(3)混凝土粘结剂或环氧树脂材料修补法。混凝土粘结剂可根据不同的要求拌制成净浆(主要为矿粉)、砂浆及混凝土几种，可视破损情况采用表面封涂修补或浇筑涂层修补法，对于小面积破损可用前者，如用水比克涂料;对于破损面大且深的可用后者。粘结剂修补的操作步骤可分为表面处理、支立模板(封涂法不需用)、胶粘剂拌制和备料、缺陷封嵌或灌筑及湿胎养护等过程。修补时，应注意避免荷载或重力振动的干扰、避免雨水冲淋。并且，应注意由低向高，由内向外添抹，并保证在封涂缺陷周围2 cm粘附面，封涂层厚度以不小于2.5 cm为宜。用环氧树脂材料修补破损路面，对缺陷部位的处理是很严格的，要求无水湿、无油渍、无灰尘及污物、无软弱带，并对混凝土加以凿毛。修补前，先按照需求量及配比要求配置环氧树脂水泥砂浆或混凝土，由于环氧树脂一旦加入固化剂后凝固较快，容易出现发热、结硬的现象，故配置时必须分别拌和，随用随配。修补时，先将拌合均匀的环氧树脂基液在预补的缺陷区表面涂刷一薄层，其厚度不应超过1 mm。待基液中的气泡清除后(45 min)，再涂抹环氧砂浆或环氧混凝土。涂抹环氧砂浆应摊铺均匀，每层厚度不超过1.0～1.5 cm，并用木、铁抹子反复压抹密实。桥面路拱度大时，应增大环氧砂浆或环氧混凝土的稠度。浇筑环氧混凝土的工艺与普通混凝土基本相同，铺筑时应注意防止扰动已涂刷的基液，同时要充分插捣密实并用铁抹反复压抹，直至补平为止。修补完毕后，还应注意做好养护工作。用粘结剂修补的，待初凝后即遮盖草包、麻袋、布片等，温水养护，一般需72 h以上。环氧树脂材料修补后，视气温影响一般约4～24 h才能固结，形成足够的强度，在此期间，应严禁汽车碾压，2 d后方可开放交通。

(4)钢纤维混凝土修补法。钢纤维混凝土系列用于桥面铺装层维修，能增强桥面抗裂性、抗弯曲性、耐疲劳性。其常用掺量为1% ～2%(以体积计，约相当于每1m3混凝土掺钢纤维48～156 kg)，拌和的投料次序和方法宜采用粗细料、钢纤维和水泥先干拌而后加水湿拌的方法，其浇筑与常规普通混凝土浇筑基本相同。

2 桥墩开裂原因分析及处理措施

2.1 承台对桥墩收缩的影响。

根据现场情况，在施工桥墩时，承台混凝土龄期最大达5个月，大部分龄期在2～4个月。众所周知，混凝土的收缩变形、速度和混凝土龄期有关，一般混凝土在初期(60 d)收缩量将达到总收缩的50%。桥梁在浇筑桥墩混凝土时，承台混凝土的收缩变形已基本稳定，收缩变形速率很小，而桥墩混凝土在浇筑完成硬化初期，其收缩变形速率较大，承台的收缩变形和桥墩收缩变形不协调，刚度较大的承台对桥墩收缩变形有较强的约束、限制作用。作用的结果是使桥墩产生横向拉应力，这种约束作用越靠近承台越大，当横向拉应力超过混凝土对应阶段的抗拉强度时，将在桥墩下部中间部位产生裂缝。

2.2 施工工艺的影响。

施工工艺的影响体现在配合比、混凝土下料、振捣等几个方面。为适应混凝土的泵送，在混凝土中掺加了粉煤灰、矿粉掺和料，并采用了聚羧酸作为外加剂。粉煤灰、矿粉、聚羧酸的掺加，的确可以改善混凝土的和易性、提高其强度、节省水泥用量，但掺粉煤灰、矿粉、高效减水剂配制的高性能混凝土，由于混合料中的各种组分密度差异较大，属多种细粉料混合，当混凝土搅拌不均匀、浇筑、捣固工艺不规范时，反到会容易使混凝土拌合物产生离析、泌水、不均匀体积收缩，混凝土结构将产生不同程度的裂缝、沙面、水印。不但影响其表面美观，有些裂缝还可能危及到结构的强度。

2.3 混凝土浇筑速度的影响。

混凝土的浇筑速度也是引起桥墩下部开裂的原因之一。据现场了解，大部分桥墩混凝土的浇筑总时间为9 h，有的甚至达到10多个小时。亦即，当下部混凝土已经初凝后，整个桥墩混凝土的浇筑才完成，在输送混凝土的过程中，输送管道不可避免地对已浇混凝土有扰动，同时上部浇筑没有初凝的混凝土对下部已浇筑的并初凝的混凝土相当于施加了竖向荷载，会使已浇部分、初凝的混凝土产生初始裂纹，此将为桥墩混凝土裂缝扩展埋下隐患。根据施工经验，总浇筑时间越长的桥墩，裂缝宽度都较大、出现裂缝的比例更高。

处理措施:为使得承台、桥墩混凝土收缩变形、速率尽量一致，尽量在承台混凝土浇筑施工完成后即行施工桥墩混凝土。考虑桥墩钢筋绑扎、立模等工序，最好在浇筑完承台10～15 d后施工桥墩混凝土。

由于掺加聚羧酸高效减水剂、粉煤灰掺合料的混凝土具有良好的和易性、节省水泥、强度较高，故在现场应用越来越多。对于贯通裂缝，如只采用表面涂封缝胶、设注浆器，不采用斜向设注浆管的方式，内部裂缝不可能注满。

3 桥台开裂原因分析及防治

3.1 开裂原因分析

结构物的裂缝一般可分为结构裂缝和变形裂缝，其中大部分混凝土结构裂缝的产生原因是由于变形作用引起的，变形作用包括温度、湿度(影响混凝土收缩)和不均匀沉降。由于薄壁桥台是施工完后未架梁，台背未填土，经研究分析，桥台开裂主要是受自重及温度、混凝土收缩等因素影响，裂缝为变形裂缝。结合裂缝的形状，由承台顶向上开裂，可认定为桥台开裂与温度及混凝土收缩有关，为非结构性裂缝。其开裂原因是由于桥台混凝土浇筑后产生的收缩以及较大体积的混凝土浇筑时所产生的水化热的影响。由于承台先前已施工完毕，承台与台身混凝土收缩不同步，承台的混凝土收缩量在台身施工前已基本完成，故台身混凝土收缩时受到承台的约束，台身混凝土将产生拉应力，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时，就会导致混凝土开裂。影响混凝土开裂的因素很多，主要的因素还包括混凝土配合比水灰比、水泥用量、集料数量、钢筋数量、构件形状和尺寸、施工条件、养护条件、干燥过程、周围空气的湿度以及干燥时间的长短等。

(1)水灰比。水灰比用水量越多，收缩的趋势就越大，用水量大既增加收缩又降低强度。

(2)水泥用量。水泥用量多、标号高，混凝土收缩就越大，早强水泥比普通水泥的收缩也要大，磨得比较细的水泥和含碴量高的水泥相对地收缩也大。

(3)集料。最大粒径愈小的混凝土收缩愈大，粘土的收缩大于水泥石的收缩，集料中含泥量越高，混凝土的收缩越大。

(4)钢筋。钢筋能约束收缩但不能阻止收缩，适当增加钢筋可减少裂缝的数量以及裂缝的宽度。

(5)构件形状和尺寸。构件体积与表面积的比值越大，收缩越小，混凝土的收缩应变值，一般配筋率的钢筋混凝土结构的干缩约为0.02%～0.03%。

(6)施工因素。施工中混凝土振捣是否密实非常关键，如果存在较多的空隙，在应力作用下裂缝将首先在该处开裂。有些桥台在浇筑混凝土时下料筒较少，导致混凝土横流，造成离析，在粗骨料多的地方造成薄弱带而引起台身开裂。模板拉杆的设置也可能成为产生裂缝的因素，目前施工常用的方法是模板间用钢筋作为拉杆，拉杆外套PVC管或竹筒作为内支撑，设置较密，为方便装模，拉杆设置成行成列，这些“行”和“列”造成台身的薄弱处而导致台身开裂。

(7)养护条件。混凝土在暴露的气候条件下不加养护对混凝土开裂有很大的影响，很大的温度梯度和湿度梯度会在混凝土表面和内部之间产生很大的内部约束，因而养护保温、保湿就显得非常重要。当新浇筑的混凝土在浇筑后迅速干燥，混凝土表面达到一定程度的硬化，但徐变又不能缓解塑性收缩引起的体积变化，混凝土又没有足够的强度抵抗拉应力时，台身就会发生塑性收缩裂缝。

3.2 防治措施

(1)材料方面。应用设计允许的最小水泥用量，富配合比更易开裂。在能满足和易性要求的情况下，尽量采用较小的水灰比，选用质量好的骨料，骨料使用前应清洗干净，减少含泥量。

(2)施工方面。混凝土浇筑时尽量振捣密实，设置多个下料筒同时下料，防止混凝土离析。施工时间应避开中午高温时段，减少温差的不利影响。拉杆的设置尽量布置成梅花状，在保证模板不变形的情况下，不要多设拉杆。

(3)养护方面。尽早开始养护，在混凝土表面水膜消失以前开始养护，保持湿润，待混凝土硬化达到规范要求后，及时拆模养护保湿，防止表面干燥。在冷天拆除模板或保湿设施时，应防止混凝土表面温度迅速降低产生冷击。

4 结论

根据以上分析，对于桥面部分产生的裂缝，可采用裂缝凿槽嵌补法、钢筋网混凝土补强加固法、混凝土粘结剂或环氧树脂材料修补法以及钢纤维混凝土修补法进行处理;对于桥墩部分产生的裂缝，在实际应用中，应充分考虑混凝土组分材料改变引起的组分密度、粒径变化，对施工工艺进行调整，只有这样才能充分发挥新材料的优势;对于桥台部分产生的裂缝，由于环境温降、温差的共同作用，在台身的部份区域出现较大的拉应力，足以使常规设计的钢筋混凝土开裂。因此，在设计、施工过程中，在薄壁桥台较宽的情况下，应考虑采取防止裂缝产生的措施。由于产生的裂缝为非结构性裂缝，内部应力得到完全释放，结构安全性仍有保障，但需对裂缝做封闭处理，以防止钢筋被锈蚀。引起薄壁桥台的开裂的因素较多，需要在设计、施工、养护等各个环节加强控制，只有消除各方面的不利因素，才能有效防止裂缝的发生。

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