谈混凝土桥梁裂缝的安全评估

王庆宁

(北京铁路局北京铁建工程监理有限公司，河北石家庄 050000)

混凝土桥梁裂缝产生的原因复杂并且种类繁多。裂缝的出现不仅会有损于桥梁的美观，减小混凝土的受力面积，使结构内的钢筋暴露在空气中，加速钢筋的锈蚀，进而严重影响到桥梁的承载性和耐久性，所以需要对混凝土桥梁裂缝综合进行分析并对安全等级进行评估。

1 裂缝类型及产生原因

虽然钢筋混凝土结构在正常使用条件下，允许有一定限度的细小裂缝存在，但也有一些结构是不允许有裂缝出现的，如全预应力混凝土结构。但是如果出现较大的裂缝，就需要对其加以控制，并找到产生的具体原因，必要时还需要采取相应的补救措施。

1.1 荷载引起的裂缝

由于荷载引起的裂缝按照应力作用方式的不同，可以分为直接应力裂缝和次应力裂缝两种。

在外荷载的作用下因直接应力产生的裂缝称为直接应力裂缝。其产生的主要原因有:在施工的时候，施工材料与机具杂乱无章的堆放;起吊、运输和安装的不规范;另外，由于不依照设计图纸进行施工，导致其受力模式的改变。

在外荷载的作用下因次生应力产生的裂缝称为次生应力裂缝。其产生的主要原因有:在施工过程中经常需要在桥梁结构内凿槽、开洞、设置牛腿等，构件在受力和开孔后，会产生应力流绕射的现象，因此在进行大跨度预应力连续桥梁施工中，需要根据跨中截面内力作用大小的不同，适当截断钢束并设置锚头，这样裂缝就可以转移到锚固断面附近。

1.2 温度变化引起的裂缝

利用大体积混凝土对基础进行浇筑施工时，由于基础是坚硬基岩或厚度较大的旧混凝土表面，结构的整体性不强，混凝土受室温及水化热反应所产生热量的影响，造成混凝土内部温度明显高于外部温度，以至于混凝土在降温过程中收缩变形，受到基岩和旧混凝土垫层两方面的约束，混凝土的内部将会出现强大的拉应力，进而产生约束裂缝。通常这种类型的裂缝会在混凝土浇筑完成后2个月～3个月后出现，裂缝的深度较大，有时候可能贯穿整个结构，结构的整体性受到一定程度的破坏。

1.3 收缩引起的裂缝

在施工工程中，收缩裂缝可以说是混凝土结构的最常见裂缝，也是影响混凝土结构变形的因素。

在混凝土施工过程中塑性收缩变形大部分发生在浇筑完成后4 h～5 h，这个时候混凝土的水化反应剧烈，正是分子链的形成阶段，水分迅速蒸发，混凝土在急剧失水后发生收缩变形，此时骨料也由于自重因素下沉。所以在混凝土施工过程中应严格控制水灰比，搅拌时间及下料速度，振捣要达到充分密实，在竖向变截面处尽量分层浇筑。

混凝土结构硬结后会出现缩水收缩，当混凝土结构表面水分逐渐蒸发后，湿度也随之下降，混凝土体积逐渐减小，也就是施工中俗称的干缩现象。因混凝土结构表层暴露在大气中，水分损失相对比内部较快，内外收缩应力不均匀，混凝土结构抗拉强度远低于其抗压强度，所以混凝土表面承受拉力过大时，裂缝很自然就出现了。

1.4 地基沉降引起的裂缝

在基础发生竖向不均匀沉降或产生水平方向位移的时候，结构内部会相应产生附加应力，当附加应力达到并超过混凝土结构抗拉极限时，结构便产生开裂现象。探究其产生的原因，主要是由于在施工过程中基础类型差异较大，在同一连续梁施工中，采用不同的基础类型，例如某个桥墩采用了桩基础而相邻的采用扩大基础，即使都采用了桩基础，但是有的桩径长有的桩径短，造成了桩径差异过大，诸如此类的现象都将诱发地基的不均匀沉降的发生。特别在分期建造基础过程中也可能出现地基不均匀沉降，如分期修建的铁路桥梁，旧桥已经加载梁荷载，新建桥梁荷载会引起旧桥基础应力重分配，可能会造成旧桥基础产生较大沉降。此外，桥梁经过不良地质构造地段也会引起地基不均匀沉降。

1.5 钢筋锈蚀引起的裂缝

当采用劣质混凝土或者保护层厚度过低时，空气中的二氧化碳会透过混凝土保护层侵蚀到内部钢筋表面，降低了钢筋附近混凝土的碱度，另外氯离子会聚集在钢筋周围，这些情况都会破坏钢筋表面氧化膜。混凝土结构中的氧气和水会与钢筋中的铁离子发生化学反应，并产生氢氧化铁，加大了混凝土自身的膨胀应力，从而引起混凝土保护层开裂，裂缝沿着钢筋纵向不断发展。随着钢筋锈蚀反应的继续，钢筋与混凝土之间的箍握力逐渐减弱，进而导致结构承载力降低，增加了其他形式裂缝发生的几率，促使钢筋锈蚀速度加快，最后造成结构的整体破坏。

1.6 施工工艺质量引起的裂缝

混凝土的施工工艺也是导致裂缝产生的主要因素，现浇混凝土及其构件在制作、拆模等阶段应特别重视施工的工艺质量，如果工艺质量过低，将会引起纵向和横向等多种裂缝。产生的具体原因包括以下几种:1)当上层钢筋已经绑扎好后，如发生胡乱踩踏现象，容易产生垂直于钢筋方向的裂缝。2)混凝土振捣不均匀，密实度不足，容易产生麻面与空洞等现象，是引起钢筋锈蚀腐化的主要因素。3)在浇筑混凝土过程中，如果速度过快，会降低混凝土的流动性，造成混凝土硬化前后沉实程度不足及过大，易在浇筑过后形成塑性收缩裂缝。4)当混凝土需要进行分段浇筑的时候，接头部位处理的好坏对裂缝的生成影响较大。裂缝很容易在新旧混凝土的交界地段产生，如果在浇筑过程中遇到下雨及停电等因素，造成后浇筑混凝土在前浇筑混凝土初凝后浇筑，易产生水平裂缝;另外混凝土接触面处理不妥，清洗不彻底，很容易造成新旧混凝土结合面处粘结力不足，从而导致裂缝的产生。5)模板的刚度也是影响裂缝产生的因素之一，模板会在施工中由于某种原因造成侧向压力过大，使得模板变形。另外拆模过早也会使构件因施工荷载产生裂缝。

2 裂缝的安全评估

裂缝的持续发展会影响到桥梁的使用寿命，所以对裂缝进行观察和监测是十分必要的。

任何混凝土结构都会存在开裂现象，裂缝的评价标准主要看是否威胁到结构的稳定性与耐久性。因此在施工过程中应根据具体情况判断裂缝的安全限度，例如刚架和组合结构，这类结构具有较大安全承载能力，结构的韧性较好，当发生较大变形时也不至于出现倒塌破坏现象，因此可以存在少量不危及结构安全的裂缝。在处理具体问题时可根据裂缝的实际情况制定相应的管理标准，所以需要规定一个评判裂缝的标准，以便更好控制工程质量。通过对施工现场的实际调查，在充分保证工程质量和保证效率的基础上，可按工程种类和具体情况将裂缝安全评估的等级划分为四级:

Ⅰ级裂缝:裂缝宽度小于现行设计规范规定，肉眼可见裂缝较少或基本没有;

Ⅱ级裂缝:裂缝宽度接近于或等于设计规范规定;

Ⅲ级裂缝:裂缝宽度超过规范规定，但对桥梁承载力并无实质影响，仅需对其加以封闭，以保证混凝土桥梁的正常使用;

Ⅳ级裂缝:裂缝远超过规范规定，必须采取加固等措施后桥梁方能使用。

3 结语

既然混凝土桥梁的裂缝是客观存在的，这就需要在混凝土桥梁的施工过程中对裂缝加以控制，对裂缝进行安全评估。根据施工现场的实践与反馈，通过这种方法能有效确保工程质量，降低施工过程中的风险，充分做到防患于未然。

［1］魏晓红.混凝土桥梁裂缝成因综述［J］.广东公路交通，2009(2):37-40.

［2］叶文亚，刘仲训，李国平.混凝土桥梁常见病害与裂缝形态［A］.2006年中国交通土建工程学士论文集［C］.2006:6-8.

［3］周青生，姜永生，刘建国.建筑施工现场质量控制手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007:182-185.

［4］赵吉凯.桥梁施工中混凝土梁的裂缝控制［J］.山西建筑，2010，36(11):349-350.