浅谈对公路混凝土桥梁裂缝的认识

赵松涛

摘要:本文针对公路混凝土桥梁裂缝的情况,分析裂缝原因,建议处理方法,以引起对混凝土桥梁裂缝的重视,达到控制和减少混凝土结构裂缝的目的。

关健词：公路混凝土桥梁 裂缝成因 处理方法

中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：

1 裂缝状况及认识

从目前发展状况看,多数桥梁仍是混凝土结构,据统计,钢桥所占比例在下降, 而预应力混凝土桥比例在上升,这说明混凝土桥梁正以其自身优势, 逐步提高其竞争能力。

看现在的发展状况,公路桥梁混凝土结构占主导地位，绝大多数公路桥梁仍然以混凝土结构为主。

引起混凝土结构开裂的原因有很多。人们一直在努力寻找开裂的原因, 经过多次分析,一部分原因找到了,另一部分原因还在寻找中。具体分析混凝土结构,可以看到,钢筋混凝土结构在理论上和设计上就存在“ 受拉区” ,假定拉力由钢筋承担,受拉边只验算钢筋拉应力,此时混凝土允许开裂,仅限制裂缝宽度。而预应力混凝土结构是用预应力钢筋对结构的受拉区施预压应力,使受拉边处于预压状态, 使用阶段不出现或出现较小拉应力,避免开裂或控制裂缝宽度。随着高速公路建设的发展,修建了许多大跨径预应力混凝土桥。但多数出现开裂,个别还较严重,不得不补强加固。这些桥梁出现的裂缝有下几种：

（1）在边跨支点附近出现呈约45o的斜裂缝,最大裂缝宽度大约0.75mm。

（2） 在主跨和边跨附近出现呈25～45o的斜裂缝,最大裂缝宽度大约0.60mm。

（3）箱梁顶、底板出现不连续的纵向裂缝,桥面防水层未做好,还出现渗水,最大裂缝大约14mm、宽度大约0.83mm。

（4）箱梁底板沿预应力钢束方向的纵向贯通裂缝,最大裂缝长度大约58mm, 宽度大约0.4mm。

2裂缝成因分析

2.1混凝土结构结硬过程的裂缝

混凝土浇筑之后强度变化很大程度取决于周围气候环境（如气温、空气湿度、昼夜温差、风等）和混凝土结硬时出现的水化热。此时,混凝土抗拉强度较低, 容易出现收缩和温度裂缝。为了克服收缩和温度裂缝应注意合理配置钢筋、选择水泥品种及用量,减小水灰比以及养生等。

（1）收缩裂缝

混凝土结硬时表面水蒸发干燥逐步由表面扩展到内部,在混凝土内呈现含水梯度,表面收缩大、而内部收缩小,出现内、外收缩差,混凝土表面受拉,内部受压, 当表面混凝土拉力超过混凝土抗拉强度时,便产生收缩裂缝。干燥环境、养生不及时、混凝土水灰比偏大等最容易引起收缩裂缝。

（2）温度裂缝

混凝土结硬过程产生水化热、受阳光照射、大气及周围环境温度、电焊等因素影响而出现冷热变化,而引起温度应力,当温度应力超过混凝土抗拉强度时, 即产生温度裂缝。

温度裂缝应注意养生,如散热,冬季浇筑混凝土的保温隔热措施,合理配置钢筋,选择低水化热水泥等。

2.2 使用阶段的裂缝

为了承受荷载作用而布置的预应力钢束和钢筋是合理的,那么裂缝是可以防止或控制在允许的范围。但是,一些裂缝与荷载作用有直接关系。

（1）弯曲裂缝

一般是垂直裂缝,是混凝土构件受弯矩作用产生的裂缝。首先出现在弯矩最大截面的受拉区。梁、板结构的正弯矩裂缝一般位于跨中,从底缘向上发展,下宽上窄；负弯矩裂缝位于连续梁的支点或悬臂梁根部上缘,裂缝至上而下发展,上宽下窄。这种裂缝随荷载的增大,裂缝宽度增大、加长、条数增多, 开裂区域逐渐向两侧发展。

（2）剪切裂缝

剪切裂缝又称斜裂缝,首先发生在剪应力最大的部位,一般发生在支点附近, 由主拉应力引起沿中性轴呈25o～45o开裂。随荷载增大,裂缝长度不断向受压区发展、裂缝数量不断增加并分岔,裂缝区域逐渐向跨中方向发展。

（3）扭曲裂缝

混凝土构件受扭转与弯曲共同作用而产生的裂缝称扭曲裂缝。此类裂缝一般呈45o倾斜,并有多条。裂缝出现后混凝土保护层剥落。扭曲产生的弯矩由钢筋承担, 直到钢筋滑移时,构件完全破坏。

（4）断开裂缝

混凝土构件受拉时截面产生的裂缝称断开裂缝。这类裂缝是受拉构件在荷载作用下产生的,并沿正截面开展。荷载小时,混凝土与钢筋共同受拉,构件处于未开裂状态；荷载逐渐增大,混凝土达到抗拉强度而开裂。混凝土退出工作,全部拉力由钢筋承担；若荷载继续加大,钢筋应力达到流限,钢筋延伸量增大,裂缝宽度超过允许值,这时构件处接近破坏的状态。

（5）局部应力裂缝

由局部应力较大而引起的裂缝,主要出现在支座、锚头等局部应力较大或突然遭撞击的部位。

3 改进措施

3.1设计方面

（1）结构尺寸合理

从实际调查结果看,目前一些桥梁边、中跨比例不当；梁根部和跨中或端部梁高不当；腹板厚度偏小等。

建议：①边中跨比例,连续梁（0.60～0.80）L

②梁高 根部h1 =（1／16～1／20）L

跨中或端部h2 =(1／2.5～1／3.5)h1

(视跨径大小而言,L 为中跨跨径)

（2）竖向预应力

调查发现,竖向预应力钢筋处于预应力不足或松弛状态；而竖向预应力对斜截面主拉应力影响又很敏感,因此保证竖向预应力的有效性最值得重视。有人提出二次张拉、改进竖向预应力钢筋的材料或锚固方式,在跨中或边跨端部梁高较矮段,计算上降低竖向预应力作用, 采取构造措施如增加箍筋及腹板厚度等。

（3）合理布置构造钢筋

合理布置构造钢筋是防止裂缝的正确措施。合理布置的预应力钢束能保证外荷载作用下,结构不出现拉应力或控制在允许范围，弥补的办法是适当增加构造钢筋。适当增加构造钢筋可以防裂或控制裂缝宽度。

（4）温度影响

由于温度变化的温差引起结构的内应力或约束应力是造成结构开裂主要原因。研究表明,箱梁当内、外温差10℃ 可能引起1.0～2.0MPa的拉应力。建议采用:T 形梁10～15℃ ;箱梁15℃; 内陆或山区20℃,我们周围的气候变化较大,对温度变化大的地区,应注意防裂钢筋布置,以控制裂缝宽度。

3.2 施工方面

混凝土结构出现裂缝或其他缺陷,施工质量是主要原因。

(1)模板、支架变形过大

支架下沉、模板变形是引起混凝土早期开裂的原因之一。

(2)预应力度不足

准确建立预应力度是极重要的。但实际施工中由于施工人员责任心不强、仪表不准确、操作失误,往往达不到设计所需的预应力度,特别是长预应力钢束和竖向预应力钢筋。

(3) 施工顺序改变

因为预应力棍凝土连续梁,设计时考虑的施工顺序同内力有关,施工中不可随意变化,以免引起不必要的附加应力而导致开裂。

(4)混凝土的浇筑和养生

混凝土浇筑过程,因振捣不好或漏振（特别是钢筋密集处）而使混凝土出现蜂窝、空洞等缺陷, 均可直接影响混凝土强度, 降低允许拉应力而引起开裂。养生直接关系到混凝土的温度或收缩裂缝。特别是大体积混凝土或冬季浇筑的混凝土。

(5) 新、老混凝土结合面, 龄期差不能太大,注意接缝面处理。

(6)施工控制

多跨连续梁,桥梁线形控制难以达到设计要求。桥面起伏较大,为了桥面线形, 用桥面铺装调坡,增加二期恒载,使本来偏紧的应力超过允许应力,也是造成结构开裂的原因之一。

3.3材料方面

混凝土结构的质量同所采用的水泥品种及用量、骨料品质及级配、混凝土的配合比和外掺剂等有直接关系,严把材料进场检验、堆放、混凝土拌和时计量、运输等,每个环节都应严格把关。

3.4 当前的技术水平

混凝土桥梁出现了开裂,首先应从设计、施工、材料等方面查找开裂原因,针对裂缝的不同情况提出处理、加固方法,如封闭、灌浆、加固等。

4 评判标准建议

混凝土结构出现裂缝,要具体分析,不能误认为是质量问题。把裂缝看得过于严重也是误区,当然有积极的一面,从而可以引起施工人员的重视,严格施工和管理,提高质量；混凝土结构开裂仍不可避免,也并不可怕,关键是裂缝是否危及结构的耐久性和安全性。基于这样的前提,建议规定一个评判裂缝的标准,统一认识, 既要同裂缝不懈“ 斗争” ,又要同裂缝“ 和平” 共处。

无疑,我们是从密实混凝土和有足够混凝土保护层（如3cm以上）出发,可要求混凝土结构表面裂缝宽度,在一般环境条件下对结构不带来危害。

5 结束语

混凝土结构裂缝问题涉及诸多因素,温差却是引起裂缝的主要因素, 也是较难把握的因素。桥梁工程师同裂缝“ 斗争” 已作出了不懈努力。本文只是对裂缝成因和补救措施的认识, 仍需共同努力, 将混凝土桥梁裂缝控制在允许范围, 为公路桥梁建设献出一份力量。

参考文献

［1］中交公路规划设计院,预应力混凝土桥梁裂缝成因分析研究报告.1999.

［2］混凝土桥梁的裂缝损害一原因及补救.国外桥梁,1982年2期.

［3］对德国规范中混凝土裂缝问题的讨论.《技术论坛》2003年2期.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。