桥梁混凝土构件裂缝原因分析及防控

陈铁利

辽宁省路桥建设集团

桥梁混凝土构件裂缝原因分析及防控

陈铁利

辽宁省路桥建设集团

本文举例分析了桥梁混凝土构件裂缝形成的多种原因，提出了混凝土构件裂缝的部分防控措施。

桥梁；混凝土构件；裂缝；原因；防控

1 前言

混凝土因具有抗压强度高、耐久性好、造价低廉等优点已经成为现代桥梁结构中的主要材料。但混凝土抗拉强度低，易产生裂缝的特点也不容忽视。桥梁结构中混凝土构件裂缝现象较为普遍，且有些裂缝在使用荷载及外界物理、化学因素作用下，不断扩展，降低构件外观质量的同时更降低了构件的刚度和强度，影响了桥梁结构的耐久性和安全性。

2 桥梁混凝土构件裂缝产生原因分析

2.1 外部荷载引起的裂缝

桥梁构件在外界荷载作用下产生的裂缝，这类裂缝产生的原因主要有：设计时设计计算与实际受力偏差较大、安全系数不够；施工时未严格按设计施工，构件强度未达设计要求过早开放交通承受荷载等；构件使用过程中构件偏心受压、承受超设计荷载作用、遭受车辆碰撞等均会使构件产生裂缝。

2.2 温度变化引起的裂缝

构件所处外部环境和构件内部温度变化，使构件内部产生拉应力，应力过大会造成构件局部开裂。如北方地区温差大，长大构件伸缩位移受限；蒸汽养生构件加温或降温速度过快；大体积混凝土构件内部水化热等都会引起构件内部应力过大，引起裂缝。

2.3 混凝土收缩引起的裂缝

混凝土收缩引起的裂缝是构件裂缝中最常见的。混凝土收缩分为塑性收缩及干缩。塑性干缩发生在混凝土初凝阶段，混凝土尚未硬化，内部水化反应剧烈，出现泌水和水分急剧蒸发，骨料下沉，此间若遇钢筋或模板的阻挡，便易发生裂缝。塑性收缩裂缝通常发生在构件的变截面处如箱梁顶板与腹板、腹板与底板的交接处。混凝土的干缩裂缝是指混凝土硬化以后，表面水分逐步蒸发，水化反应趋缓，温度降低，混凝土体积缩小造成的。此时混凝土构件表面热量和水分损失快，内部损失相对较慢，体积收缩不均匀，表面混凝土承受较大拉力，从而导致构件表面收缩裂缝的出现。

2.4 结构变形引起的裂缝

桥梁构件所处结构因承受超设计的外界荷载，使结构发生变形，在构件内部产生附加应力导致的构件开裂。如墩台扩大基础的不均匀沉降、水平位移、山体滑坡对混凝土墩柱造成的侧向挤压等都会引起构件混凝土的开裂。

2.5 钢筋锈蚀引起的裂缝

桥梁构件处于具有腐蚀性的自然环境中、混凝土施工质量较差或构件内钢筋保护层不够、钢筋除锈不彻底等都会引起构件内钢筋的锈蚀。钢筋锈蚀反应生成的锈蚀物相对钢筋体积膨胀数倍，引起钢筋周围的混凝土开裂，产生构件裂缝。

2.6 施工工艺不合理引起的构件裂缝

混凝土构件因施工工艺不合理，施工管理不到位，施工质量差极易造成构件过早开裂，产生裂缝。通常表现在：

(1)构件钢筋骨架变形或构件保护层控制不严格，造成构件保护层不均匀，出现钢筋“贴模”或构件“素灰”厚等情况，导致构件表面出现产生裂缝。

(2)构件混凝土振捣不充分，不均匀，使骨料在硬化过程中下沉引起塑性收缩裂纹。同时因振捣不到位，混凝土不密实局部产生空洞、蜂窝等病害，引起钢筋锈蚀裂缝。

(3)构件混凝土浇筑顺序选择不当，混凝土在硬化过程中发生位移和形变，易在构件内部产生应力，造成开裂。如在坡面上的现浇构件，混凝土由高处向低处顺坡浇筑；悬臂构件混凝土由固定端向悬臂端浇筑；支架上现浇构件由于支架压实不够或刚度不够，在混凝土浇筑过程中支架沉降等引起构件开裂。

(4)混凝土构件初期养护不足，混凝土凝固过程中遭受高温或大风天气，构件表面失水快，内外出现较大温度差，产生拉应力超过构件当时的抗裂能力时就会导致基础、梁板、桥面等表面产生裂纹。

(5)桥梁构件混凝土龄期不足，强度较低时，遭受爆破震动或大型施工机械行走等外界震动：赶工期盲目拆除构件承重模板、进行吊运或过早使构件承受施工荷载导致构件开裂。

(6)混凝土分段施工，施工缝处理不当、浇筑时间选择不合理造成构件出现平行施工缝的裂纹。

(7)冬季施工中后张法梁板张拉孔道注浆，构件注浆后养护不到位，孔道泌水受冻结冰，造成梁板孔道位置冻胀开裂。

(8)深基坑薄壁构件两侧的回填未对称进行，过大的土压力造成薄壁墙、墩台等构件开裂。

3 桥梁混凝土构件裂缝的防控

3.1 设计单位科学合理进行设计，施工单位严格按设计精细组织施工，交通管理部门加强对过桥车辆的管理，加强对运营桥梁的维护等以降低桥梁混凝土构件裂缝的产生和发展。

3.2 处于外界温度变化剧烈环境中的混凝土构件，应重视优化混凝土配合比和改变构件受约束条件。通过改善混凝土骨料的级配、降低水灰比、减少单位水泥用量、加入引气剂等措施提高构件的耐温变能力；同时重视构件支座和伸缩缝的安装质量、在构件局部设置假缝以减弱温度变化造成的构件表面裂缝。

3.3 优化配合比，通过加入微硅粉和粉煤灰等材料，降低水泥用量，降低水化热，提高混凝土拌合物的和易性并减弱构件硬化收缩。施工浇筑过程中加强振捣，构件浇筑成型后加强养护工作。减少混凝土构件因收缩引起的裂缝。

3.4 勘测单位加强桥梁地质勘查，施工单位发现构造物处地质与设计资料不符及时沟通解决。基础施工时严格管理控制，杜绝因施工原因造成的基础不均匀沉降，水平位移。桥梁运营后管理部门应加强对桥梁维护，防止山体滑坡，疏浚采砂等活动对桥梁基础的不利影响。杜绝因结构变形对构件产生的开裂破坏。

3.5 暴露在腐蚀环境中的桥梁构件混凝土应严格控制混凝土中的氯离子含量和碱含量同时加入阻锈剂等外参剂，改善混凝土的和易性，加强浇筑振捣，严格控制钢筋骨架的保护层厚度。钢筋加工制作过程中采取措施严防钢筋锈蚀。设计时应适当考虑在构件外涂刷防腐涂层，以降低腐蚀环境对桥梁构件的不利影响。

3.6 桥梁施工过程中选择合理的施工工艺，加强施工管理控制，严格遵守设计要求，科学规范的进行桥梁钢筋加工，模板支立，混凝土配制、拌合、浇筑，构件养护、脱模、吊运、安装等各工序作业。降低因施工工艺及管理不到位等人为原因造成的桥梁结构开裂的风险。

4 结束语

桥梁混凝土构件裂缝产生原因复杂多样，各种研究理论和防控措施也多种多样，但构件裂缝对桥梁结构的安全和耐久性的不利影响是不容质疑的。我们应不断学习先进的桥梁理论，不断总结分析，结合现场实际情况，采取切实有效的防控措施，避免构件裂缝通病，将裂缝对桥梁结构的不利影响降至最低。

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制.北京.中国建筑工业出版社