混凝土桥梁裂缝的成因及防治措施

马泽辉

摘要：混凝土因具有原材料丰富、可塑性好、抗压强度高等优势，是当今世界上使用最为广泛的建筑材料，但其缺点之一是容易开裂。本文在总结混凝土桥梁裂缝开展的主要原因、位置，分析各类裂缝对桥梁安全性影响的基础上，提出了一系列的防治措施，并通过对工程实例分析验证，加深了对混凝土桥梁裂缝的认识，对预防实际工程中出现影响桥梁安全性的裂缝具有指导意义。

Abstract： Concrete is one of the most widely used building materials in the world because of its rich raw material， good plasticity and high compressive strength. However， one of the shortcomings of concrete is easy to crack. In this paper， based on the summary of the main causes and location of the cracks in the concrete bridge， a series of prevention and control measures are put forward based on the analysis of the influence of various cracks on the safety of the bridge. Through the analysis and verification of the engineering examples， the understanding of the cracks of the concrete bridge is deepened， which can guide the prevention of cracks in practical engineering.

关键词：混凝土桥梁；裂缝预防；桥梁安全

Key words： concrete bridge；crack prevention；bridge safety

中图分类号：U445.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）24-0101-03

0 引言

目前，桥梁建设已逐渐由新建转向养护阶段，在我国既有桥梁中，钢筋混凝土桥梁占据很大比重[1]。但由于混凝土抗拉强度低，且长期承受超过设计荷载的车辆荷载，或由于设计、施工或环境影响，在其建造和使用过程中出现桥梁裂缝的情况屡见不鲜，其中不乏出现危害较大的裂缝进而影响桥梁正常使用的[2]。然而，很多裂缝是可以通过桥梁的早期的设计或改进施工工艺克服或控制的，为了加强对裂缝的认识，避免实际工程中出现影响桥梁安全性的裂缝，本文对现有的混凝土桥梁裂缝的种类、成因做了全面的分析和总结，并针对各类裂缝提出相应的防治措施，对保障桥梁的安全运行具有重要意义[3]。

1 混凝土桥梁的主要裂缝

在实际工程中，混凝土桥梁裂缝产生的原因众多，一条裂缝的产生可能是多种因素的共同作用，对于裂缝产生的原因，主要可以分为荷载、温度、收缩、钢筋锈蚀、地基沉降、施工工艺几个方面。

1.1 荷载作用下产生的裂缝

荷载裂缝是指混凝土桥梁在静力或动力作用下，因变形而产生的裂缝。多出现在受拉区、受剪区或严重振动的区域。如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，往往是结构达到承载力极限的标志，是结构破坏的前兆[4]。

1.1.1 受弯裂缝

混凝土桥梁在弯矩作用下会产生弯曲裂缝，弯曲裂缝在弯矩最大截面受拉区产生，桥梁梁板结构最大正弯矩一般在跨中，并底部开始向上发展；负弯矩裂缝一般出现在支座处，从上往下发展。裂缝的数量和大小与荷载有关，集中荷载下裂缝分布相较于分布荷载裂缝分布更加集中，荷载增加，裂缝数量增多并开始扩大。当结构配筋较少时，裂缝少而宽，结构可能发生脆性破坏。普通钢筋混凝土受弯构件的裂缝宽度限制在0.30mm以内，对预应力构件的裂缝宽度限制在0.20mm以内。超过该限值则可能会影响桥梁结构安全。

1.1.2 受剪裂缝

受剪斜裂缝发生在剪力最大的截面，一般在桥梁支座附件，从下部沿45°左右方向向跨中上方发展，随着荷载的增加而增加，裂缝长度不断增长并向受压区发展，数量不断增加且出现分岔，裂缝区也逐渐向跨中方向扩大。一旦出现剪切裂缝，应加强观察。如果裂缝发展缓慢并限制在受拉区。裂缝宽度在限值以内，此时允许；如果裂缝不断发展或者裂缝已接近受压区，则不论其宽度和长度如何都应及时予以必要的加固处理。

1.1.3 受扭裂缝

受扭裂缝是在扭矩作用下，首先在构件长边方向的最弱处产生一条近45°方向的斜裂缝，然后向两边螺旋延伸。

1.1.4 局部受压裂缝

混凝土受压强度较高，因而其局部受压裂缝较少，但实际中可能由于设计等原因在局部受压区产生与压力方向平行的短裂缝。

1.2 溫度引起的裂缝

当混凝土外界温度或结构内部温度发生变化时，混凝土会产生膨胀或收缩，当混凝土的变形受到约束时，就会在混凝土内部产生应力，当混凝土收缩或膨胀时产生的应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝。引起混凝土温度变化的主要因素有：温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护等等。

1.3 收缩引起的裂缝

桥梁路面因收缩引起的裂缝是最为常见的裂缝种类，除去温度产生的收缩以外，在混凝土浇筑完成后的几个小时内，混凝土内部反应激烈，出现水分的急剧蒸发，混凝土大量失水收缩，同时骨料下沉，此时的收缩量可达1%左右，若下沉过程中受到钢筋阻挡，便会形成沿钢筋方向的裂缝。并且，在收缩过程中由于表明水分减少快，内部水分减少慢，由于收缩的不均匀性，表面收缩受到内部的约束，便会产生收缩裂缝。

1.4 钢筋锈蚀引起的裂缝

在钢筋质量较差或钢筋外混凝土保护层厚度不够时，钢筋会受外界环境作用，使得钢筋表明锈蚀，锈蚀后的钢筋体积会比之前增长约2-4倍，钢筋的膨胀会导致其周围的混凝土剥离、从而产生纵向裂缝。且由于钢筋的锈蚀，其与混凝土的粘结力减弱，结构承载力下降，在其他可能产生裂缝的因素下，混凝土会更容易开裂。

1.5 地基沉降引起的裂缝

混凝土桥梁结构基础的不均匀沉降或者水平方向的位移会使结构产生附加应力，当产生的附加应力小于混凝土抗拉强度时结构就会开裂，地基不均匀沉降可能由于地质勘查资料不够准确、结构各部分荷载差异太大、地基冻胀、采用不同基础形式或分期建造结构基础、地基条件发生变化等原因造成；结构的水平位移主要是对地质情况掌握不够、设计不合理和施工破坏等原因造成的。

1.6 施工工艺引起的裂缝

施工工艺的不合理或质量问题引起混凝土的开裂时有发生。混凝土的浇筑、运输、堆放、吊装过程中因施工工艺问题可能产生各个方向的裂缝。比较常见的问题包括混凝土搅拌不密实、浇筑过快、运输时间过长、养护环境干燥、混凝土接缝位置未处理好、早期受冻、模板刚度不足、拆模过早、施工顺序错误、施工质量差等问题。

以上混凝土桥梁的裂缝主要成因中，荷载裂缝中受压裂缝、受剪裂缝、张拉构件的局部受压裂缝属于没有预兆会突然产生的脆性裂缝，一旦出现裂缝则对结构强度影响很大，是混凝土桥梁结构破坏的前兆，属于规范允许范围之外的裂缝，需要加倍重视，采取必要的安全措施。其他裂缝属于塑性裂缝，在破坏之前会有明显的预兆，即裂缝会开展到一定程度，当最大裂缝超过规范规定的容许值时，会对结构的安全性造成影响，需要进行加固处理。未超过容许值时，则属于规范允许出现的裂缝，可不必加固。

2 裂缝的防治措施

在混凝土桥梁的裂缝中，对于不同的裂缝类型，应采取不同的防治措施[5]。

2.1 荷载裂缝的防治措施

荷载裂缝可能由于结构的设计、施工、使用各个阶段所造成的。设计阶段要严格计算交通量、荷载及混凝土配筋量，不可少算、错算，并留有余地；严格管理施工过程中原材料和各类器具的堆放；使用过程中严格限制超重车辆通过桥面，加强维修管理，以避免结构产生荷载裂缝。

2.2 温度裂缝的防治措施

对于温度裂缝的防治措施，主要是强化对材料温度的控制，可采用冷水降温碎石之后再与混凝土搅拌混合，或在混凝土内部预留管道注水降温，对于大体积构件可选择在春秋温度适宜时浇筑，若在夏天浇筑应采取降温措施，对温差变化较大的情况可采取保温措施避免因温度变化大热胀冷缩快，出现裂缝。

2.3 收缩裂缝的防治措施

防止收缩引起的裂缝，在施工时应避免过长时间的搅拌，下料应缓慢并振捣密实，也可通过在混凝土早期时，在表面覆盖海绵、麻袋，并浇水进行保湿养护，以控制混凝土中水分蒸发速率，减少因失水收缩产生的裂缝。

2.4 钢筋锈蚀裂缝的防治措施

为防止钢筋锈蚀，应保证足够的保护层厚度，按照规范要求设计。除此之外，在施工时，应加强振捣，保证混凝土的密实性，对于沿海地区或其他特殊环境地区，为防止腐蚀性空气或水分进入混凝土内部，更应在设计时加强。

2.5 地基沉降引起的裂缝防治措施

由于地基沉降引起的裂縫，在勘查设计阶段要保证勘查精度，勘察资料和试验资料的准确性，在施工时要在混凝土浇筑前把好质量关，混凝土水分要充足，减少其泌水性，必要时可添加减水剂；还可以搭设支架，预压以消除非弹性变形。若因设计、施工等其他原因已经出现裂缝，应及时对地基进行加固。

2.6 施工工艺引起的裂缝防治措施

施工工艺引起的裂缝种类很多，在施工过程中可通过保证施工精度，控制施工顺序的正确性，严格控制施工质量来控制施工工艺引起的裂缝。

对于上述裂缝中，若已经出现影响桥梁结构安全性的裂缝，应当及时对结构进行加固，可以通过表面涂抹进行加固处理、贴纤维板或纤维布、表面喷浆、粘贴钢板或预应力碳纤维板等方法实现。

3 工程实例

吊嘎河2号中桥位于昆绥线（S101）K738+014处，属昆明市东川区境内，于2007年8月建成通车。桥梁全长62.07m，桥面总宽9.16m，车行道宽8.16m，上部结构为1×30.65m钢筋混凝土现浇箱梁桥，在2015年桥梁健康监测中发现，桥梁中存在多处裂缝，图1、2属于荷载裂缝，图1梁底横向裂缝由梁底向上发展，属于受弯裂缝；图2裂缝呈45°从下向跨中上部发展，属于受剪裂缝，有的小于0.15mm，可直接封闭处理；有的大于0.15mm则需要注胶封闭。

对于图3是由于钢筋锈蚀所导致的裂缝或混凝土缺陷，可采用高强修补料进行修复。腹板与梁底裂缝，缝宽小于0.15mm的可采用环氧树脂胶泥直接封闭，缝宽大于0.15mm的裂缝，则必须进行注胶封闭（如图4所示）。

腹板竖向裂缝（图5）位于L/4到3L/4之间，可能是由于模板拆除过早，混凝土局部不密实造成，裂缝大于0.15mm采用灌浆处理，小于0.15mm封闭处理。对其他裂缝较大导致承载力不足的可采用图6所示粘贴预应力碳纤维板加固处理。

预应力碳纤维板张拉后，能使混凝土裂缝在一定程度上有所闭合，并提高桥梁承载力。

4 结论

混凝土桥梁由于混凝土材料和桥梁结构的原因会产生不同种类的裂缝，前期应严格按照国家相关规范和技术标准进行设计、施工，使用阶段控制荷载以预防裂缝的产生；对于已经产生裂缝的结构，需要根据裂缝的种类分别考虑，对于规范允许范围内的塑性裂缝可不加固，而脆性裂缝和超过规范允许值的塑性裂缝应及时加固并采取其他必要的安全措施。

参考文献：

[1]包琪，许纯梅.混凝土桥梁耐久性环境因素及其防护涂料分析[J].道路与交通，2015（1）.

[2]周凤华.某城市钢筋混凝土桥梁裂缝成因及危害分析[J].桥梁结构，2013（8）.

[3]李彬，李辉.钢筋混凝土桥梁裂缝成因浅析[J].建筑与工程，2011（5）.

[4]池邦云，高明赞.荷载裂缝对钢筋混凝土结构耐久性的影响[J].土木工程与管理学报，2013（1）.

[5]吴俊.浅析施工和使用中钢筋混凝土桥梁裂缝防治[J].黑龙江交通科技，2010（12）.