混凝土桥梁裂缝成因分析及应对措施

贵阳建筑勘察设计有限公司，贵州 贵阳 550081

1 混凝土裂缝对桥梁结构的危害

在混凝土桥梁结构中，混凝土裂缝普遍存在，若不加以预防或处治，将会对桥梁造成严重危害。首先，会降低混凝土耐久性。对于桥梁结构而言，其本身是有一定的设计使用年限的，而裂缝的存在不仅会影响结构的整体外观，还会降低混凝土的抗渗性能，导致钢筋锈蚀，影响结构的耐久性，使桥梁结构难以在预定期限内发挥应有的承载作用。其次，会缩短桥梁使用寿命。作为桥梁结构常见病害，裂缝的成因是多样化的，而且危害程度也有差异，但无论何种裂缝，最终都会影响结构的使用性能，加速桥梁结构性能退化，甚至影响结构安全，使其使用年限显著缩短。

2 混凝土裂缝的成因

2.1 荷载导致裂缝

（1）直接应力裂缝。一是桥梁结构设计问题，结构受力计算分析不合理，存在少算、漏算等情况，出现配筋数量不足、布置错误、设计可行性差等问题；二是桥梁施工问题，直接应力裂缝的产生与施工不规范有关，如施工材料随意堆放、随意起吊运输、施工顺序不合理等；三是桥梁使用期间，主要受交通荷载过大、车辆船舶碰撞、恶劣环境因素等影响，这也是直接应力裂缝的重要诱因。（2）次应力裂缝。荷载往往是次应力裂缝的主要成因。对于桥梁结构而言，若其实际工作荷载超出设计值，将会使某些部位构件出现次应力导致结构开裂。对于开洞、凿槽等特殊结构，往往很难做到准确模拟计算，其结构设计主要依靠经验，如果设计不当，容易导致构件的突出、转角等部位开裂。

2.2 温度导致裂缝

（1）环境温度。首先，对于季节温差较大的地区，桥梁结构通常设计有伸缩缝、柔性墩等，可有效释放温变带来的自由变形，但若该类位移受限则会造成温度裂缝。其次，日照也会诱发裂缝，在强烈日照下，桥体不同部位的日照强度有差别，其所产生的局部拉应力也会造成裂缝。最后，日间温度骤降也会造成桥梁结构裂缝。（2）水化热。在桥梁结构中，存在许多大体积混凝土，在浇筑过程中，受其内部水化热集聚效应影响，容易造成构件内外温差过大，进而引发裂缝问题。这就要求在具体施工时，所用水泥需满足低水化热属性，并要减少水泥用量，还要注意对骨料进行降温处理，有效缓解温差问题。此外，还能借助外部设施，如循环冷却系统，加快桥梁混凝土构件内部热量散发。

2.3 混凝土收缩导致裂缝

（1）塑性收缩。该问题主要是混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的，其收缩量级可以达到1%，极易引发裂缝问题。要想控制塑性收缩问题，需严格控制水灰比，选择级配良好的砂石，同时要振捣密实，以减少收缩量，提高混凝土的抗裂度，且在高温、大风及干燥天气下施工时，还应采取洒水养护等措施。（2）缩水收缩。在桥梁结构工程中，随着混凝土的逐步凝结，混凝土内外水分蒸发，导致出现变形。对于混凝土结构而言，其内部与表层水分散失速率差距较大时，表面部分将会有更大的收缩应力，若该收缩应力突破表层混凝土抗拉强度，则会在其表面出现收缩裂缝，该问题主要发生于混凝土硬化之后。（3）自身收缩。该现象取决于混凝土材料特性，与环境温湿度关系不大，主要受材料本身水化反应影响，即能够产生收缩效应。对于常规的硅酸盐水泥，能够通过添加矿渣、粉煤灰等来补偿水泥及混凝土在水化硬化过程中产生的体积收缩。（4）碳化收缩。混凝土结构在与大气接触条件下，其水泥中碱性成分会与CO2发生碳化反应，从而带来一定的体积收缩。其碳化收缩主要受CO2浓度与湿度影响，湿度对碳化收缩影响很大，相对湿度为100%时不发生碳化；湿度降低到50%时，收缩碳化最大；湿度继续降低时，收缩碳化逐渐减弱直至消失。

2.4 基础变形导致裂缝

若在桥梁施工中对基础处置不当，则会出现基础沉降、水平位移等问题，使结构中产生附加应力，当结构中的应力超过其抗拉强度时，就会造成开裂现象。

2.5 钢筋锈蚀导致裂缝

在桥梁结构中，钢筋由混凝土包裹，钢筋表面有一层养护保护膜，而受混凝土碳化反应影响，会导致材料碱性降低，对氧化膜产生破坏，此时会加剧钢筋锈蚀反应速率，这些持续产生的锈蚀物，将会使钢筋体积增大进而挤压周围混凝土，严重的会造成剥落、开裂等问题，且裂缝多是沿着钢筋分布的，如图1所示。同时，钢筋锈蚀不仅使钢筋截面面积不断减小，使结构承载力下降，还会降低钢筋与混凝土的握裹力，影响两者共同工作的性能，而且在裂缝发生后，还会反过来加剧锈蚀反应，带来更大的破坏。为预防混凝土内钢筋锈蚀，要保证混凝土的密实度，减少水分的渗入，还要适当增加保护层厚度，并控制好氯盐成分，有效预防钢筋锈蚀。

图1 钢筋锈蚀裂缝示意图

2.6 材料问题导致裂缝

在桥梁施工中，若其所用水泥、砂石等品质不达标，用量与配比要求不符，外加剂选用不当等，则会导致材料不能发挥应有的作用，使混凝土强度降低，诱发裂缝问题。

3 混凝土裂缝的应对措施

3.1 注重裂缝的预防

（1）设计阶段裂缝预防。首先，桥梁结构设计要合理，充分考虑当地地质状况；其次，材料及配比设计要科学，其强度要满足日后交通荷载需要；再次，钢筋数量及布置要合理，避免钢筋裸露及锈蚀问题；最后，要设计好桥梁伸缩缝，有效适应温度应力变化。（2）施工阶段裂缝预防。在桥梁施工中，通过优化施工策略，既能缓解混凝土结构温差问题，又可提高整体结构性能，避免裂缝的发生。在浇筑环节，要想有效预防温度裂缝，在桥梁构件选择上，使用预制构件可预防现场浇筑引发的裂缝问题，而且对于桥梁结构，分层分块浇筑有助于热量挥发，但要注意层间时间间隔。在振捣环节，在保证振捣密实性的同时，可选择二次振捣方式，减少混凝土内部气泡及水分，改善其抗裂性能。（3）使用阶段裂缝维护。在桥梁混凝土结构养护环节，需着重考虑温度问题，不仅要控制好混凝土水化热，还要采取养护措施，新浇部位不得暴晒，做好洒水保湿工作，避免表面温度裂缝。此外，桥梁混凝土结构在初凝后，要确保拆模时机的合理性，若环境温度降幅大，则要做好混凝土保温措施，同时还要完善裂缝检测机制，确保其修补及时性。

3.2 做好裂缝修补加固工作

（1）表面修补法。表面修补法主要针对桥梁结构的表面裂缝，该方法是通过涂抹的方式消除表面裂缝痕迹，如图2所示。表面修补法的常用材料有环氧胶泥、水泥浆等，这也是最简单的处理方法。（2）灌浆法。灌浆法主要针对有较大深度且影响桥梁结构整体性的裂缝，借助特种压力注浆设备，将桥梁结构裂缝以胶结材料加以填充，如环氧树脂、聚氨酯、水泥浆等，如图3所示。该方法可达到良好的封堵及防渗效果。（3）嵌缝封堵法。嵌缝封堵法是桥梁结构裂缝常用的处理方式之一，采用该方法时要先沿着裂缝进行凿槽处理，然后再进行填充，如填充聚氯乙烯胶泥等，以实现对桥梁结构裂缝的有效封堵。（4）结构加固法。在严重裂缝部位，可通过加固的方式使其构件截面得以增大，或者直接替换因裂缝损毁严重的构件，如增设纵梁加固，这样可保证桥梁结构强度满足相关要求。在进行裂缝加固处理时，可采用外部预应力加固法，即将其原结构受力通过预应力加以改变，以保证桥梁结构的安全性。

图2 表面修补法示意图

图3 灌浆法示意图

4 结束语

综上所述，道路桥梁工程具有复杂性，在设计、施工、维护等阶段均可能产生混凝土裂缝，且裂缝成因各不相同。通过研究裂缝成因可发现，桥梁结构裂缝是可预防的，但无法做到彻底避免，为此，施工人员需根据实际施工情况选择合适的裂缝修补加固方法，进而确保桥梁的安全使用，进一步延长桥梁的使用寿命。