公路桥梁混凝土裂缝的成因浅议

【关键词】公路桥梁；混凝土裂缝；成因

　　近年来，我国交通基础建设得到迅猛发展，各地兴建了大量的混凝土桥梁。在桥梁建造和使用过程中有关因出现裂缝而影响工程质量甚至桥梁垮塌的报道屡见不鲜。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”，经常困扰着桥梁工程技术人员。其实，如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。

　　混凝土因其取材广泛、价格低廉，抗压强度高、可浇注成各种形状，并且耐火性好、不易风化、养护费用低，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。但混凝土最主要的缺点是：抗拉能力差，容易开裂。混凝土裂缝不可避免，但它的有害程度是可以控制的，有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下，不断产生和扩展，引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀，使混凝土的强度和剐度受到削弱，耐久性降低，危害结构的正常使用，必须加以控制。

　　一、公路混凝土桥梁裂缝的成因

　　混凝土结构裂缝的成因复杂、繁多，有时多种因素互相影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：

　　1.1 荷载过大

　　在设计计算阶段，计算模型不合理；设计断面不足；结构计算时部分荷载漏算；构造处理不当，钢筋设置偏少或位置错误；设计图纸交代不清等。在施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构及结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。在桥梁使用阶段，超出设计载荷的重型车辆频繁过桥；受车辆、船舶的接触、撞击等。以上几种情况都会使桥面板在荷载的作用下发生应力集中而出现微裂缝。

　　1.2 温度变化频繁或温差过大

　　混凝土具有热胀冷缩的性能，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝上将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其他裂缝最主要是将随温度变化而扩张或合拢。

　　1.3 收缩引起的裂缝

　　在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩。

　　1.4 地基变形引起的裂缝

　　由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有：地质勘察精度不够、试验资料不准：地基地质差异太大；结构荷载差异太大；结构基础类型差别太大；地在冻胀；桥梁基础基于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。

　　1.5 钢筋锈蚀引起的裂缝

　　由于混凝土质量较差或保护层厚度不足．混凝土保护层受一氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2-4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。

　　1.6 冻胀引起的裂缝

　　大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水（结冰温度在-78度以下）在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%-50%。冬季施工时对预应力孔适灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。

　　二、几种常见裂缝的原因分析

　　2.1 正、负弯矩区的裂缝分析

　　在箱梁跨中底板及墩顶负弯矩区由于内力荷载大，在施工中及使用中较易开裂，是裂缝控制的重点。主要是有结构尺寸过小、布筋不合理、配筋不够等设计原因和箱梁浇筑、拆模顺序不对及底模下沉等施工原因造成的。

　　2.2 盖梁悬臂端裂缝原因分析

　　盖梁悬臂端也较易出现裂缝，主要是由于内力计算方法不正确或配筋方法不合理造成的，必须进行加固处理。在配筋上，有一种新的观点，认为悬臂端应按深梁考虑。按深梁配筋，肯定要多，但悬臂端按深梁配筋的做法在规范中并未明确，大部分设计院多年并未按深梁配筋。盖梁悬臂端如每进行配筋，有待进一步探讨。

　　2.3 箱梁八字缝产生机理分析

　　八字缝多发生在独柱墩上，主要由纵、横向弯距及竖向剪力产生的拉应力造成，即多项三维力造成的，由于配筋不足，从纵向、横向界区变化处，也即截区薄弱部位及应力突变部位开始起裂，形成八字裂缝。从受力分析看，该缝不只局限于表区层中，在活载作用下，除上述各项内力加大外，还增加因活载扭矩作用而产生的竖向剪应力，八字缝会因此有较大的斜向发展。由于八字缝形成因素复杂，对结构的影响也较多，应综合分析，并重点处理。、

　　2.4 大悬翼的钢筋硅边板裂缝分析

　　采用较大悬翼的钢筋硅边板，起吊、运输、安装时大多开裂，主要原因是边板截区形心不对称，吊装时外侧产生应力集中，裂缝从外侧开始，桥山一铺装后，边板外侧应力集中情况得以减缓，开裂有所减缓，活载作用后，裂缝会再有所发展。从老桥调查情况看，边板外侧硅开裂及钢筋锈蚀严重，如徐连高速路上这样的边板在吊装时就开裂不少。边板使用时，木来分担的荷载就多，而边板外侧的板底应力集中现象尤甚，验算时，普通配筋虽满足整体受力，但不能满足局部应力及抗裂要求。大悬翼边板不宜使用，即使采用，边板及外侧配筋也应作特殊处理。

　　2.5 布筋不当开裂分析

　　墩顶负弯距区翼板没有布设主筋或布筋不足，是箱梁负弯距区开裂的主要原因。虽然在理论分析上把箱体作为受力体，而实际上由于负剪力滞的影响，负弯距区翼板比箱体顶板受力更大，配筋应加强。截区配筋变化过大处，也易开裂。

　　2.6 桥台裂缝分析

　　在桥梁结构调查中．桥台破坏最多，以往一般归结为超载。事实上，与设计时忽略下述因素有关：盖梁硅底模与盖梁粘连，加大了自重；台后土压力及梁反推力使盖梁有较大的水平向弯矩，造成盖梁及耳墙侧区裂缝；桥台前移，巨大的土压力及梁体反力又使背墙根部开裂、台身与盖梁及桩连接处开裂，设计中应适当加强桥台盖梁抗弯、抗剪、抗扭筋，加大背墙、耳墙、台身尺寸及配筋，加大桩基根部配筋。

　　2.7 应力集中裂缝分析

　　伸缩缝处背墙、梁端及预应力张拉端极易受到应力集中作用而破坏。对此，伸缩缝应采用毛勒缝；台背可适当加宽，并增加局部配筋或钢纤维；张拉端部满足应力张拉时要求即可，无须过大富余，灌浆后一定时间端部集中应力逐步减少。

　　2.8 压裂分析

　　压裂破坏较为严重，主要出现在60-70年代拱桥上。因原有拱肋过细，在目前超载下，80%的拱圈出现压裂破坏，对此，应尽可能予以拆除重建。

　　参考文献

　　[1]黄建文，钢筋混凝土桥梁裂缝的类型和维修方法[J]中国科技信息．2005，(16)

　　[2]洪乃丰，混凝土中钢筋腐蚀与结构物的耐久性[J].公路．2010，(2)．