常见混凝土桥梁裂缝成因分析及预防措施

【关键词】混凝土；桥梁；裂缝 

　　前言：随着我国经济建设的发展，各地建造了大量的混凝土桥梁。在桥梁的建设和使用过程中，出现裂缝导致桥梁发生质量问题甚至于垮塌也时有报导。通过查阅相关资料并结合个人以往桥梁施工经验，本文对混凝土桥梁裂缝的种类及成因尽可能作较全面的分析总结，同时列出一些相应的预防措施。 

　　混凝土桥梁结构裂缝的成因复杂而繁多，而且多种因素相互影响，混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可分如下几种： 

　　1 荷载引起的裂缝 

　　桥梁结构在常规动、静荷载及次生应力下产生的裂缝称荷载裂缝，通常分为直接应力裂缝、次生应力裂缝两种。直接应力裂缝是指由外加荷载引起的直接应力产生的裂缝；次生应力裂缝是指由外加荷载引起的次生应力裂缝。 

　　荷载裂缝多出现在受剪区、受拉区或震动严重部位。如果受压区出现起皮或者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，其原因通常是截面尺寸偏小。荷载裂缝特征依荷载形式呈现出不同的特点。 

　　采取的相应预防措施，设计阶段：结构受力要与实际受力相符；结构计算要合理准确；荷载验算和配筋计算准确；安全系数设置充足等。施工阶段：充分了解结构受力特点，规范进行起吊、运输、安装作业；合理堆放施工机具、材料；不得擅自改变结构受力模式及施工顺序；必要时对结构进行机械振动下的疲劳验算等。 

　　2 温度变化引起的裂缝 

　　混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或者结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，如变形遭到约束，会在结构内产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。温度裂缝区别于其它裂缝最主要特征是随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素包括年温差、日照、骤然降温、水化热、养护不当、焊接不当、火灾等。 

　　可以采取的相应预防措施：通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施协调变形；温度差内力计算时应考虑混凝土弹性模量的折减；在气温较低的时间进行合拢段的施工；冬季施工时，采取合适的养护方式，避免混凝土出现骤冷骤热，内外温度不均；规范进行金属焊接操作，避免烧伤附近混凝土等。 

　　对于大体积混凝土（厚度超过2米）的浇筑，由于水泥发生水化反应释放出大量热量，导致混凝土内部温度很高，内外温差太大，造成混凝土出现裂缝。在施工过程中应根据实际情况，尽量选择水化热较低的水泥品种，适当掺加粉煤灰，减少水泥用量，降低骨料入模温度；采用分层或分段方式进行浇筑；进行保温养护，避免混凝土内外温差过大；必要时埋设冷却水管，通过低温水循环降温。 

　　3 收缩引起的裂缝 

　　在工程实践中，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。混凝土收缩裂缝特点是大部分属于表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有规律。 

　　桥梁裂缝分类 裂缝成因 

　　荷载裂缝， 受荷载及次应力作用形成的裂缝，分为直接应力裂缝和次生应力裂缝 

　　温度裂缝 环境温度的变化使混凝土热胀冷缩，导致结构应力超过抗拉强度 

　　收缩裂缝 混凝土收缩引起桥梁裂缝，包括塑性收缩和缩水收缩（干缩） 

　　基础变形裂缝 地基沉降或水平位移使混凝土桥梁结构中产生附加应力，超出结构抗拉能力 

　　钢筋锈蚀裂缝 钢筋中铁离子在氧分子和水分子作用下腐蚀，膨胀应力使混凝土开裂、剥离 

　　冻胀裂缝 温度低于零度时，吸水饱和的混凝土产生膨胀应力，导致出现裂缝 

　　材料质量裂缝 水泥、砂石等原材料质量不合格，使抗拉强度下降，导致混凝土开裂 

　　施工质量裂缝 施工过程中工艺不合理、施工质量低劣，产生不同形状和深度的裂缝 

　　影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：①水泥品种、标号和用量。水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大。②骨料品种。吸水性越小的骨料，收缩性越小。③水灰比。水灰比越小，用水量越小，混凝土收缩越小。④外掺剂。外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。⑤养护方式。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。⑥外界环境。混凝土水分蒸发快，则混凝土收缩越快。⑦振捣方式和时间。机械振捣方式比人工振捣方式混凝土收缩要小。 

　　控制以上主要影响因素，可有效减少混凝土收缩裂缝。施工时应选择合适原材料，控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料时不宜太快，振捣要密实，竖向变截面处宜分层浇筑，采取适当的养护方式。还可以通过增配构造钢筋，明显提高混凝土的抗裂性。 

　　4 地基础变形引起的裂缝 

　　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。基础不均匀沉降的包括有地质勘查精度不够、地基地质差异太大、结构荷载差异太大、结构基础类型差别大、试验资料不准、分期建造的基础、桥梁基础置于不良地质等各种情况。 

　　采取的预防措施主要是充分掌握地质情况，针对地质情况进行合理设计，施工工时尽量避免破坏原有地质条件等。 

　　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，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面，或者由于氯化物介入，钢筋周边混凝土离子含量较高，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陪，从而对周围混凝土产生巨大的膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并会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减弱，结构承载力大幅下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。 　　要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度（保护层也不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度）；施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣作业，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应谨慎使用。 

　　6 冻胀引起的裂缝 

　　当大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土若出现冰冻，游离的水转变成冰，体积大约膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力。同时混凝土凝胶孔中的冷水在微观结构中迁移和重分布造成渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，出现裂缝。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%. 

　　冬季施工时预应力孔道灌浆后如果不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。 

　　温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。当混凝土中骨料空隙多、吸水性强，骨料中含泥土等杂质过多，混凝土水灰比偏大，振捣不密实，养护不当使混凝土早期受冻等均可能导致混凝土冻胀裂缝。冻胀裂缝在北方寒冷地区较为常见，在南方高海拔地区也会出现。冬季施工时，采用蒸汽加热法养护、电气加热法、暖棚法、地下储热法以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂（氯盐不宜使用），可保证混凝土在低温或负温条件下硬化，有效减少冻胀裂缝出现。 

　　7 施工材料质量引起的裂缝 

　　混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成，配制混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。 

　　水泥安定性不合格或出厂强度不足，可能使混凝土抗拉强度下降，从而导致混凝土开裂。砂石粒径太小、级配不良、空隙率过大，将导致水泥及用水量增大，影响混凝土强度，使混凝土收缩加剧。砂石中有机质含量过多，将延缓水泥的硬化过程，降低混凝土强度，特别是早期强度。选择合格的原材料，把好原材料质量关，是预防此类混凝土裂缝发生的关键。 

　　8 施工工艺质量引起的裂缝 

　　在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生不同形状、不同深度的各种裂缝。裂缝出现 

　　的部位、走向和裂缝宽度因产生的原因而异。 

　　比较常见的原因有：①混凝土保护层过厚，导致构件有效高度降低；②混凝土浇筑时流动性较低、塌落度过低，导致出现收缩裂缝； ③混凝土振捣不密实、不均匀，导致钢筋腐蚀或其他荷载裂缝的发生点； ④随意加大水和水泥用量，水灰比增大，导致混凝土收缩加剧，出现不规则裂缝； ⑤混凝土初期养护水分不足，导致表面出现不规则裂缝； ⑥混凝土早期受冻，使构件表面出现裂缝；⑦施工时模板刚度不足或拆模过早，导致混凝土在自重或施工荷载作用下出现裂缝；⑧装配式构件在运输、堆放时，支承点不恰当，吊装时，吊点不正确，均可能出现裂缝；⑨施工顺序不正确，对产生的结果认识不足，也可能导致裂缝的产生。 

　　通过分析和总结混凝土桥梁裂缝的种类和成因，加强对混凝土桥梁裂缝的认识，在设计和施工阶段，采取一定的预防措施，是可以避免工程中出现危害较大的裂缝，达到防范于未然的效果。 

　　参考文献： 

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