浅谈混凝土桥梁裂缝的种类和产生原因_

-96-工程中国科技信息2006年第8期CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYINFORMATIONApr.20061、混凝土桥梁裂缝的种类产生与原因实际上，混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。大致可划分如下几种：1.1荷载引起的裂缝原因混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，分为直接应力裂缝、次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。混凝土桥梁荷载引起的裂缝主要原因有：1.1.1设计计算阶段主要原因：荷载裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。但必须指出，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，其原因往往是截面尺寸偏小。结构计算时，结构受力理论与实际受混凝土桥梁裂缝产生原因及防治措施探讨刁焕新广东晶通公路工程建设集团有限公司510635摘要混凝土桥梁裂缝产是公路工程常见的质量通病，经常困扰着桥梁工程技术人员。为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的裂缝，本文对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析与总结，并提出了防治措施，以方便设计、施工中找出控制裂缝的可行办法，达到标本兼治的目的。关键词混凝土桥梁;裂缝原因;防治措施力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性；例如两铰拱桥拱脚设计时常采用布置“X”形钢筋、同时削减该处断面尺寸的办法设计铰，理论计算该处不会存在弯矩，但实际该铰仍然能够抗弯，以至出现裂缝而导致钢筋锈蚀。1.1.2施工阶段主要原因施工阶段，桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。不了解预制结构结构受力特点，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。1.1.3使用阶段主要原因过量超载的车辆是造成混凝土桥梁开裂、凹陷、使用寿命骤减的主要原因。长沙交通学院交通设计研究所参照弯拉强度验算方法，对剪切强度进行了验算，从计算结果分析表明：在超载车的作用下产生的最大剪应力是容许弯拉强度的2～3倍。双轮静态时，当量圆四周均会出现较大的剪切应力，车辆行进时，双轮边缘以外某一纵向区域内形成高剪切应力的疲劳作用，因此产生纵向裂缝。关于网状裂缝，由于轮载作用时并不完全带有方向性，很大程度上都是随机的，高剪应力区为双轮作用区域，并非作用线，因此网裂自然形成。1.2温度变化引起混凝土产生裂缝原因混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，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。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。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。研究表明，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：水泥品种、标号及用量、水化热、水灰比。1.3施工工艺质量引起的裂缝原因在混凝土结构浇筑、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，容易产生各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异，比较典型常见的有：（1）混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。（2）混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，即塑性收缩裂缝。混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。（3）用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因-97-其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。（4）混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如混凝土分层浇筑时，后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑，引起层面之间的水平裂缝；采用分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间黏结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引起裂缝。（5）施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。（6）装配式结构，在构件运输、堆放时，支承垫木不在一条垂直线上，或悬臂过长，或运输过程中剧烈颠撞；吊装时吊点位置不当，T梁等侧向刚度较小的构件，侧向无可靠的加固措施等，均可能产生裂缝。1.4钢筋锈蚀引起的裂缝原因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。2、混凝土桥梁裂缝防治措施分析2.1设计计算阶段防治措施2.1.1分析交通量时，充分考虑转移交通量和超载的因素，应把超载车辆的荷载都换算成当量轴次，据此算出容许弯沉值，设计时应留有余地。2.1.2为了确保空心板桥梁的行车安全和使用寿命，建议设计部门将空心板桥面铺装层厚度由8cm增加至10cm，钢筋网由10乘以10直径8－直径10。2.1.3由温度应力引起的非结构裂缝，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》对温度荷载引起的横向温度应力考虑偏小，设计时应予以重视，可以通过配置足够的温度应力钢筋、增加结构的安全储备等措施来防止裂缝的产生。2.1.4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。当然保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度。对于温度和收缩引起的裂缝，增配构造钢筋可明显提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁结构。构造上配筋宜用小直径钢筋(φ8-φ14)、小间距布置(@10-@15cm)，全截面构造配筋率不宜低于0.3%，一般可采用0.3%-0.5%。2.2施工阶段防治措施温度的控制和防止裂缝的措施。为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施如下：施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥单位用量，减少骨料入模温度，降低内外温差，并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统进行内部散热，或采用薄层连续浇筑以加快散热。主要防治措施包括：（1）采用改善骨料级配，用于硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施，以减少混凝土中的水泥用量；（2）拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；（3）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；（4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；（5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。（6）为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。（7）加强混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。施工时严格控制混凝土的水灰比，加强振捣，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、地下水地区尤其应慎重.防止裂缝产生及外治措施。由混凝土质量引起的非结构裂缝，可以通过以下措施防止：控制及改善水灰比，减少砂率，增加骨料用量，严格控制坍落度，混凝土凝固时间不宜过短，下料不宜过快，高温季节注意采取缓凝措施，避免水分剧烈蒸发，混凝土振捣密实，改善现场混凝土的施工工艺，同时注意混凝土的施工防雨、养护及保温工作。混凝土结构一旦裂缝出现，建议采用环氧树脂配固化剂、丙酮以1：05:0.25的比例配合进行修补，将裂缝周围5厘米内的混凝土用钢刷刷毛吹净,用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，再涂环氧树脂，贴玻璃布,以后再涂一层环氧树脂。玻璃布要求经5%浓度的纯硷水煮沸脱脂,用清水冲洗干净并烘干，保证日后运营过程中梁体内钢筋不受大气腐蚀,提高结构的使用寿命。2.3使用阶段防治措施防止超载车辆损坏高速公路路面的措施:（1）加强路政管理。由于混凝土桥梁裂缝维修困难、费用高、影响行车安全等特性，过量超载造成路面迅速损坏，仅收点通行费得不偿失。考虑到公路收费还贷问题，以免交通量骤减影响收费，对数量最大的二类车来说，在管理的措施上，采取入口严格稽查的办法，不允许载货量超过交通部2000年2号令第三条第五款规定的车辆进入高速公路，是防止桥面过早破坏的最有效措施。（2）加强混凝土桥梁维护养护,管理各方主体各负其责，分头把关，按照行业规范标准，结合工程实际，严格履行各自职能。3、总结混凝土桥梁产生裂缝很常见，牵涉到设计、施工、运营管理等各个方面，关键是在设计时，认真验算，合理布置构造钢筋或预应力筋；对易出现裂缝的部位，通过施工过程的严格控制，尽可能地避免开裂或减少裂缝的数量，减少裂缝的长度和宽度，通过对裂缝的妥善处理，使裂缝不至于对结构产生危害，保证结构的正常使用。因此，对于裂缝的问题，设计者和施工人员都应予以重视,严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和运营，是保证混凝土桥梁结构安全耐用的前提和基础。参考文献（1）《公路工程质量通病防治指南》.人民交通出版社（2）《公路桥涵施工技术规范》.人民交通出版社__