1、浅谈混凝土桥梁裂缝的成因 【摘要】针对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因进行分析、总结，以便在设计、施工阶段采取相应的控制措施和可行办法，达到防范于未然的目的。 【关键词】道路工程桥梁混凝土裂缝 在桥梁建造和使用过程中，因出现裂缝而影响工程质量甚至导致桥梁无法营运。对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因从以下方面进行了分析。 1 荷载引起的裂缝 1.1 直接应力裂缝 (1)设计计算阶段：计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够；结构设计时未考虑施工的可能性；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。 (2)施工阶段
2、：不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构受力特点，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。 (3)使用阶段：超出设计载荷的重型车辆过桥；受车 辆、船舶的撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。 1.2 次应力裂缝 (1)在设计外荷载作用下，山于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算未考虑，从而在某些部位产生次应力导致结构开裂。如两铰拱桥拱脚设计时常采用 “X” 形钢筋、同时削减该处断面尺寸，理论上该处不存在弯矩，但实际上该铰仍然抗弯，因而出现裂缝。 (2)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
3、根据经验设置受力钢筋。但受力构件挖孔后，在孔洞附近产生应力集中。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。 2 温度变化引起的裂缝 引起温度变化主要因素有以下方面： (1)年温差：一年中四季温度不断变化，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移，只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝，如拱桥、刚架桥等。考虑到混凝土的蠕变特性，年温差内力计算时混凝土弹性模量应折减。 (2)日照：桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其他部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。 (3)骤然降温：突降大雨、冷空气侵袭等可导
4、致结构外表面温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。在对日照和骤然降温的内力进行计算时可采用设计规范或参考实桥资料，混凝土弹性模量不考虑折减。 (4)水化热：大体积混凝土 (厚度超过 2.0m)浇筑之后由于水泥水化放热，混凝土内外温差太大，致使表面出现裂缝。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，适当添加外加剂，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加快散热。 (5)蒸汽养护或冬季 施工时施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝。 (6)预制 T梁之间横隔板安装时，支座预埋钢板与调平钢板焊接时，若焊接措施不当，铁件附近混
5、凝土容易烧伤开裂。采用电热张拉法张拉预应力构件时，预应力钢材温度可升高至 350 ，混凝土构件也容易开裂。试验研究表明，由火灾等原因引起高温烧伤的混凝土强度随温度的升高而明显降低，钢筋与混凝土的粘结力随之下降，混凝土温度达到 300 后抗拉强度下降 50%，抗压强度下降 60%，光圆钢筋与混凝土的粘结力下降 80%；由于受热，混凝土体内游离水大量蒸发也可产生 急剧收缩。 3 收缩引起的裂缝 影响混凝土收缩裂缝的因素有以下方面： (1)水泥品种、标号及用量：矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外，单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收
6、缩越大，且发生收缩时间越长。例如，为了提高混凝土的强度，施工时经常采用强行增加水泥用量的做法，结果收缩应力明显加大。 (2)骨料品种：骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低；而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收 缩性较高。另外骨料粒径大收缩就小，含水量大收缩也越大。 (3)水灰比：用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。 (4)外掺剂：外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。 (5)养护方法：良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越适中、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。 (6)外界环境：大
7、气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。 (7)振捣方式及时间：机 械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定，一般以 515s/次为宜。时间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀；时间太长，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。 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。基础不均匀沉降的主要原因有以下方面： (1)地质勘察精度不够、试验资料不准确：在没有充分掌握地质情况就设计、施工，这是造成地基不均匀沉降 的主要原因。
8、如丘陵区或山岭区桥梁，勘察时钻孔间距太远，而地基岩面起伏又大，勘察报告不能充分反映实际地质情况。 (2)地基地质差异太大：建造在山区沟谷的桥梁，河沟处的地质与山坡处变化较大，河沟中甚至存在软弱地基，地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。 (3)结构荷载差异太大：在地质情况比较一致条件下，各部分基础荷载差异太大时，有可能引起不均匀沉降，例如高填土箱形涵洞中部比两边的荷载要大，中部的沉降就要比两边大，箱涵可能开裂。 (4)结构基础类型差别大：在同一联桥梁中，混合使用不同基 础如扩大基础和桩基础，或同时采用桩基础但桩径或桩长差别大时，或同时采用扩大基础但基底标高差异大时，也可能引起地基不均匀沉降。 (
9、5)分期建造的基础：在原有桥梁基础附近新建桥梁时，如分期修建的高速公路左右半幅桥梁，新建桥梁荷载或基础处理时引起地基土重新固结，均可能对原有桥梁基础造成较大沉降。 (6)地基冻胀：在低于零度的条件下，含水率较高的地基土因冰冻膨胀，一旦温度回升，冻土融化，地基下沉。因此地基的冰冻或融化均可造成不均匀沉降。 (7)不均匀沉降：桥梁基础置于滑坡体、溶洞或活动 断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。 (8)桥梁建成后原有地基条件变化：大多数天然地基和人工地基浸水后，尤其是素填土、黄土、膨胀土等特殊地基土，土体强度遇水下降，压缩变形加大。有些桥梁基础埋置过浅，受洪水冲刷、淘挖，基础可能位移。地面荷载条件
10、的变化，如桥梁附近因塌方、山体滑坡等原因堆置大量废方、砂石等，桥址范围土层可能受压缩再次变形。因此，使用期间原有地基条件变化均可能造成不均匀沉降。 (9)水平位移：对于拱桥等产生水平推力的结构物，对地质情况掌握不够、设计不合理和施工时破坏了原有地质 条件而产生水平位移裂缝。 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炭化至钢筋表面，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 24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，
11、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。 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；冬季施工时对预应力孔道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。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；养护不力使混凝土早期受冻等，均可能导致混凝土冻胀裂缝。 7 施工材料质量引起的裂缝 混凝土主要山水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混
12、凝土所采用材料质量不 合格，可能导致结构出现裂缝。 7.1 水泥 (1)水泥安定性不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标。氧化钙在凝结过程中水化很慢，在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用，可破坏已硬化的水泥石，使混凝土抗拉强度下降。 (2)水泥出厂时强度不足，水泥受潮或过期、结块，可能使混凝土强度不足，从而导致混凝土开裂。 (3)当水泥含碱量较高 (超过 0.6%)，同时又使用含有碱活性的骨料，可能导致碱骨料反应。 7.2 砂、石骨料 砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和 拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大，砂石中云母的含量较高，将削弱水泥与骨料的粘结力，降低混凝土强度。
13、砂石中含泥量高，降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。使用碱活性骨料，引发混凝土膨胀开裂。 7.3 拌和水及外加剂 拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。 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，容易产生纵向、横向、斜向、竖向、水平、表面、深进和贯穿的各种裂缝，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，比较典型的有以下几方面： (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
14、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)混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其他荷载裂缝的起源点。 (3)混凝土浇筑过快，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，既塑性收缩裂缝。 (4)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。或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。 (5)混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。 (6)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，导致混凝土
15、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。 (7)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，新旧混凝土之间粘结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引起裂缝。 (8)混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。 (9)施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。 (10)施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重
16、或 施工荷载作用下产生裂缝。 (11)施工前对支架压实不足或支架刚度不足，混凝土浇筑后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。 (12)装配式结构在运输、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。 (13)安装顺序不正确，对产生的后果认识不足，导致产生裂缝。如钢筋混凝土连续梁满堂支架现浇施工时，钢筋混凝土墙式护栏若与主梁同时浇筑，拆架后墙式护栏往往产生裂缝：拆架后再浇筑护栏， 则裂缝不易出现。 (14)施工质量控制差。任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果造成混凝土强
17、度不足和其他性能 (和易性、密实度 )下降，导致结构开裂。 9 结束语 根据上述分析得知，设计疏漏、施工低劣、材料质量差、监理不力，均可能使混凝土桥梁产生裂缝。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。在运营过程中，加强巡查和管理，及时发现和处理问题，也是相当重要的一个环节。 参考文献 叶见曙 .结构设计原理 M.北京：人民交通出版社， 1996. 张树仁，王宗林 .桥梁病害诊断与改造加固设计 M.北京：人民交通出版社， 2006. 金荣庄 .市政工程质量通病及防治 M.北京：中国建筑工业出版社，1998. 黄晓明，张晓冰 .公路建设质量通病分析与防治 M.北京：人民交通出版社， 2002.
