1、钢筋混凝土桥梁裂缝种类及原因分析摘要：介绍钢筋混凝土桥梁工程中常见的裂缝类型，并做了详细分析，以便在实际工作中找出控制裂缝的可行办法。 关键词：桥梁；钢筋混凝土；裂缝；类型；成因 中图分类号：U663.9+3 文献标识码：A 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，不易风化，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料之一。但是，大量的工程和实践理论分析表明，钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工作的，只是有些裂缝很细，甚至肉眼看不见（缝宽0.05mm。 ） ，一般对结构的使用无大的危害，允许其存在；有些裂缝在使用荷载或外界物理及化学因素作用下，不断产生和发展，引起混凝土碳化、保护
2、层剥落及钢筋锈蚀，使钢筋混凝土强度和刚度受到削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害结构的正常使用，必须加以控制，本文只讨论后一类型的裂缝。 1、裂缝类型及成因 实际上，钢筋混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素互相影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种原因。钢筋混凝土桥梁裂缝种类，就其产生的原因，大致分类如下。 1.1 荷载引起的裂缝 钢筋混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力作用下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝及次应力裂缝 2 种。 （1）直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝产生的原因如下。 设计计算阶段。结构未计算或漏算；结构计算模式和实际受力
3、不符；结构安全系数不够；设计未考虑施工的可能性；钢筋设置偏少或布置错误；构造处理不当或结构刚度不足等。 施工阶段。随意翻转、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序；未对结构做施工机具振动等条件下的疲劳强度验算。 使用阶段。超过设计荷载的重型车辆过桥；受车辆、船舶的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等灾害。 （2）次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生的裂缝。裂缝产生的原因如下。 在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出人或计算未考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。 局部应力集中。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
4、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，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝最常见原因。 1.2 温度变化引起的裂缝 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时，混凝土将发生变形，若变形遇到约束，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。引起温度裂缝的主要因素如下。 （1）年温差。一年四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移。一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施加以解决，只有结构的位移受到限制时才会引起温差裂缝。 （2）
5、日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部结构拉应力较大，出现裂缝。日照和骤然降温是导致结构温度裂缝的常见原因。 （3）骤然降温。突降大雨、冷空气袭击、日落等可导致结构外表温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温差裂缝。 （4）水化热。出现在施工过程中，大体积混凝土（厚度超过 2.0 m）浇注之后由于水泥水化放热。致使内部温度很高（可达 70oC 以上） ，内外温差太大，致使表面出现裂缝。 （5）蒸气养护或冬季施工时措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝。 （6）实验研究表明，高温下的混凝土强度随温度的
6、升高而明显降低，钢筋与混凝土的粘结力随之下降。由于受热，混凝土体内游离水大量蒸发也可产生急剧收缩而产生裂缝。 1.3 收缩引起的裂缝 混凝土是由汽、液、固三相组成的假固体（指浇注过程到保养） ，其中尚有未水化的水颗粒，还需吸收周围水分。液、固相间的胶凝体，因水分散失，体积会缩小，引起收缩裂缝。混凝土收缩主要有塑性收缩、缩水收缩（干缩）和自身收缩及碳化收缩 4 种。 （1）塑性收缩。发生在施工过程中，混凝土浇注后约 45h，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，而此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。其产生量级很大，可达 l左右；而其大小与混凝
7、土流态有很大关系，且仅发生在混凝土浇注初期。在骨料下沉过程中着受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。 （2）缩水收缩（干缩） 。混凝土硬结以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面拉应力超过其抗拉强度时；便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件（超过 3） ，钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。缩水收缩产生量级可达0.02左右。 （3）自身收缩。自身收缩指混凝土在硬化过程
8、中，水泥与水发生水化反应生成新的物质，导致自身体积缩小。这种收缩与外界温度无关，且可以是正的（即收缩） ，也可以是负的（即膨胀） 。 （4）碳化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。其中有的在湿度 50左右才能发生，且随二氧化碳浓度增加而加快碳化收缩量级不大，一般不做计算。 1.4 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，使结构物中产生附加应力，超过钢筋混凝土结构物的抗拉能力，导致结构开裂。 基础不均匀沉降的主要原因如下。 （1）地质勘查精度不够，试验资料不准。在没有充分掌握地质情况时就设计、施工，这是造成地基不均匀沉降的主要原因。 （2）地基地质差
9、距太大。建造在山区沟谷的桥梁，河沟处的地质与山坡处的相比变化较大，河沟中甚至存在软弱地基，地基土由于不同的压缩性能引起不同沉降。 （3）结构荷载差异太大。在地质情况较均匀的情况下，各部分基础荷载差异太大时，也可能引起不均匀沉降。 （4）结构基础类型差别大。同一联桥梁中，使用不同基础类型，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较大时，或同时采用扩大基础但基底标高差异较大时，也可能引起不均匀沉降。 （5）分期建造的基础。在原有桥梁附近新建桥梁时，新建桥梁荷载或基础处理时引起地基土重新固结，均有可能对原有桥梁基础造成较大沉降。 （6）地基冻胀。低于零度的条件下含水率较高的地基土因冰冻膨
10、胀；一旦温度回升，冻土融化，地基出现下沉。 （7）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，原有地质条件变化。大多数天然地基和人工地基浸水后，尤其是素黄土、黄土、膨胀土等特殊地基上，上体强度遇水下降，压缩变形加大。在软土地基中，因人工抽水或干旱季节导致地下水位下降，地基土重新团结下沉，同时对基础的上浮力减小。负摩阻力增加，基础受荷加大。 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，二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低。或由于氯化物浸入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子侵入到混凝土中
11、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、剥落，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使钢筋有效断面积减小，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 大气温度低于零度时。吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水变成冰，体积膨胀 9，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝上胶孔中的过冷水（结冰温度在-78oC 以下）在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土强度降低，并导致裂缝出现。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
12、混凝土中骨料空隙多、吸水性强，骨料中含泥土等杂质过多，水灰比偏大、振捣不密实，养护不力使混凝土早期受冻等，均可导致混凝土产生冻胀裂缝。 1.7 原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。混凝土所采用材料的质量不合格，可能导致结构出现裂缝。 （1）水泥。使用不合格水泥出现早期不规则的裂缝。 （2）砂、石。 砂石含泥量超过规定，不仅降低混凝土的强度和抗渗性，还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。 砂石的级配差，有的砂砾过细，用这种材料拌制的混凝土常造成侧面裂缝。 碱骨料反应。骨料中含有泥性硅化物质与碱性物质相遇，则水、硅反应生成膨胀的胶质，吸水后造成局部膨胀和拉应力，
13、则构件产生爆裂状裂缝，在潮湿的地方较为为多见。 （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。 1.8 施工工艺质量引起的裂缝 在钢筋混凝土结构浇注、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，可能产生各种形式的裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现裂缝。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生原因而异，比较典型且常见的如下。 （1）钢筋混凝土保护层过厚，或乱踩绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的钢筋保护层加厚，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。
14、 （2）混凝土震捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或形成其它荷载裂缝的起源点。 （3）混凝土浇注过快，混凝土流动性较低在硬化前因混凝土振捣不足，硬化后沉实过大，容易在浇注数小时后发生裂缝，即塑性收缩裂缝。（4）混凝土搅拌、运输时间过长，水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土表面出现不规则的收缩裂缝。 （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，或因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，混凝土表面出现不规则裂缝。 （7）混凝土分层或分段浇注时。接头
15、部位处理不好，易在新、旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。 （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，在浇注混凝土时，因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，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。 （11）施工前对支架基础压实不足或支架刚度不够，浇注混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。 （12）装配式结构，在构件运输、堆放时，支撑垫木不在一条垂直线上，或悬臂过长，或运输过程中剧烈颠增；吊装时吊点位置不当而引起结构裂缝。 （13）安装顺序不正确，导致结构产生裂缝。 （14）施工质量控制差。 2、结语 一座桥梁从建成到使用，牵涉到设计、施工、监理、运营管理等各个方面，某一方面不慎均可能使混凝土桥梁出现裂缝。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。在运营管理中，进一步加强巡查和管理，及时发现和处理问题，也是相当重要的一个环节。
