橋梁危害性裂縫成因分析和應(yīng)對(duì)措施

張燕軍

呼倫貝爾市公路工程局，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008

2011年7月11日，江蘇鹽城通榆河橋坍塌；12日，武漢黃陂一高架橋引橋嚴(yán)重開裂，并向兩邊傾斜；14日，福建武夷山公館大橋倒塌；15日，杭州錢江三橋引橋坍塌。9天之內(nèi)全國(guó)有4座橋梁出現(xiàn)了問題。這些問題都是近期發(fā)生在我國(guó)的橋梁事故，這些事發(fā)生了問題的橋梁，那些沒有發(fā)生問題的橋梁又有多少呢？因此如何對(duì)那些尚沒有出現(xiàn)問題的橋梁做一次全面的檢查是很必要的。要做出系統(tǒng)的檢查就要查出問題的關(guān)鍵所在，下面我們就容易出現(xiàn)問題的地方來進(jìn)行系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。

1 橋梁裂縫的危害

橋梁裂縫在幾乎所有的橋梁中都存在，也是最常見的問題之一。造成混凝土的裂縫是由多種因素在一起相助作用產(chǎn)生的。可以危機(jī)到橋梁的安全，例如橋梁混凝土的網(wǎng)裂，大型的貫穿縫都能破壞橋梁的結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞。還有就是一些混凝土的裂縫開裂暴露出橋梁內(nèi)部的鋼筋，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)吹雨淋，出現(xiàn)的鋼筋腐蝕現(xiàn)象，由于鋼筋的腐蝕作用反過來又使裂縫開裂面積越來越大，如此循環(huán)下去，最終造成橋梁壽命減短，甚至引發(fā)嚴(yán)重的橋梁事故。

由于長(zhǎng)時(shí)間沒對(duì)橋梁進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，就有可能產(chǎn)生，混凝土的碳化；由于沒能對(duì)裂縫出的鋼筋進(jìn)行修復(fù)工作，肯定會(huì)造成橋梁的順筋裂縫，這就在橋梁安全性上大打折扣，也使橋梁的持久性出現(xiàn)了各種問題，嚴(yán)重的會(huì)造成橋梁垮塌。

由于橋梁的地基不均勻造成的橋墩沉降，造成橋梁主體生成的橋梁裂縫。也是橋梁產(chǎn)生裂縫的一個(gè)重要因素。例如橋墩的貫穿縫、橋身主體的混凝土開裂等等。

2 橋梁裂縫的成因

橋梁的裂縫是由于混凝土中大抗拉強(qiáng)度小于混凝土中的拉應(yīng)力和極限拉應(yīng)變小于其拉應(yīng)變時(shí)，就會(huì)使橋梁產(chǎn)生裂縫。裂縫的成因主要表現(xiàn)為幾個(gè)方面。

1）網(wǎng)裂、龜裂。在混凝土表面出現(xiàn)的不規(guī)則裂縫，稱為網(wǎng)裂或龜裂：

（1）混凝土在攪拌和運(yùn)輸過程中，由于時(shí)間的關(guān)系造成水分蒸發(fā)，在澆筑的過程中時(shí)間過長(zhǎng)，由于缺少水分致使混凝土成型后出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫；

（2）混凝土在澆筑時(shí)，由于水分不充足或時(shí)間過長(zhǎng)或在高溫、大風(fēng)天氣時(shí)施工，都可以在澆筑過程中造成混凝土的內(nèi)外水分不均衡，這就會(huì)使混凝土表面產(chǎn)生一些裂縫。

2）超載裂縫。超載裂縫有可細(xì)分為：

（1）局壓裂縫：局壓裂縫最顯著的特點(diǎn)是出現(xiàn)壓力和大體方向平行的多條裂縫。這是由于在最初設(shè)計(jì)橋梁時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度不夠，還有就是大型的車輛超載反復(fù)的碾壓，使橋梁的混凝土出現(xiàn)局部的拉應(yīng)力小于承壓力，導(dǎo)致產(chǎn)生局部壓裂縫，甚至?xí)植克榱熏F(xiàn)象；

（2）彎曲裂縫：最明顯的特點(diǎn)是鋼筋成型后彎曲處外側(cè)產(chǎn)生橫向裂縫。這是由于材料冷彎性能不良造成的；尤其是在在北方地區(qū)寒冷季節(jié)，成型場(chǎng)所溫度過低。就容易造成這種彎曲裂縫；

3）鋼筋腐蝕引發(fā)的裂縫。橋梁的鋼筋發(fā)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)吹雨淋，鋼筋會(huì)被氧化，產(chǎn)生大量的銹蝕。銹蝕產(chǎn)生的膨脹力從而就會(huì)影響到混凝土，當(dāng)混凝土抗拉強(qiáng)度小于膨脹應(yīng)力時(shí)，就造成混凝土開裂。這種由鋼筋的影響造成的裂縫，一般都為沿鋼筋長(zhǎng)度方向發(fā)展的順筋裂縫。

4）直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫。是由于橋梁上經(jīng)常進(jìn)行超負(fù)重的作業(yè)施工和進(jìn)行超載的行駛引起的裂縫。歸納其基本的原因有以下幾個(gè)方面：

（1）由于施工時(shí)不了解橋梁機(jī)構(gòu)隨意堆放各種材料、施工機(jī)具；不了橋梁制結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，在施工時(shí)沒保護(hù)受力點(diǎn)；改變結(jié)構(gòu)受力模式不按圖施工、擅自更改施工順序；沒有對(duì)結(jié)構(gòu)作疲勞強(qiáng)度檢驗(yàn)；

（2）橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有考慮施工出現(xiàn)的問題，例如設(shè)計(jì)截面不足；對(duì)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)沒有進(jìn)行合理的計(jì)算，造成橋梁的結(jié)構(gòu)實(shí)際受力與受力假設(shè)不匹配，沒有加入荷載的計(jì)算或數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；橋梁機(jī)構(gòu)中的鋼筋偏少或位置偏移，結(jié)構(gòu)剛度不夠；配筋與內(nèi)力的比例計(jì)算不準(zhǔn)確，造成的橋梁安全系數(shù)不合格；

（3）在橋梁正式開通后，超過橋梁設(shè)計(jì)時(shí)的荷載的重型車輛過橋、交通事故、由于天氣變化發(fā)生地震、閃電、大雪、大風(fēng)、爆炸等。

5）在混凝土施工完成后的數(shù)周或數(shù)月之間，很容易引發(fā)收縮裂縫。這是由于混凝土的自身收縮、碳化收縮、水分變化問題引起的，混凝土的快速干燥使混凝土的沁水率小于蒸發(fā)率，水存在于混凝土的顆粒與顆粒之間的縫隙形成的毛細(xì)管中，毛細(xì)管的張力引起混凝土自體收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫，這些裂縫是不規(guī)則斜裂縫，這些裂縫就容易影響到混凝土的塑性收縮和收縮水收縮，由于這些因素導(dǎo)致的裂縫是最常見的；

6）由于溫度變化引起的裂縫。尤其是北方的環(huán)境冬天寒冷、夏天炎熱，由于混凝土和鋼筋熱脹冷縮系數(shù)不一致，很容易造成混凝土和鋼筋的變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生各種作用力，在超出混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)由于溫度變化產(chǎn)生的溫度裂縫。其主要特征是表面的裂縫毫無規(guī)律，有直達(dá)表面的貫穿裂縫，還有混凝土內(nèi)部的深層的裂縫，由于是鋼筋和混凝土在溫度變化的情況下引起的裂縫，所以在鋼筋和混凝土之間存在的裂縫一般都與鋼筋的方向平行或者接近；

7）凍脹引起的裂縫。在混凝土中是存在一定的水分的，當(dāng)空氣的溫度低于0℃時(shí)，混凝土中的水就會(huì)轉(zhuǎn)變成冰，冰的體積比水大9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時(shí)混凝土中毛細(xì)管水在受到溫度變化時(shí)也會(huì)開始流動(dòng)進(jìn)行重新的分配，使混凝土的膨脹力變大，從而降低了混凝土的強(qiáng)度，致使出現(xiàn)裂縫；

8）由地基基礎(chǔ)變形引起的裂縫。這種裂縫有以下兩種：

（1）由于混凝土在塑性時(shí)，在有河流的地方，受到水流的沖刷引起基礎(chǔ)、支架等有不均勻上升或下降，使局部混凝土受力不均勻，造成混凝土變形產(chǎn)生裂縫；

（2）由于重力作用產(chǎn)生的裂縫。這是由于混凝土中的大顆粒自身重力較大，造成下降使得較輕的水泥漿上浮，在重力的作用下與鋼筋、模板之間的相互作用而產(chǎn)生的。

3 預(yù)防裂縫的常見措施

1）在橋梁的最初設(shè)計(jì)時(shí)，在容易出現(xiàn)裂縫的位置添加一些鋼筋的設(shè)計(jì)，具體可以在孔洞周圍以及轉(zhuǎn)角處布置一些傾斜的鋼筋來增強(qiáng)拉力，特別應(yīng)當(dāng)注意在設(shè)計(jì)中降低橋梁結(jié)構(gòu)的約束度，并降低對(duì)混凝土鋼筋的保護(hù)層的厚度，因?yàn)楸Ｗo(hù)層的厚度愈大愈容易發(fā)生裂縫。以上一些設(shè)計(jì)可以有效的控制裂縫的出現(xiàn)；

2）為改善和調(diào)節(jié)混凝土的性能、節(jié)約水泥而摻加的有機(jī)、無機(jī)或復(fù)合的化合物。這就是混凝土的外加劑。如膨脹劑、泵送劑、早強(qiáng)劑、引氣劑等。外加劑可以從以下幾個(gè)方面來選擇。改善混凝土拌合物流變性能的外加劑；調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間、硬化性能的外加劑；改善混凝土耐久性的外加劑；改善混凝土其它性能的外加劑。這樣做可以降低最終收縮值、改善混凝土的工作度、增強(qiáng)抗?jié)B能力，還可以增加混凝土的密實(shí)度，并替換等量的水泥，減少水泥用量，降低成本、這樣做最大好處是可以降低混凝土水泥化的溫度，降低出現(xiàn)溫度裂縫的出現(xiàn)幾率；

3）在混凝土的骨料上選擇應(yīng)本著選取質(zhì)量好的骨料，粗骨料包括卵石、碎石、廢渣等；細(xì)骨料包括中細(xì)砂，粉煤灰等。選擇這樣的骨料可以降低干縮、水化熱，并能獲得相對(duì)較小的孔隙率以及表面積，降低了混凝土出現(xiàn)裂縫的幾率；

4）在橋梁的施工過程中對(duì)混凝土的運(yùn)輸、澆筑和溫度及表面的保護(hù)，是減少混凝土裂縫的關(guān)鍵。在較高的溫度事施工，應(yīng)當(dāng)就露天的砂石料用帆布覆蓋，也可以用水對(duì)砂石料進(jìn)行降溫。在混凝土攪拌的過程中向混凝土加添溫度相對(duì)低得水，來降低混凝土入模溫度，從而實(shí)現(xiàn)我們降低混凝土裂縫的目的。

在冬季施工時(shí)應(yīng)注意到混凝土的被動(dòng)問題。所以在澆筑混凝土的時(shí)候應(yīng)當(dāng)注意溫度的變化，一般情況下冬季施工的溫度掌握在8℃左右，在混凝土攪拌澆筑前我們可以對(duì)混凝土的骨料以及水泥等材料進(jìn)行加熱，并添加抗凍劑。在澆筑的時(shí)候要注意對(duì)溫度的保護(hù)和對(duì)已澆筑的混凝土的保溫，這樣才能在冬季順利的施工，并保證橋梁的工程質(zhì)量，減少混凝土的裂縫出現(xiàn)。

4 結(jié)論

綜上所述，橋梁的混凝土雖然容易出現(xiàn)裂縫，但是經(jīng)過長(zhǎng)期的研究和大量工程的驗(yàn)證，只要我們?cè)跇蛄旱脑O(shè)計(jì)上、現(xiàn)場(chǎng)的施工、材料的選擇和后期的完善和維護(hù)，充分考慮了各種因素，是可以避免危害橋梁安全的混凝土裂縫的。

[1]周水興，何兆益，鄒毅松，等.1路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001，12.

[2]孫訓(xùn)方，方孝淑，關(guān)來泰.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社.

[3]鄭建嵐.現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2000.