混凝土橋梁裂縫的成因及防治措施

馬澤輝

摘要：混凝土因具有原材料豐富、可塑性好、抗壓強度高等優勢，是當今世界上使用最為廣泛的建筑材料，但其缺點之一是容易開裂。本文在總結混凝土橋梁裂縫開展的主要原因、位置，分析各類裂縫對橋梁安全性影響的基礎上，提出了一系列的防治措施，并通過對工程實例分析驗證，加深了對混凝土橋梁裂縫的認識，對預防實際工程中出現影響橋梁安全性的裂縫具有指導意義。

Abstract： Concrete is one of the most widely used building materials in the world because of its rich raw material， good plasticity and high compressive strength. However， one of the shortcomings of concrete is easy to crack. In this paper， based on the summary of the main causes and location of the cracks in the concrete bridge， a series of prevention and control measures are put forward based on the analysis of the influence of various cracks on the safety of the bridge. Through the analysis and verification of the engineering examples， the understanding of the cracks of the concrete bridge is deepened， which can guide the prevention of cracks in practical engineering.

關鍵詞：混凝土橋梁；裂縫預防；橋梁安全

Key words： concrete bridge；crack prevention；bridge safety

中圖分類號：U445.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）24-0101-03

0 引言

目前，橋梁建設已逐漸由新建轉向養護階段，在我國既有橋梁中，鋼筋混凝土橋梁占據很大比重[1]。但由于混凝土抗拉強度低，且長期承受超過設計荷載的車輛荷載，或由于設計、施工或環境影響，在其建造和使用過程中出現橋梁裂縫的情況屢見不鮮，其中不乏出現危害較大的裂縫進而影響橋梁正常使用的[2]。然而，很多裂縫是可以通過橋梁的早期的設計或改進施工工藝克服或控制的，為了加強對裂縫的認識，避免實際工程中出現影響橋梁安全性的裂縫，本文對現有的混凝土橋梁裂縫的種類、成因做了全面的分析和總結，并針對各類裂縫提出相應的防治措施，對保障橋梁的安全運行具有重要意義[3]。

1 混凝土橋梁的主要裂縫

在實際工程中，混凝土橋梁裂縫產生的原因眾多，一條裂縫的產生可能是多種因素的共同作用，對于裂縫產生的原因，主要可以分為荷載、溫度、收縮、鋼筋銹蝕、地基沉降、施工工藝幾個方面。

1.1 荷載作用下產生的裂縫

荷載裂縫是指混凝土橋梁在靜力或動力作用下，因變形而產生的裂縫。多出現在受拉區、受剪區或嚴重振動的區域。如果受壓區出現起皮或有沿受壓方向的短裂縫，往往是結構達到承載力極限的標志，是結構破壞的前兆[4]。

1.1.1 受彎裂縫

混凝土橋梁在彎矩作用下會產生彎曲裂縫，彎曲裂縫在彎矩最大截面受拉區產生，橋梁梁板結構最大正彎矩一般在跨中，并底部開始向上發展；負彎矩裂縫一般出現在支座處，從上往下發展。裂縫的數量和大小與荷載有關，集中荷載下裂縫分布相較于分布荷載裂縫分布更加集中，荷載增加，裂縫數量增多并開始擴大。當結構配筋較少時，裂縫少而寬，結構可能發生脆性破壞。普通鋼筋混凝土受彎構件的裂縫寬度限制在0.30mm以內，對預應力構件的裂縫寬度限制在0.20mm以內。超過該限值則可能會影響橋梁結構安全。

1.1.2 受剪裂縫

受剪斜裂縫發生在剪力最大的截面，一般在橋梁支座附件，從下部沿45°左右方向向跨中上方發展，隨著荷載的增加而增加，裂縫長度不斷增長并向受壓區發展，數量不斷增加且出現分岔，裂縫區也逐漸向跨中方向擴大。一旦出現剪切裂縫，應加強觀察。如果裂縫發展緩慢并限制在受拉區。裂縫寬度在限值以內，此時允許；如果裂縫不斷發展或者裂縫已接近受壓區，則不論其寬度和長度如何都應及時予以必要的加固處理。

1.1.3 受扭裂縫

受扭裂縫是在扭矩作用下，首先在構件長邊方向的最弱處產生一條近45°方向的斜裂縫，然后向兩邊螺旋延伸。

1.1.4 局部受壓裂縫

混凝土受壓強度較高，因而其局部受壓裂縫較少，但實際中可能由于設計等原因在局部受壓區產生與壓力方向平行的短裂縫。

1.2 溫度引起的裂縫

當混凝土外界溫度或結構內部溫度發生變化時，混凝土會產生膨脹或收縮，當混凝土的變形受到約束時，就會在混凝土內部產生應力，當混凝土收縮或膨脹時產生的應力大于混凝土的抗拉強度時，混凝土就會產生裂縫。引起混凝土溫度變化的主要因素有：溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸汽養護等等。

1.3 收縮引起的裂縫

橋梁路面因收縮引起的裂縫是最為常見的裂縫種類，除去溫度產生的收縮以外，在混凝土澆筑完成后的幾個小時內，混凝土內部反應激烈，出現水分的急劇蒸發，混凝土大量失水收縮，同時骨料下沉，此時的收縮量可達1%左右，若下沉過程中受到鋼筋阻擋，便會形成沿鋼筋方向的裂縫。并且，在收縮過程中由于表明水分減少快，內部水分減少慢，由于收縮的不均勻性，表面收縮受到內部的約束，便會產生收縮裂縫。

1.4 鋼筋銹蝕引起的裂縫

在鋼筋質量較差或鋼筋外混凝土保護層厚度不夠時，鋼筋會受外界環境作用，使得鋼筋表明銹蝕，銹蝕后的鋼筋體積會比之前增長約2-4倍，鋼筋的膨脹會導致其周圍的混凝土剝離、從而產生縱向裂縫。且由于鋼筋的銹蝕，其與混凝土的粘結力減弱，結構承載力下降，在其他可能產生裂縫的因素下，混凝土會更容易開裂。

1.5 地基沉降引起的裂縫

混凝土橋梁結構基礎的不均勻沉降或者水平方向的位移會使結構產生附加應力，當產生的附加應力小于混凝土抗拉強度時結構就會開裂，地基不均勻沉降可能由于地質勘查資料不夠準確、結構各部分荷載差異太大、地基凍脹、采用不同基礎形式或分期建造結構基礎、地基條件發生變化等原因造成；結構的水平位移主要是對地質情況掌握不夠、設計不合理和施工破壞等原因造成的。

1.6 施工工藝引起的裂縫

施工工藝的不合理或質量問題引起混凝土的開裂時有發生。混凝土的澆筑、運輸、堆放、吊裝過程中因施工工藝問題可能產生各個方向的裂縫。比較常見的問題包括混凝土攪拌不密實、澆筑過快、運輸時間過長、養護環境干燥、混凝土接縫位置未處理好、早期受凍、模板剛度不足、拆模過早、施工順序錯誤、施工質量差等問題。

以上混凝土橋梁的裂縫主要成因中，荷載裂縫中受壓裂縫、受剪裂縫、張拉構件的局部受壓裂縫屬于沒有預兆會突然產生的脆性裂縫，一旦出現裂縫則對結構強度影響很大，是混凝土橋梁結構破壞的前兆，屬于規范允許范圍之外的裂縫，需要加倍重視，采取必要的安全措施。其他裂縫屬于塑性裂縫，在破壞之前會有明顯的預兆，即裂縫會開展到一定程度，當最大裂縫超過規范規定的容許值時，會對結構的安全性造成影響，需要進行加固處理。未超過容許值時，則屬于規范允許出現的裂縫，可不必加固。

2 裂縫的防治措施

在混凝土橋梁的裂縫中，對于不同的裂縫類型，應采取不同的防治措施[5]。

2.1 荷載裂縫的防治措施

荷載裂縫可能由于結構的設計、施工、使用各個階段所造成的。設計階段要嚴格計算交通量、荷載及混凝土配筋量，不可少算、錯算，并留有余地；嚴格管理施工過程中原材料和各類器具的堆放；使用過程中嚴格限制超重車輛通過橋面，加強維修管理，以避免結構產生荷載裂縫。

2.2 溫度裂縫的防治措施

對于溫度裂縫的防治措施，主要是強化對材料溫度的控制，可采用冷水降溫碎石之后再與混凝土攪拌混合，或在混凝土內部預留管道注水降溫，對于大體積構件可選擇在春秋溫度適宜時澆筑，若在夏天澆筑應采取降溫措施，對溫差變化較大的情況可采取保溫措施避免因溫度變化大熱脹冷縮快，出現裂縫。

2.3 收縮裂縫的防治措施

防止收縮引起的裂縫，在施工時應避免過長時間的攪拌，下料應緩慢并振搗密實，也可通過在混凝土早期時，在表面覆蓋海綿、麻袋，并澆水進行保濕養護，以控制混凝土中水分蒸發速率，減少因失水收縮產生的裂縫。

2.4 鋼筋銹蝕裂縫的防治措施

為防止鋼筋銹蝕，應保證足夠的保護層厚度，按照規范要求設計。除此之外，在施工時，應加強振搗，保證混凝土的密實性，對于沿海地區或其他特殊環境地區，為防止腐蝕性空氣或水分進入混凝土內部，更應在設計時加強。

2.5 地基沉降引起的裂縫防治措施

由于地基沉降引起的裂縫，在勘查設計階段要保證勘查精度，勘察資料和試驗資料的準確性，在施工時要在混凝土澆筑前把好質量關，混凝土水分要充足，減少其泌水性，必要時可添加減水劑；還可以搭設支架，預壓以消除非彈性變形。若因設計、施工等其他原因已經出現裂縫，應及時對地基進行加固。

2.6 施工工藝引起的裂縫防治措施

施工工藝引起的裂縫種類很多，在施工過程中可通過保證施工精度，控制施工順序的正確性，嚴格控制施工質量來控制施工工藝引起的裂縫。

對于上述裂縫中，若已經出現影響橋梁結構安全性的裂縫，應當及時對結構進行加固，可以通過表面涂抹進行加固處理、貼纖維板或纖維布、表面噴漿、粘貼鋼板或預應力碳纖維板等方法實現。

3 工程實例

吊嘎河2號中橋位于昆綏線（S101）K738+014處，屬昆明市東川區境內，于2007年8月建成通車。橋梁全長62.07m，橋面總寬9.16m，車行道寬8.16m，上部結構為1×30.65m鋼筋混凝土現澆箱梁橋，在2015年橋梁健康監測中發現，橋梁中存在多處裂縫，圖1、2屬于荷載裂縫，圖1梁底橫向裂縫由梁底向上發展，屬于受彎裂縫；圖2裂縫呈45°從下向跨中上部發展，屬于受剪裂縫，有的小于0.15mm，可直接封閉處理；有的大于0.15mm則需要注膠封閉。

對于圖3是由于鋼筋銹蝕所導致的裂縫或混凝土缺陷，可采用高強修補料進行修復。腹板與梁底裂縫，縫寬小于0.15mm的可采用環氧樹脂膠泥直接封閉，縫寬大于0.15mm的裂縫，則必須進行注膠封閉（如圖4所示）。

腹板豎向裂縫（圖5）位于L/4到3L/4之間，可能是由于模板拆除過早，混凝土局部不密實造成，裂縫大于0.15mm采用灌漿處理，小于0.15mm封閉處理。對其他裂縫較大導致承載力不足的可采用圖6所示粘貼預應力碳纖維板加固處理。

預應力碳纖維板張拉后，能使混凝土裂縫在一定程度上有所閉合，并提高橋梁承載力。

4 結論

混凝土橋梁由于混凝土材料和橋梁結構的原因會產生不同種類的裂縫，前期應嚴格按照國家相關規范和技術標準進行設計、施工，使用階段控制荷載以預防裂縫的產生；對于已經產生裂縫的結構，需要根據裂縫的種類分別考慮，對于規范允許范圍內的塑性裂縫可不加固，而脆性裂縫和超過規范允許值的塑性裂縫應及時加固并采取其他必要的安全措施。

參考文獻：

[1]包琪，許純梅.混凝土橋梁耐久性環境因素及其防護涂料分析[J].道路與交通，2015（1）.

[2]周鳳華.某城市鋼筋混凝土橋梁裂縫成因及危害分析[J].橋梁結構，2013（8）.

[3]李彬，李輝.鋼筋混凝土橋梁裂縫成因淺析[J].建筑與工程，2011（5）.

[4]池邦云，高明贊.荷載裂縫對鋼筋混凝土結構耐久性的影響[J].土木工程與管理學報，2013（1）.

[5]吳俊.淺析施工和使用中鋼筋混凝土橋梁裂縫防治[J].黑龍江交通科技，2010（12）.