對橋梁裂縫成因的淺析

金慧

（重慶交通大學，重慶400074）

1 引言

在橋梁工程問題出現的原因中，橋梁裂縫導致橋梁出現質量問題是較為常見的。橋梁裂縫的成因有很多種，其形成過程也較為復雜，所以應該引起我們每一個工程技術人員去探究。當裂縫發展到一定程度后，會使得橋梁的穩定性受到影響。裂縫的出現并不可怕，但是隨后引起的滲透作用，會使得橋梁內部的結構發生較為嚴重的破壞，久而久之就會對橋梁的整體結構遭到威脅，[1]如果這種威脅沒有得到控制解決，隨著時間的累積就會使得橋梁產生嚴重的質量安全問題，甚者給行人帶來生命安全問題，這樣不但會影響建設單位的聲譽和經濟效益，而且還會造成一定的社會影響。總之，橋梁裂縫問題出現如果得不到工程人員的克服和控制，帶來的后果是非常嚴重的，因此工程技術人員了解橋梁裂縫的成因顯得尤為重要。

2 橋梁裂縫的種類及成因

橋梁產生裂縫的原因復雜多樣，每一種裂縫可能由一種原因導致，也有可能由多種原因共致，實際工程中，后者情況較為常見。[2]裂縫種類大致可分為結構性裂縫，其主要由外荷載引起，往往是因為結構承載力不足而產生，結構性裂縫又可具體分為因荷載引起、因設計不合理引起、因施工質量不足引起、因材料與養護不達標等；另外一種就是非結構性裂縫，其主要是由于結構變形引起的，非結構性裂縫具體可分為因溫度變化引起、因混凝土收縮徐變引起、因地基的不均勻沉降等。

2.1 結構性裂縫的產生

2.1.1 因荷載產生

在工程結構中因荷載產生的結構性裂縫是非常常見的一種情況，往往伴隨著結構承載力不足而產生的結構性裂縫對工程的整體性能會造成巨大影響。混凝土橋梁在靜荷載、外荷載及次應力作用下產生的結構性裂縫稱為荷載裂縫，其大體可分為直接應力裂縫和次應力裂縫兩種：

直接應力裂縫是由于結構在外荷載作用下出現的直接應力導致的裂縫，其產生的原因有以下幾種情況：

(1)結構設計階段：結構安全系數的引用過小；結構計算僅憑個人經驗分析而不經過仔細的計算或只計算部分；使用的計算模型不合理；受力假設與實際情況的受力不相符合；內力與配筋計算不正確；設計的圖紙過于模糊而沒有交代清楚必須呈現的施工狀況；

(2)施工階段：施工現場隨意堆放機具設備、材料等；對橋梁構建的受力特點不夠了解，施工人員隨意運輸、起吊、翻身機具；不根據設計圖紙進行合理施工，隨意調換施工順序等；

(3)運營階段：長期駛過超載車輛或有其他尖銳物的撞擊；出現地震、大雪、大風等惡劣自然環境。

次應力裂縫是由于在外荷載作用下而產生的次生應力導致的裂縫，其產生的原因有以下幾種情況：

(1)在設計外荷載作用下，由于結構的實際工作狀態同常規的計算有出入或沒考慮計算，所以結構構件內部產生的次應力使得構件出現開裂現象。[3]

(2)當橋梁構件進行鑿槽牛腿設置及開洞等情況時，模擬計算如果用準確的圖示進行是非常困難的，所以一般情況下工程人員會按照經驗來設置鋼筋。根據相關研究表明，挖空后的物件，將會產生流繞的現象，故在開孔處會產生較大的應力集中，所以如果處理合理的話，在這種轉折或開孔處就很易產生裂縫。[4]

2.1.2 因設計不合理產生

橋梁施工過程中，如果一剛開始的設計就不合理，那么就很可能會出現結構性裂縫，也就是在設計中用到的結構形式當在荷載作用下產生的構件裂縫問題。比如：非預應力現澆連續箱梁，梁的頂部處就很容易產生負彎矩的結構裂縫。[5]結構的受拉區域及受剪區域是最易出現裂縫的，如果在其他形式的受力區域內也遭到破壞現象，則說明構件已經達到了承載能力極限，截面尺寸過小，即設計不合理構件的承載能力極限達到了，構件就會出現裂縫現象。

2.1.3 因施工質量不足產生

施工質量不足可以分為使用的施工材料不合格和施工工藝不合理兩種情況。作為橋梁的鋼筋骨架，混凝土主要是由砂石、水泥、水及外加劑等按照一定的配合比攪拌而出，所以如果這些基礎材料不合格的話，那么結構就很容易產生裂縫。其次，施工工藝的不合理的常見情況有：①構建的混凝土保護層過厚；②制作混凝土時攪拌振搗不密實、均勻；③混凝土攪拌、運輸時間過長，使得水分蒸發較多，導致混凝土塌落度過低；[6]④施工順序不合理，例如當進行鋼筋混凝土連續梁滿堂支架現澆施工時，鋼混墻式護欄若與主梁同時澆筑，拆架后墻式護欄往往會產生裂縫，拆架后如果再次對護欄進行澆筑，那么裂縫就不會出現。[7]

2.2 非結構性裂縫的產生

2.2.1 因溫度變化產生

當外部溫度發生變化時，由于混凝土具有熱脹冷縮的性質，所以橋梁的結構現狀也會發生一定的的體積形變，如果這部分變形受到了約束，那么就會產生一定的結構應力，當混凝土的抗壓強度小于因約束產生的應力時，構件就會遭到破壞，從而出現溫度裂縫。[8]

導致結構因溫度變化而產生裂縫的原因有以下幾種情況：①當澆筑混凝土時，會產生水化熱反應，從而會引起結構內部升溫，但外表的溫度卻沒有太大的起伏，所以內外會產生不同程度的變形，故而結構出現裂縫；②如果施工在冬季進行時沒有采取相應的溫保措施，也會因結構內外的溫差過大而出現裂縫；③當采用張拉法時，鋼筋的預應力溫度過高，在高溫的影響下，結構也會因為變形過大而出現裂縫。[9]

2.2.2 因混凝土收縮產生

在橋梁結構的施工過程中，混凝土的收縮是造成構件產生裂縫的最常見的因素之一，而在混凝土的各種收縮種類中，縮水收縮和塑性收縮是混凝土發生變形的主要原因，其次就是碳化收縮和自生收縮。[10]這幾種收縮的發生階段也不同，塑性收縮和縮水收縮分別發生在混凝土結硬和施工過程中；自生收縮和碳化收縮分別發生在混凝土發生硬化和水化反應中，當梁體自身結構受到約束時，裂縫就會產生，由于澆筑好的混凝土構件會發生徐變作用，故而會隨著時間的推移，構件裂縫也會隨之擴大。預測模型的選擇以及對預測精度的掌控對技術人員來說也是一項重要工作，故而在一些比較重大的工程中如果易出現因收縮而產生裂縫現象，那么必須進行相應的專題研究討論。[11]

2.2.3 因基礎的不均勻沉降產生

當橋墩基礎由于地質不良而發生不均勻沉降或發生縱橫向的移動，使得橋梁構件中產生了附加應力，這部分應力如果超出了結構的極限承載能力，構件就會出現開裂現象。[12]

基礎出現不均勻沉降有以下幾種情況：

(1)對施工地的地質情況了解不夠。在沒有對施工地的地質情況進行深入細致地研究就對現場進行設計及施工，這是造成基礎發生不均勻沉降的最初也是最主要的原因；

(2)作用在結構上的荷載存在著很大的差異。當基礎下部結構的地質情況沒有太大差異，但是由于上部結構的受力存在著很大差異，那么就很容易使得構件因受到過重的荷載作用而遭到破壞，從而產生裂縫；[13]

(3)當橋梁建在比較寒冷的地區時，地基會產生凍脹現象，這種地區的含水率一般都比較高，發生凍脹后，如果溫度回升到一定程度，那么該地區的凍土就會發生融化，地質的受力能力減弱，地基就會發生不同程度的沉降。所以說，地基發生凍脹和融化都會使得結構產生裂縫；

(4)在不同時間段建造基礎時，由于新建的橋梁結構是在原基礎上建造的，新建橋梁產生的新荷載會使得地基土重新固結，因此很可能會使得橋梁基礎發生較大的沉降；[14]

(5)當橋梁建成后，當地的環境條件發生變化，如長期降雨，由于雨水沖刷，地基土的強度會下降，在上部結構的施壓下，基礎會發生變形，所以會產生沉降，結構自然就會出現裂縫。

3 討論

通過以上對橋梁出現裂縫的成因進行了一定的分析以后，我們對橋梁裂縫的種類及成因有了一定的了解。橋梁裂縫的種類及形成的原因繁多，它可能出現在勘察、設計、施工或運營中的任何一個環節中，所以每一個工程環節都需要工程技術人員去關注，這也是橋梁裂縫問題的特殊性所在。

4 結論

橋梁出現裂縫是工程人員在施工過程中遇到的最普遍，也是比較棘手的問題。它與橋梁建造的勘察、設計、施工及運營等環節都息息相關，所以我們去深入研究分析橋梁裂縫的成因，并做到及時預防和控制裂縫的出現是非常有必要的。因此，工程人員在勘察、設計及施工的過程中都必須嚴格按照相關的規范進行，既然裂縫的出現我們無可避免，但是我們能做的就是認真對待每一個環節，至少可以減少裂縫出現的頻率和它所帶來的危害。