淺析橋梁裂縫產生原因及防治措施

葉本欽

（遵義市遵投置業（集團）有限責任公司，貴州 遵義 563117）

0 緒論

新世紀以來，我們國家的交通運輸建設發展的非常快，修建了非常多的鋼筋混凝土結構橋梁和預應力混凝土結構橋梁。同時伴隨著我國國民經濟的快速增加及交通運輸量的不斷增長，道路上也出現了越來越多的車輛，與此同時，各種車輛的載重也越來越大，橋梁承受的荷載也增大很多，因此，我們提出了更多對道路的安全性、順暢性等的要求。然而，事實上我國國內許多以前修建的橋梁已經沒有辦法滿足我們對現代橋梁最新的要求，而且橋梁經常長時間處于自然環境（雨雪等惡劣天氣、空氣風力腐蝕、熱脹冷縮、混凝土的徐變收縮等）及運營環境（結構荷載增大及使用頻率增加）的耦合作用下，從而導致我國許多橋梁都出現很多不同成因的裂縫。針對這種情況，非常需要我們找到橋梁裂縫產生的各種各樣的原因，同時我們要采取積極的措施來預防橋梁裂縫的產生，當橋梁產生裂縫時，我們要及時采取有效的修補加固措施來保證橋梁能夠順利運營。

1 橋梁裂縫產生原因

1.1 概述

橋梁裂縫出現的原因有很多，而且這些原因種類非常復雜，如果不進行一個全面詳盡的調查分析與研究，就不能找到橋梁裂縫產生的全部原因。因此，通過對橋梁裂縫產生原因的研究，不僅可以找到預防橋梁破壞的方法，而且進一步的為以后橋梁的修補加固提供了決策的依據。

1.2 橋梁裂縫產生原因

1.2.1 荷載的原因

載荷裂縫，其具體含義為：橋梁在載荷和應力下所導致的裂縫。其總體上可分為兩種，一個是直接應力裂縫，一個是二次應力裂縫，下面將具體介紹。

直接應力裂縫，其具體含義為：因為外載荷帶來的直接應力造成的裂縫。在起初的設計階段，可能由于力學假設與實際工作中的受力模式不一樣、對縱筋與箍筋的計算錯誤、荷載沒有計算完全、結構的安全系數沒有達到標準，這些原因都可能使橋梁結構在實際使用中產生的應力與理論計算出來的內力有很大的差別，實際應力比理論計算應力超出很多從而導致橋梁結構破壞。在施工和使用階段，如果在隨意在施工建筑旁邊堆放施工所需要的機具材料，沒有按照施工圖紙來實施，這造成了施工工序的打亂，不開展結構在震動環境下的疲勞強度的相應驗算，在橋梁竣工后，經常有超載的車輛過橋，橋梁一直在惡劣的環境中運行等都會引起橋梁結構開裂。

二次應力裂縫，其具體含義為：因為外載荷帶來的次生應力造成的裂縫。在外載荷的持續作用下，因為橋梁的實際作用狀態與理論上的計算有一定程度上的差別，從而因為一些橋梁部位產生了次生應力而導致了橋梁開裂。在我們實際的工程之中，次應力裂縫比較常見。此裂縫有著多種外在形式，如，張拉。

1.2.2 溫度變化原因

混凝土，其是由水泥和砂石在一起構成，而水泥在凝固過程中會發生水化反應，此時會大量放熱，加上外界溫度的變化，這會在一定程度上引起混凝土結構的熱脹冷縮，進而導致了溫度應力，倘若溫度應力比抗拉強度大，那么會造成溫度裂縫。溫度裂縫，其有著自身的特殊性，并非一成不變，而是隨溫度變化而變化。溫度裂縫，其產生的主要原因有三個：第一是全年度的溫差變化，全年溫差會讓橋梁發生縱向位移，當縱向位移遇到阻礙后就會產生溫度裂縫；第二是常年的日照，日照會讓溫度梯度非線性分布，從而使局部的拉應力比較大，產生了溫度裂縫；第三是溫度的突然變化，惡劣的雨雪天氣、冷熱空氣通過時都會讓橋面的溫度發生一個急劇的變化，但是，與此同時橋梁內部結構的溫度變化卻比較緩慢，從而形成了溫度差異，這種溫度差異就會使橋梁結構產生溫度裂縫。

1.2.3 收縮原因

混凝土在凝結硬化的過程之中，會出現收縮，這是正常的。在工程當中，由于收縮所造成的裂縫比較常見。混凝土結構的收縮會引起橋梁結構發生變形，當變形過大時就會產生裂縫。混凝土的收縮大致可以分為兩類，一個是塑性收縮，另一個是縮水收縮，兩者都會造成混凝土的變形，下面將詳細介紹這兩類。

塑性收縮，其通常發生在澆筑后的4 到5 小時，此時的水化反應異常活躍，水分快速蒸發，此時混凝土中的水分會出現減少，由此帶來了收縮，同一時間，骨料會因為自身重量而下沉，又由于此時的混凝土并未硬化，所以，此種收縮稱之為塑性收縮。此收縮的危害性很大，為降低危害性，在施工當中要嚴控水灰比，骨料的攪拌時間不能過長，在下料的速度要適中，要確保振搗的密實，對于豎向截面，要實行分層澆筑。

縮水收縮，其發生時間是在硬化后，由于水分蒸發，這會帶來混凝土的濕度出現降低，而體積也會逐漸的縮小。混凝土的不同部位的水分蒸發速度不一樣，通常是表層蒸發速度非常快，內部相對慢一些，所以，此時會由于這兩個部分的收縮程度不一樣而造成了不均衡收縮的出現。由于表層蒸發速度快，這時會出現表層的收縮，但是收縮會內部的制約，此時的表層必然會承受一定的拉力，如果這種拉力比設計的抗拉強度要大時，此時會造成收縮裂縫。在混凝土硬化后，縮水收縮比較常見，也容易發生。

2 橋梁裂縫的預防與修補加固措施

2.1 概述

當混凝土結構發生了開裂時，這會造成一些重要指標的下降，如，承載力、耐久性，這些指標的下降很可能造成最終結構無法達到設計要求，并也許會帶來外觀的損失等各種有害的影響。混凝土橋梁出現裂縫問題是非常普遍的一件事情，因此，在橋梁出現裂縫之前要進行一些預防措施，在裂縫出現之后就要對出現裂縫的結構進行修補加固處理。進行修補加固處理就可以增強結構的耐久性，并且是結構滿足現在承載力的要求。

2.2 橋梁裂縫的預防措施

2.2.1 合理設計荷載及橋梁布局

在橋梁進行設計工作之前，設計工作人員要對實際的情況做好勘測，在此基礎之上，更要認真細致的做好橋梁結構荷載的分析工作，對橋梁以后運營過程中可能出現的各種情況做好調查研究。此外，設計人員要對橋梁的整個施工過程做好整體規劃，合理的設計荷載，要確保橋梁建成后設計的荷載要大于實際中所受到的荷載，在設計是要著重考慮配筋問題，要合理的進行鋼筋布局，這樣可以避免一部分施工和后期維護過程中的裂縫問題。在具體設計時要對那些容易開裂的部位進行著重的考慮，設計人員應該對由于地基基礎的不均勻沉降或者一些結構方面的原因引起的薄弱環節加以考慮，這些問題在設計的時候應該加以解決。例如對軟弱的地基基礎進行必要的處理，各個部分荷載差別很大的結構應該適當的增設構造鋼筋，用來避免地基基礎的不均勻沉降而引起的應力集中造成的裂縫。

2.2.2 加強溫度控制

在工程施工的過程中，混凝土是必不可少的一種原料。在制備混凝土的過程之中，為了加強對混凝土的溫度控制，主要是降低水化熱的產生量，此時，可以在攪拌的過程中加入適量的粉煤灰，因為粉煤灰中的硅、鋁氧化物會和混凝土中的水化產物進行二次反應，這樣就會在一定程度上降低混凝土產生的熱脹作用。同時粉煤灰中的火山灰反應可以在一定程度上改善橋梁混凝土構件內部的各種孔道，提高混凝土的致密性，同時降低收縮值，這樣就能夠有效的防止水化熱的影響，從而能夠預防溫度裂縫的出現。此外，可以在不對混凝土質量造成影響的前提下，適當地加入一定量的減水劑或者緩凝劑等外加劑，其中減水劑能夠降低混凝土的水灰比來防止結構開裂，加入一定量的緩凝劑則可以有效的延緩混凝土放熱頂峰出現的時間，放熱峰值出現的時候，混凝土橋梁構件的強度會明顯增大，這樣就可以有效降低裂縫出現的概率。

2.2.3 加強對原材料選擇的控制

橋梁工程的質量與施工過程中原材料的質量關系很大，原材料的質量會直接影響到橋梁建成后的使用質量和運行安全，而且原材料的質量優劣與否也會影響到裂縫的出現，因此，在施工時要加強對原材料質量的控制。首先，在選用水泥的時候，要根據國家規范的標準來選擇質量合格的水泥產品，應該盡量的選擇和易性比較好、收縮性比較小的水泥，這樣在一定程度上可以保證水泥的使用效果，同時，也在一定程度上增強了橋梁結構的堅固性和耐久性。其次，細骨料的選用最好選擇質地堅硬的河沙，因為河沙的孔隙率比較小，而且它的總面積也不是太大，采用這樣的細骨料就可以有效的降低攪拌時的用水量和水泥的用量，同時在一定程度上可以防止裂縫的生成。最后，粗骨料應該盡量的選擇粒徑較大且質地比較堅硬的碎石，用這些質量較好的原材料來保證最終完成的混凝土構件的質量。

2.3 橋梁裂縫的修補加固措施

2.3.1 橋梁裂縫的修補加固程序

混凝土橋梁結構，許多因素都會造成開裂的發生，然而，基于混凝土的形成原理來看，可分成二種，一個是受力裂縫，另一個是非受力裂縫，造成這兩種裂縫的因素也有很多，可以是設計方面的問題，也可以是施工質量方面的問題。在橋梁的日常使用當中，出現的橋梁裂縫，通常是因為載荷所導致的。

我們在對橋梁裂縫修補加固之前要先了解裂縫的種類，因此要對橋梁裂縫進行一個分類。按裂縫形成的原因可以大致分為五類：溫度裂縫，鋼筋銹蝕裂縫，凍脹裂縫，地基基礎的不均勻沉降裂縫以及干縮裂縫。根據裂縫的深度可以分為三類：淺層裂縫，深層裂縫，貫穿裂縫。按裂縫的開度大致也可以分為三類：死裂縫，活裂縫以及增長裂縫。

綜上所述，可總結為三個方面所造成的裂縫，下面將一一介紹：

（1）荷載帶來的裂縫：主要是由外載荷的直接應力所造成的裂縫。

（2）變形作用帶來的裂縫：許多因素都會造成結構變形，如，溫度、不均勻沉降，當變形所帶來的應力比抗拉強大要大時，此時就會造成相關的裂縫。

（3）環境帶來的裂縫：外界環境對結構也會產生很大影響，如，由熱脹冷縮所造成的相關裂縫、鋼筋出現銹蝕所造成的裂縫。

2.3.2 表面封閉修補法

表面封閉修補法，其具體含義為：通過抹漿、鑿槽嵌補、噴漿、填縫的方法將那些裂縫處進行封閉。此方法在面對非壓力裂縫或者細微裂縫時比較適用，這種方法采用抹漿—鑿槽嵌補—噴漿—填縫的方式將表面的裂縫封閉。這種方法的缺點也非常明顯，它只能夠修補表面的裂縫，而對那些開展比較深的深層裂縫沒有什么作用。

2.3.3 壓力灌漿修補法

壓力灌漿修補法，就是用化學灌漿或者水泥灌漿的辦法，用漿液將結構的內部裂縫灌滿。這種方法充分的考慮了受力要求，能夠滿足受力需求，而且還能夠保證結構的耐久性。該法大多數用在裂縫出現較多而且大多數是延伸性裂縫的修補場所。

2.3.4 增大構件截面加固法

增大構件截面加固法，其具體含義為：通過鋼筋混凝土或者鋼筋網紗漿層來增大原來的混凝土結構的截面面積，提升截面的承載力，從而加固結構。該法也是一直以來最為普遍和運用最多的一種方法。這種方法的施工工藝相對比較簡單，而且適應性比較強，并且經過了這么多年的使用，已經具有了比較成熟的設計和施工經驗，在現階段的施工工藝已經趨于成熟，同時能顯著的提高橋梁結構的承載能力和截面剛度，并且計算也相對簡單。適用于梁板柱墻和大部分結構物的加固。此方法同樣也有缺點，例如，由于施工當中的濕作業時長要求較高，這時會對要在橋梁上通行的車輛和行人的生活影響比較大，而且加固之后會在一定程度上減小了橋梁的凈空。

3 結論

橋梁在運行使用的過程當中，因為會受到各種各樣的因素的影響，就會產生很多種不同種類的裂縫，為了提高橋梁結構的整體剛度和穩定性、增強橋梁的耐久性及使用的時間、提高橋梁使用的經濟效益，就需要我們對橋梁裂縫進行修補加固。針對橋梁的各種裂縫病害防治問題，本文對橋梁裂縫形成的原因進行了系統、相信的研究分析，并在后面提出了裂縫修補加固方法。