浅谈桥梁裂缝的形成原因
2016-12-12
在桥梁施工建设中，工程的质量问题，在一定程度上是由于桥梁施工的裂缝引起的。混凝土开裂经常困扰着桥梁工程技术人员。为了尽量避免工程中出现危害较大的裂缝，本文将对混凝土桥梁在施工过程中产生裂缝的六大原因作较全面的分析、总结。
1.荷载性裂缝的形成原因
1.1 在设计时，计算模型不合理，结构受力假设与实际受力不符，荷载少算或漏算，内力与配筋计算错，结构安全系数不够。造成结构设计断面不足，钢筋设置偏少或布置错，结构刚度不足。在施工中，结构本身存在设计缺陷，不能抵抗应力而开裂。
1.2 设计对施工考虑不全，大体积结构构造钢筋偏少，在浇筑混凝土时，中途停止浇筑，混凝土表面开裂。施工对结构受力不了解，在施工中，构件在连成整体前，是单独受力的，施工不合理堆放施工机具、材料；对混凝土构件随意翻身、起吊、运输、安装；擅自更改结构施习顷序，改变结构受力模式，造结构混凝土开裂。
1.3 由于施工和构造的需要，桥梁结构经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，设计时难以用准确的模型进行计算，一般根据经验设置受力钢筋。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。因此，如处理不当，在这些结构的转角或构件形状突变处，受力钢筋截断处易出现裂缝。
2结构性裂缝的形成原因
设计结构裂缝是指设计时采用的结构型式在荷载作用下必然会产生的裂缝，如非预应力的预制梁板及非预应力现浇连续箱梁等。虽然在施工时针对这种形式设置了预拱，但在荷载作用下，预拱消失后梁底抗拉区的混凝土最终还是要开裂的。非预应力现浇连续箱梁还在梁顶负弯矩区产生裂缝。这种裂缝是正常的、安全的，但裂缝的宽度应小于0.2mm或设计规定的范围，若超过这个范围，那么裂缝就不正常了，就需要对其成因及安全性作进一步分析和鉴定。施工结构性裂缝是指由于施工原因造成的结构性裂缝，如预应力结构的张拉裂缝，普通钢筋混凝土连续箱梁支架拆除过程中产生的裂缝等等。预应力结构的张拉裂缝一般是由于锚垫板位置没按设计位置布置、锚垫板后螺旋筋没有顶牢锚垫板、锚垫板混凝土不密实或混凝土强度未达到设计或规范规定的张拉强度时进行张拉等原因造成的；普通钢筋混凝土连续箱梁拆架过程中产生的裂缝是由于落架顺序不当或落架时间过长引起的，因为一联箱梁落架不可能在瞬间完成，有一个从简支梁到连续梁的受力体系以接近设计受力体系的方式进行转换，那么连续梁的负弯矩区在简支过程中梁底是肯定要产生横向裂缝的。
3非结构性裂缝的形成原因
3.1 塑性裂缝
塑性裂缝，即混凝土在可塑状态下出现的裂缝，分为沉降裂缝和收缩裂缝两种形式。沉降裂缝产生的原因一是由于混凝土在塑性状态下其基础、支架等有不均匀沉降，使局部地方的混凝土变形受约束导致裂缝；二是由于重力作用使混凝土中较重颗粒下沉，而使水泥浆上浮，当这种下沉受到钢筋、模板拉杆约束时就会产生裂缝。收缩裂缝产生的主要原因是由于混凝土快速干燥，混凝土内水份的蒸发速率大于其泌水速率，在固体颗粒水面形成弯月形产生毛细管张力，混凝土自体收缩所产生的拉应力大于 昆凝土本身的抗拉强度而导致裂缝。
3.2 温差裂缝
温差裂缝，即由于混凝土自体的温度变化及混凝土自体温度与环境温度的差异使混凝土自体收缩不均而产生的裂缝。由于早期混凝土构件被模板等材料隔离，水泥水化所产生的热量无法及时散发到空气中，故在初始24h内混凝土温度将升高，过几天后随着热量的散发混凝土将变冷，此时混凝土会产生收缩，这种收缩受结构内部钢筋及外部模板等约束会使混凝土开裂；当混凝土冬季施工时，由于混凝土散热快，其内部温度较高，而表面温度受环境影响变得较低，表面混凝土的收缩率大于混凝土内部的收缩率，从而使表面混凝土产生裂缝。
3.3 长期干缩裂缝
长期干缩裂缝，即混凝土长期暴露于不饱和的空气中由于物理的、化学的失水使混凝土体积缩小，当缩小受到约束时产生的裂缝。通常来讲，干缩产生的混凝土应变速率非常慢，而且混凝土徐变产生的松弛可抵消部分干缩应变。但混凝土设计的体积与表面积的比值、分布钢筋的布置、混凝土的配合比及混凝土所处环境的温度、湿度等都会导致干缩裂缝。
4施工材料质量引起的裂缝
水泥出厂强度不足，安定性不合格，水泥受潮或过期，施工时使混凝土强度不足，导致混凝土开裂。砂石粒径太小，级配不良，空隙率大，将导致拌合水和水泥用量加大，使混凝土收缩加大；砂石中含泥量高，将造成水泥和水用量加大，将降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性，导致混凝土开裂。砂石中含有硫化物会与水泥中的铝酸三钙发生化学反应，体积膨胀导致混凝土开裂。
5收缩引起的裂缝
在施工中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩的炭化收缩。
6地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，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有:地基地质差异太大、结构荷载差异太大、结构基础类型差别大、地基冻胀等。
