混凝土桥梁裂缝及其成因分析
2017-02-27
目前，在我国很多地方和地区混凝土桥梁在使用过程中出现裂缝，为保证混凝土桥梁有良好的耐久性和结构安全，需要进行裂缝处治和加固的施工工艺。
一、混凝土桥梁裂缝的分类。混凝土桥梁结构的裂缝是固体材料中某种不连续的现象，是由材料内部的初始缺陷、细微裂缝扩展引起的。引起裂缝的原因很多，但可归结成两大类。第一类，由变形引起的裂缝，也称为非结构性裂缝。如温度变化、混凝土收缩、地基不均匀沉降等因素引起的变形，当此变形得不到满足，在结构构件内部产生自应力，当这种自应力超过混凝土允许应力时，就会产生混凝土裂缝。第二类，由外部荷载引起的裂缝，也称为结构性裂缝、受力裂缝；其裂缝与荷载相对应，预示结构承载力可能不足或者存在严重问题。
二、非结构性裂缝产生的原因。（一）塑性裂缝。混凝土在塑态阶段产生的裂缝通称为塑性裂缝。它是各类现浇钢筋混凝土结构中常见的一种早期裂缝。（二）收缩裂缝。当混凝土成形后，表面水分蒸发，内外干缩量不一样，因而混凝土表面收缩变形受到混凝土内部约束，或受其他约束产生拉应力。而混凝土早期强度较低，因而出现收缩裂缝。（三）温度裂缝。钢筋混凝土结构的温度变形受到约束，在混凝土内部会产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度，混凝土即会出现裂缝，这种裂缝称为温度裂缝。（四）施工缝处理不当引起的裂缝。施工缝如果处理不好，由于混凝土收缩或受力变形后会产生裂缝。如地震作用、钢筋腐蚀、火灾事故等原因同样也会产生裂缝，从而降低结构的受力性能和耐久性能。
三、荷载引起的裂缝。桥梁混凝土在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载作用下引起的直接应力产生的裂缝。裂缝产生的原因有计算模型不合理结构计算时有些受力部分不计算或漏算；结构受力假设与实际受力不符；超重车辆的增加造成结构物实际受到的荷载远远大于计算的荷载这样就早成内力与配筋计算错误；与实际不符，结构安全系数不够。同时结构设计时不考虑施工的可能性；个别设计断面不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。
四、收缩引起的裂缝。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，当水泥与水接触后其矿物成分与水起水化反应生成水化物，水化物的体积是水泥的2倍多。
五、地基变形引起的裂缝。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：（一）地质勘察精度不够、试验资料不准。（二）地基地质差异太大。建造在山区沟谷的桥梁，河沟处的地质与山坡处变化较大，河沟中甚至存在软弱地基，地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。（三）结构荷载差异太大。（四）分期建造的基础。在原有桥梁基础附近新建桥梁时，如分期修建的高速公路左右半幅桥梁，新建桥梁荷载或基础处理时引起地基土重新固结，均可能对原有桥梁基础造成较大沉降。（五）地基冻胀。
六、钢筋锈蚀引起的裂缝。由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。施工工艺质量引起的裂缝：在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异。
结语：混凝土桥梁裂缝是一个普遍的技术问题，通过近代混凝土强度理论的亚微观研究和大量工程实践经验，都说明混凝土结构的裂缝是不可避免的，细微裂缝对使用无多大危害。在混凝土桥梁设计计算理论中，构件是允许带裂缝工作的，但应控制裂缝的宽度不能过宽。混凝土桥梁结构出现裂缝也是有方法修补和加固的，在找出裂缝产生的真正原因后，采用正确、合理的修复材料和方法，就能实现桥梁构件的补强、改善结构性能，提高桥梁的承载能力和通行能力，从而延长桥梁的使用寿命，适应现代交通运输的要求。由上述可知，设计疏漏、施工低劣、监理不力，均可能使混凝土桥梁出现裂缝。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中，进一步加强巡查和管理，及时发现和处理问题，也是相当重要的一个环节。
作者单位：青海省大武公路段
参考文献：
[1]蒙云,卢波.桥梁加固与改造[M].北京.人民交通出版社.2004.
