2013年全國公路養護技術學術年會論文集·橋隧卷2013年全國公路養護技術學術年會論文集·橋隧卷2013年全國公路養護技術學術年會2013年全國公路養護技術學術年會橋梁裂縫產生原因淺析吾爾列吾（新疆交通建設管理局，新疆烏魯木齊830049）關鍵詞：橋梁 裂縫 原因 淺析一、荷載引起的裂縫混凝土橋梁在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。裂縫產生的原因有：計斷面不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結構剛度不足；構造處理不當；設計圖紙交代不清等。震、爆炸等。次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。裂縫產生的原因有：由于結構物的實際工作狀態同常規計算有出入從而在些部位引起次應力導致結構開裂。例如兩鉸拱橋拱腳設計時常采用布置“x”形鋼筋、同時削減該處斷面尺寸的辦法設計鉸論計算該處不會存在彎矩該鉸仍然能夠抗彎筋銹蝕。橋梁結構中經常需要鑿槽洞牛腿難以用準確的圖式進行模擬計算，一般根據研究表明件挖孔后流將產生繞射現象孔洞附近密集生巨大的應力集長跨預應力連續跨內根據截面內力需要截斷鋼束錨頭錨固斷面附近經常可以看到此若這些結構的轉角處或構件形狀突筋截斷處容易出現裂縫。實際工程中，次應力裂縫是產生荷載裂縫的最常見原因。次應力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切次應力裂縫也是由僅是按常規一般手段的不斷完善也是可以做到合理驗算的。在設計上，應注意避免結構突變（或斷面突變，當不能回避時，應做局部處轉角處做圓角突變處做成漸變過渡同轉角處增配斜向孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現不同這類裂縫多出現在受拉區剪區或振動嚴重部位但必須壓區出現起皮或有沿受壓方向的短往往是結構達到承載力極限的標志中心受拉貫穿構件橫截間距大體且垂直于受力方向螺紋之間出現位于鋼筋附近的決裂縫。中心受壓。沿構件出現平行于受力方向的短而密的平行裂縫。受彎彎矩最大截面附近從受拉區邊沿開始出現與受拉方向垂并逐漸向中和軸方螺紋間可見較短寬性破壞。大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區配筋較少的小偏心受壓構件，類似于受彎構件。小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區配筋較多的大偏心受壓構件，類似于中心受壓構件。受剪箍筋太密時發生斜壓破壞沿梁端腹45°方向的斜箍筋適當時剪壓破壞，沿梁端中下部出現45°方向相互平行的斜裂縫。受扭。構件一側腹部先出現多條45°方向斜裂縫，并向相鄰面以螺旋方向展開。受沖切。沿柱頭板內四側發生45°方向斜面拉裂，形成沖切面。局部受壓。在局部受壓區出現與壓力方向大致平行的多條短裂縫。二、溫度變化引起的裂縫混凝土具有熱脹冷縮性質，當外部環境或結構內部溫度發生變化，混凝土將發生變形，若變形遭到約束，則在結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應力可以達到甚至超出活載應力。溫度裂縫區別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有：年溫差四季溫度不斷變化化相對緩慢縱向位移般可通過橋面伸縮支座位移或設置柔性墩等構造措施相協調只有結構的位移受到限制時才會引起溫例如拱架我國年溫差一般以一月和七月月平均溫度的作為變化幅考慮到混凝土的蠕變特性，年溫差內力計算時混凝土彈性模量應考慮折減。日照板墩側面受太陽曝曬后溫度明顯高于其它部位溫度梯度呈非線形由于受到自身約束局部拉日照和下述驟然降溫是導致結構溫縫的最常見原因。驟然降溫突降大雨冷空氣侵襲日落等可導致結構外表面溫度突然下降溫化相對較慢而產生溫度梯日照和驟然降溫內力計算時可采用設計規范或參考實橋資料進彈性模量不考慮折減。水化熱。出現在施工過程中，大體積混凝土（厚2.0米）澆筑之后由于水泥水化放熱致使內部溫度很高溫差太表根據實際情況盡量選擇水化熱低的水泥品水泥單位減少骨料入模溫降低內外溫差并緩慢降溫必要時可采用循環冷卻系統進行內部散熱，或采用薄層連續澆筑以加快散熱。蒸汽養護或冬季施工時施工措施不當，混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均，易出現裂縫。預制t梁之間橫隔板安裝時，支座預埋鋼板與調平鋼板焊接時，若焊接措施不當，鐵件附凝土容易燒傷開裂。采用電熱張拉法張拉預應力構件時，預應力鋼材溫度可升高至350℃，混凝土構也容易研究表明由火災等原因引起高溫燒傷的混凝土強度隨溫度的升高而明顯降低與混凝土的粘結力隨之下降溫度300℃后抗拉強度下抗壓強度下圓鋼筋與混凝土的粘結力下80%由于受熱。混凝土體內游離水大量蒸發也可產生急劇收縮。三、收縮引起的裂縫在實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝上收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。塑性收縮。發生在施工過程中、混凝土4-5小時左右，此時水泥水化反應激烈，分子鏈形水和水水收縮同時骨此時混凝土尚未硬化為塑性收縮。塑性收縮所產生量級很大，可1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成鋼筋方向的裂縫。在構件豎向變截面處如t梁、箱梁腹板與頂底板交接處，因硬化前沉實不均勻將表面的順腹板方向為減小混凝土塑性收縮水避免過長時間宜太快，振搗要密實，豎向變截面處宜分層澆筑。縮水收縮（干縮。混凝土結硬以后，隨著表層水分逐步蒸發，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮。因混凝土表層水分損失快，內部損失慢，因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮表面收縮變形受到內部混凝土的約束表面混凝土承受拉表面混昆凝土承受力超過其抗拉縮化后收縮主要就是縮水收縮（3％縮的約束比較明顯，混凝土表面容易出現龜裂裂紋。自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過程中，水泥與水發生水化反應，這種收縮且可以是正的（即收縮，如普通硅酸鹽水泥混凝土，也可以是負的（即膨脹，如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土。炭化收縮。大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發生化學反應引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發生，且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計算。混凝上收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有任何規律。研究表明，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥水泥低熱水泥混凝土收縮性較高水泥ft灰水泥水泥混凝土收縮性較低水泥標號越低單位體積則收縮且發生收縮時間越長例為了提高增加水泥做法，結果收縮應力明顯加大。骨料品骨長石等吸水率較小縮性較低板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小，含水量大收縮越大水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。養護護可加速混凝土的水化高護時保持濕度越高、氣溫越低、養護時間越長，則混凝土收縮越小。蒸汽養護方式比自然養護方式混凝土收縮要小。振搗方式及時間手工搗固方式混凝土收縮性要小間應根據決定，一般以5-15s/次為宜。時間太短，振搗不密實，形成混凝土強度不足或不均勻；時間太長分層，粗骨料沉人底層，細骨料留在上層，強度不均勻，上層易發生收縮裂縫。對于溫度和收縮引起的裂縫，增配構造鋼筋可明顯提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁結構（壁厚20-0c。構造上配筋宜優先采用小直徑鋼筋（中8中、小間距（olO-elSm，全截面構造配筋率不宜低般0.3％—0.5204地基礎變形引起的裂縫由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移附抗拉降要原因有：資料不準情況這均勻沉降區或ft嶺區孔間距太告不能充分反映實際地質情況。地基地質差異太ft區ft坡處變化在軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。結構荷載差異太情況比較一致條件差異太均勻沉降，例如高填土箱形涵洞中部比兩邊的荷載要大，中部的沉降就要比兩邊大，箱涵可能開裂。結構基礎類型差別同同基礎如擴同時采用樁基礎但樁徑或樁長差別大時，或同時采用擴大基礎但基底標高差異大時，也可能引起地基不均勻沉降附高速公路左右半幅建橋梁荷載或基礎處理時引起地基土重新固結，均可能對原有橋梁基礎造成較大沉降。地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰凍膨脹；一旦溫度回升，凍土融化地基下沉。因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。橋梁基礎置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質時，可能造成不均勻沉降。橋梁建成以后件變化水后脹體強度遇水下降壓縮變形水或干旱季節導致地下水位下降固同時對基礎的上浮力減小增有些橋梁基礎埋置過淺，受洪水沖刷、淘挖，基礎可能位移。地面荷載條件的變化，如橋梁附近因塌方、ft體壓縮再次變形此間原有地基條件變化均可能造成不均勻沉降。對于拱橋等產生水平推力的結構物，對地質情況掌握不夠、設計不合理和施工時破壞了原有地質條件是產生水平位移裂縫的主要原因。四、鋼筋銹蝕引起的裂縫由于混凝土質量較差或保護層厚護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表周圍混凝土堿度降低由于氯化物介入周圍氯離子含量較高表面氧化膜破壞筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發生銹蝕反應，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2—4從而對周圍混凝土產生膨脹護沿鋼筋縱向并有銹跡滲到混凝土表由于銹蝕積減小削承載力下降并將誘發其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結構破壞。要防止鋼筋銹蝕根據規范要求控制裂縫寬護層厚（當然保護層亦不能太厚則構件有效高度減小將加大裂縫寬度水保證混凝土的密氣侵入同時嚴沿海地區或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區尤其應慎重。五、凍脹引起的裂縫大氣氣溫低水水轉體積膨脹成齡后混凝土強度損失可30%-50%季施工時對預應力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發生沿管道方向的凍脹裂縫。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發生凍脹破壞的必要條件骨料空水骨料中含泥水密護季氣加熱熱熱法養護以及在混凝土拌和水中摻人防凍劑（但氯鹽不宜使用低溫或負溫條件下硬化。六、施工材料質量引起的裂縫混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質量不合格，可能導致結構出現裂縫。（一）水泥水泥水泥中游離的氧化鈣含量超標化鈣在凝結過程中水化很慢水泥凝土凝結后仍然繼續起水化作用，可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強度下降。水泥出廠時強度不足，水泥受潮或過期，可能使混凝土強度不足，從而導致混凝土開裂。當含堿量較高（例.6同活性的骨料，可能導致堿骨料反應。（二）砂、石骨料混2.5（三）拌和水及外加劑拌和水或外加劑中氯化物等雜質含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土，或采用含堿的外加劑，可能對堿骨料反應有影響。七、施工工藝質量引起的裂縫別混凝土保護層過厚承受負彎矩的受力筋保護層加厚的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。混凝土振搗不密空洞銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。混凝土澆筑流動性較低化前化后容易在澆筑數小時后發生裂縫，既塑性收縮裂縫。間過長水落度過低體積