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1、混凝土桥梁裂缝成因分析摘要:指出混凝土裂缝是钢筋混凝土桥梁中普遍存在的一种病害，在工程实践中不论哪一种裂缝，都将影响到桥梁的承载能力和使用寿命，通过对钢筋混凝土桥梁裂缝产生原因的分析，指出了产生裂缝的主要因素，从而减少桥梁裂缝的发生。关键词:混凝土，桥梁，裂缝，成因在桥梁建造和使用过程中，有关因出现裂缝而影响工程质量甚至造成桥梁垮塌的报道屡见不鲜。混凝土桥梁开裂可以说是常发病，经常困扰着桥梁工程技术人员。本文就混凝土桥梁裂缝的成因进行分析。1 混凝土桥梁裂缝种类及成因1.1 荷载引起的裂缝1.1.1 直接应力裂缝直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝，其产生的原因如下:1）设计计算阶段
2、，结构计算时不计算或部分漏算，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，内力与配筋计算错误，结构安全系数不够；结构设计时未考虑施工的可能性，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。2）施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构受力特点，随意翻转、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式，不对结构做机械振动下的疲劳强度验算等。3）使用阶段，超出设计载荷的重型车辆过桥，受车辆、船舶的撞击，发生大风、大雪、地震、爆炸灾害等。1.1.2 次应力裂缝次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生的裂缝
3、，其产生的原因如下:1）在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算考虑不周，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。2）桥梁结构中经常需要开槽、开相、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处等容易出现裂缝。3）设计上，应注意避免结构突变(或断面突变)，当不能回避时，应做局部处理。1.2 温度变化引起的裂缝引起温度变化的主要因素如下:1）年温差。2）日照。3）骤然降温。4）水化热。5）蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当。混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝。1.3 收缩引
4、起的裂缝1）塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后 4 h5 h 左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现砂水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。为减小混凝土塑性收缩，施工时应控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料不宜太快，振捣要密实，竖向变截面处宜分层浇筑。2）缩水收缩(干缩)。混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩(于缩)。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此形成表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉
5、强度时，便产生收缩裂缝。产生混凝土收缩裂缝的主要因素如下:1）水泥品种、标号及用量。矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。2）骨料品种。骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低；而砂岩、板岩、角门岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径越大收缩越小，含水量越大收缩越大。3）水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。4）外掺剂。外掺剂保水性越好则混凝土收缩越小。5）养护方法。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土
6、收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。6）振捣方式及时间。机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定，一般以 5 s/次15 s/次为宜。7）外界环境。大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。1.4 基础变形引起的裂缝基础不均匀沉降的主要原因有:地质勘察精度不够、试验资料不准；地基地质、结构荷载、结构基础类型差异过大；基础分期建造；地基冻胀等。另外，桥梁建成以后，原有地基条件变化也会引起基础变形产生裂缝。比如:大多数天然地基和人工地基浸水后，尤其是素填土、黄土、膨胀土等特殊地基土，土体强度遇水下降，压缩变形加大；在软
7、土地基中，因人工抽水或干旱季节导致地下水位下降，地基土层重新团结下沉，同时对基础的上浮力减小，负摩阻力增加，基础受荷加大；有些桥梁基础埋置过浅，受洪水冲刷、淘挖，基础可能位移。1.5 钢筋锈蚀引起的裂缝若混凝土质量较差或保护层厚度不足，易引起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 倍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。要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度，采用足够的保护层厚度(当然保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度)；施工时应控制混
8、凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止有害物质侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其他存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。1.6 施工工艺及施工质量引起的裂缝1.6.1 施工工艺引起的裂缝1）混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其他荷载裂缝的起源点。2）混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。3）混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，即塑性收缩裂缝。4）混凝土搅拌、运输时间过长，水分蒸发过
9、多，引起混凝土坍落度过低，使得在混凝土上出现不规则的收缩裂缝。5）用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因其他原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。6）施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。1.6.2 施工质量引起的裂缝1）施工质量控制差。任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果造成混凝土强度不足和其他性能(和易性、密实度)下降，导致结构开裂。2）安装顺序不正确。对产生的后果认识不足，导致产生裂缝。如钢筋混凝土连续梁满堂支架现浇施工时，钢筋混凝土墙式护栏若与
10、主梁同时浇筑，拆架后墙式护栏往往产生裂缝；拆架后再浇筑护栏，则裂缝不易出现。3）混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。4）施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。5）施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。6）装配式结构，在构件运输、堆放时，支承垫木不在一条垂直线上，或悬臂过长，或运输过程中剧烈颠撞；吊装时吊点位置不当，T 梁等侧向刚度较小的构件，侧向无可靠的加固措施等，均可能产生裂缝。1.7 其他因素此外，施工材料质量差、天气冻胀也是造成桥梁混凝土产生裂缝的原因。2 结语设计考
11、虑不周、施工质量低劣、监理力度不够、运营管理不善均可能引发混凝土桥梁裂缝。因此，应严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，并在运营管理过程中加强巡查和管理，及时发现和处理问题，将能有效地防止和控制混凝土桥梁裂缝的产生。管片间发生刷毛方向相反的运动，使刷毛反卷，盾尾刷变形，密封性能下降而造成渗漏。对策:1）严格控制盾构推进的纠偏量，尽量使管片四周的盾尾间隙均匀一致，减轻管片对盾尾刷的挤压程度；2）控制盾构姿态，严格控制管片组装时的千斤顶伸缩量，避免盾构产生后退；3）在条件允许的情况下，可更换最里面一道盾尾刷，以保证盾尾刷的密封性。1.5 油脂方面原因分析:在盾构掘进过程中，盾尾刷与管片摩擦消耗的油脂与掘进速度成正比，速度过快则注入盾尾的密封油脂在单位时间内不能满足其消耗量，若不及时调整油脂泵注脂率，则盾尾刷内的油脂量和注入油脂的压力不能及时密封盾尾，势必造成盾尾刷的密封效果减弱，形成盾尾渗漏。对策:1）采用优质盾尾油脂，增大耐负压能力；2）采用正确方法补充油脂，并合理保养维护；3）当发生严重渗漏或窜浆现象时，采用盾尾全舱处理法，并清除盾尾舱内的杂物。
