混凝土桥梁裂缝产生的原因分析

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【摘 要】桥梁在建成使用过程中，由于各种内、外部因素会导致桥梁混凝土构件产生裂缝，本文对各种裂缝成因进行具体的分析和论述，以期对桥梁的施工提出相应的建议和意见。

【关键词】桥梁；混凝土；裂缝；成因

近年来，我国经济快速发展，交通建设里程也在不断增加，全国新建桥梁数量与日俱增，在混凝土桥梁的建设和使用过程中，作为“常发病”和“多发病”的混凝土裂缝，给公路施工和养护工程技术人员提出了一个技术难题。造成混凝土结构裂缝的成因有很多，甚至每一条裂缝的产生都有可能是多种原因造成。为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识，避免工程中出现危害较大的裂缝，经查阅相关资料，本文对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析和总结。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：

1 荷载引起的裂缝

混凝土桥梁在常规受力，即静荷载、动荷载及次应力作用下产生的裂缝称荷载裂缝，主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

1.1 直接应力裂缝产生的原因

直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。

1）设计阶段：计算模型不正确；未进行结构计算或部分漏算；结构受力假设与实际受力不相符；少算或漏算荷载力；结构安全系数不达标；内力与配筋计算有误；结构设计时未能充分考虑施工的可能性；设计断面不足；构造处理不合理；交代设计图纸时不清楚等。

2）施工阶段：施工过程中超过限度的堆放施工机械和材料；不熟悉预制结构物的受力特点，对结构物随意起吊、运输、翻身；没有严格按照设计图纸要求进行施工，随意改变施工顺序，更改结构受力模式，未对结构做机器振动下的疲劳强度验算。

3）运营阶段：自然灾害如大风、大雪、地震的影响；车辆超限超载，超出设计载荷的重型车辆过桥。

1.2 次应力裂缝产生的原因

次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。

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不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。

桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、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。研究表明，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。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。

2 温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩的特性，所以无论是外部环境或是内部结构发生温度变化时，都会导致混凝土温度变形，如果变形时收到约束和限制，会在结构内部产生温度应力，当应力累加到超出混凝土混凝土抗拉强度时，就会产生混凝土温度裂缝。温度裂缝的一个特殊表现是：它会随着温度的变化而扩张和收缩。引起温度变化主要因素有年温差、日照、混凝土骤然降温三种。

3 收缩引起的裂缝

在实际工程中，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。

3.1 收缩裂缝的类别

性收缩。一般多发生在施工中混凝土浇筑后的五小时左右，这时的水泥水化反应最为剧烈，出现泌水现象和水分快速蒸发，混凝土因为失去水分而快速收缩，骨料因自重而下沉，混凝土尚未硬化，产生塑性收缩。如果骨料在下沉过程中遭遇钢筋阻挡，则可能沿着钢筋方向产生裂缝。所以为了减少塑性收缩裂缝，施工过程中需严格控制水灰比，避免下料过快，搅拌时间不宜过长，振捣要密实。

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（干缩）。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、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强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件（超过3%），钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。

3.2 收缩裂缝的成因

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、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小，含水量大收缩越大。

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。良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。

4 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：

1）地质勘察精度不够、试验资料不准。在没有充分掌握地质情况就设计、施工，这是造成地基不均匀沉降的主要原因。

2）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。

3）结构荷载差异太大。在地质情况比较一致条件下，各部分基础荷载差异太大时，有可能引起不均匀沉降。

4）地基冻胀。在低于零度的条件下含水率较高的地基土因冰冻膨胀；一旦温度回升，冻土融化，地基下沉。因此地基的冰冻或融化均可造成不均匀沉降。

对于拱桥等产生水平推力的结构物，对地质情况掌握不够、设计不合理和施工时破坏了原有地质条件是产生水平位移裂缝的主要原因。

5 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、堆放过程中，若施工工艺不合理，容易产生各种裂缝，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，比较典型常见的有：

1）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。

2）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，既塑性收缩裂缝。

3）混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。

4）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。如混凝土分层浇筑时，后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑，引起层面之间的水平裂缝；采用分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间粘结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引起裂缝。

6 结语

桥梁的安全使用关乎国家和人民的生命财产安全，桥梁中的混凝土裂缝一定要被重视，在一座桥梁的建设和使用过程中，设计、施工、监理、运营各环节都需要严格把关，减少裂缝出现的几率，保证混凝土结构安全。在桥梁的运营过程中，也要加强监督和管理，及时发现问题、解决问题，保证桥梁安全。

【参考文献】

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[2]薛伟.浅析桥梁施工中混凝土裂缝的控制[J].科技创新与应用；2012（28）.

[3]刘人甲.桥梁施工中裂缝形成原因分析[J].黑龙江交通科技；2009（12）.