揭阳市公路局直属分局 522031
摘 要：桥梁裂缝是桥梁建造和使用过程中的常见问题，对于桥梁安全具有较大的危害性。本文结合揭阳市S234线榕华大桥维修加固工程为例，从混凝土桥梁裂缝种类的产生原因作全面分析，并对桥梁构件在使用前产生裂缝提出相应的预防措施，以及出现裂缝后的解决方案。
关键词：混凝土桥梁；裂缝；防治
1 工程概况
S234线榕华大桥位于揭阳市榕城区，全长807.28m,分为独立的左右两幅，单幅桥面净宽12.5m,桥跨组合为13×16m＋2×30m+55m+2×80m+55m+2×30+13×16m,其中主桥为4跨总长270m预应力变截面砼连续箱梁，引桥部分为16m混凝土简支T梁和30m预应力混凝土简支T梁，每跨由6片简支梁组成：主桥主墩采用分离式等截面实体墩，副墩采用双柱式墩，引桥桥墩，台均采用双柱式墩台；主桥支座采用盆式橡胶支座，引桥支座采用橡胶支座。
2 病害情况
该桥桥面为钢筋混凝土铺装层，设计铺装厚度8cm,按中间防撞栏为界分左、右两幅（右幅为揭阳往广州行车道，左幅相反）。根据广东省公路工程质量监测站的《揭阳市南河榕华大桥检测、静载试验报告》，榕华大桥主要病害如下：
（1）全桥4道伸缩缝均填满泥沙，橡胶条破损。
（2）大部分未设置伸缩的墩顶桥面有横向贯通裂缝。（详见表1）
表1 墩、台顶部桥面横向裂缝统计表
（3）桥面铺装层局部破损，露筋较多，部分沥青盖面修补处破损有发展趋势。
3 砼桥梁裂缝的类型及原因分析
3.1 温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，当混凝土受到年温差、日照、水化热、骤然降温时将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。
3.2 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，另外还有自生收缩和炭化收缩。
塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后4~5小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，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。塑性收缩所产生量级很大，可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。
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。
自生收缩。自生收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应，这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的（即收缩，如普通硅酸盐水泥混凝土），也可以是负的（即膨胀，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土）。
炭化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生，且随二氧化碳的浓度的增加而加快。炭化收缩一般不做计算。
3.3 拆模过早产生的裂缝
在空心板预制、现浇梁板施工过程中，如果空心板内模、现浇梁板的底模拆除太早，由于此时混凝土的强度较低致使混凝土出现下沉而导致混凝土出现不同程度的裂缝。
3.4 外掺剂使用不当产生的裂缝
资料显示，在混凝土中掺加适量的各种塑化剂、减水剂可以在保持良好的工作性条件下减少用水量，并可以减少收缩。但是过量使用，则会显著增加收缩引起裂缝。
3.5 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。
3.6 冻胀引起的裂缝
大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水（结冰温度在-78度以下）在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%~50%。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。
3.7 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，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) 混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。
(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，既塑性收缩裂缝。
(4) 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。
(5) 混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的 收缩裂缝。
(6) 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，或因其它原因加大了水灰比，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。
(7) 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。
(8) 混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。
(9) 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。
(10) 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。
(11) 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。
(12) 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。
(13) 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。
(14) 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。
4防止裂缝产生的措施
4.１ 防止产生收缩裂缝的措施
(1) 尽可能降低砂、石料的含泥量，对于含泥量超标的砂、石料应通过水洗来降低含泥量。
(2) 应尽量选用低水化热、细度不要太细的水泥。
(3) 在确定配合比时，应尽量使用较低的水灰比、较低的水泥用量，在符合结构要求的情况下尽量选用粒径较大的石料，且尽量提高石料的用量。
(4) 应尽可能避免在高温、以及风力较大的天气进行混凝土的浇筑。
(5) 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。
(6) 改善混凝土的养生方法，以往的养生方法通常是洒水湿润，由于气温较高，洒水湿润后混凝土表面很快就会风干。为了避免上述问题，可采用麻布将构件的外露部分包裹起来，再经常洒水，保持麻布处于常湿状态。
(7) 对于大体积混凝土，应采取相应的技术措施，如采用预埋降温水管进行降低混凝土内部温度、混凝土浇筑完毕后采用保温、保湿的养护方法来降低混凝土的内外温差、以及在混凝土内添加石块等。
（8）对于缝宽≥0.15mm,应采用优质的灌注胶进混凝土结构表面裂缝的化学灌浆补强。用于灌缝的灌注胶的性能指标应满足表2。
表2 裂缝修补用胶（注射剂）的安全性能指标
4.2 防止底模不均匀沉降
预制场地要先行整平，然后再进行整体压实，对于自重较大的梁板底模，若重复使用次数较多，地质条件较好时，其底模基础可采用灰土处理后再浇筑一定厚度的混凝土作为底模；若地质条件较差，应在底模位置处，先打入木桩或混凝土预制桩，然后再浇筑混凝土底模，以提高底模的承载能力，防止在浇筑混凝土后底模产生不均匀沉降，引发梁板开裂。
4.3 钢板防腐剂
粘贴钢板施工完成后，对钢板外露面进行人工和动力工具打磨，表面光洁度达到St3级标准，表面处理经监理工程师验收后立即进行涂层施工，并在4小时内涂装完毕，涂装后应对涂膜认真维护，在固化前避免雨淋，曝晒及刮蹭，避免对涂层的损伤涂层结构及要求见表3。
表3 钢板防腐涂层及要求
4.4 从设计上减少构件裂缝
在设计上，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，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，同时加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋，对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。
5 结束语
在工程实践中, 混凝土桥梁产生裂缝很常见, 对易出现裂缝的部位, 通过施工过程的严格控制, 尽可能地避免开裂或减少裂缝的数量, 减少裂缝的长度和宽度, 通过对裂缝的妥善处理, 使裂缝不至于对结构产生危害, 保证结构的正常使用。
参考文献：
[1] 郑高斌.混凝土桥梁裂缝的成因和防治措施[J].中国高新技术企业,2008(9).
[2] 杜永安，桥梁裂缝产生原因及防治对策[J]，公路交通科 2005
[3] 《公路桥梁加固施工技术规范》（JTG/T J23-2008）
[4] 《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）
论文作者:罗伟然
论文发表刊物:《防护工程》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/17
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 钢筋论文; 构件论文; 桥梁论文; 表面论文; 结构论文; 《防护工程》2017年第18期论文;