浅谈钢筋混凝土桥梁裂缝成因及处理
2014-01-21 来源：土木工程网
一、概述
混凝土桥梁在建造和使用过程中出现裂缝不仅影响桥梁的外观、影响着桥梁结构的耐久性，严重的甚至影响结构的安全性。如果不及时进行处理，桥梁结构的使用寿命将大大缩短，桥梁坍塌的事件也时有发生。
二、混凝土桥梁裂缝成因分析
混凝土桥梁裂缝按其形成原因总体上可分为5大类：荷载裂缝、温度裂缝、收缩裂缝、沉降裂缝、腐蚀裂缝。
1．荷载裂缝
荷载裂缝是指钢筋混凝土桥梁在常规静、动荷载作用下产生的裂缝。荷载裂缝产生的原因有：
（1）设计计算阶段，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。结构设计截面承载力不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当等。
（2）施工阶段，施工机具、材料堆放不合理；预制结构翻身、起吊、运输、安装不当，造成结构受力不合理；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；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。
（3）使用阶段，车辆超载和超速行驶是桥梁出现裂缝的重要原因。超载会使桥梁产生过大的变形，使受拉区和受剪区混凝土开裂；超速行驶会对桥梁结构形成强大的冲击，导致桥梁混凝土局部应力过大，形成裂缝。
2．温度裂缝
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，混凝土将发生变形，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极限应力时就会产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。引起温度裂缝主要因素是温度差，包括：
（1）年温差。一年四季温度不断变化，变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向伸缩，一般通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，但结构的位移受到限制时就会引起温度裂缝，例如拱桥、刚架桥超静定结构，由于结构不能自由伸缩，很容易出现此类裂缝
（2）日照温差。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。
（3）骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度，产生裂缝。
（4）水化热。出现在施工过程中，大体积混凝土（厚度超过2.0m）浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。
（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。
3．收缩裂缝
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。
（1）塑性收缩一般发生在施工过程中、混凝土浇筑后4-5小时左右，此时水泥水化反应激烈，水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，称为塑性收缩。
（2）缩水收缩（干缩）是指混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小的现象。由于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，致使表面混凝土产生拉应力，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。
4．沉降裂缝
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。
5．腐蚀裂缝
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，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋锈蚀，钢筋锈蚀引起体积变大，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。
三、混凝土桥梁裂缝控制措施
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定，钢筋混凝土构件计算的最大裂缝宽度不应超过下列规定限值：（1）ⅰ类和ⅱ类环境，限值为0.2mm；（2）ⅲ类和ⅳ类环境，限值为0.15mm。为了达到这样的标准，就必须对各种裂缝采取相应的控制措施。
1．荷载裂缝
在结构设计方面，结构设计者必须严格按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定进行裂缝控制验算，根据不同的结构部位，采取相应的合理配筋。
2．温度裂缝
防止因混凝土本身与外界气温相差悬殊，处于高温环境的构件，应采取隔热措施，加强养护，尤其在气温高、风大且干燥的气候条件下更应及早喷水。
3．收缩裂缝
防治措施如下：
（1）严格控制混凝土配合比，提高混凝土抗裂度；
（2）加强混凝土构件的早期养护，适当延长养护时间；
（3）采取密封保水养护措施；
（4）长期露天堆放的混凝土构件，应经常适当浇水养护；
（5）后张法预应力构件及时张拉；
（6）发现混凝土结构有微小裂缝，应及时撒水养护。
4．沉降裂缝
在选择桥位时，应尽量选择在基岩和坚硬土层外露或埋藏较浅、地质构造简单、稳定的地段；避免活动型断层、滑坡、泥石流、强岩溶及其他不良地质地段；设计时要考虑沉降对结构的影响，尽量减小沉降对结构的影响。
5．腐蚀裂缝
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；施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。
四、混凝土桥梁裂缝处理对策
混凝土桥梁结构或构件一旦出现了裂缝，有的破坏结构整体性，降低构件刚度，影响结构承载力；有的会引起钢筋锈蚀、降低耐久性，影响正常使用要求。因此，应根据裂缝性质、大小、结构受力情况和使用要求，区别情况，及时进行治理。
1．裂缝治理原则
（1）必须充分了解设计意图和技术要求，严格遵循设计和施工规范的有关规定。
（2）应认真分析裂缝产生的原因和性质，根据不同受力情况和使用要求，分别采取不同的治理方法。
（3）裂缝处理后应能保证结构原有的承载能力、整体性以及防水、抗渗性能。处理时要考虑温度、收缩应力较长时间的影响，以免处理后再出现新的裂缝。
（4）防止进一步人为的损伤结构和构件，尽量避免大动大补，并尽可能保持原结构的外观。
（5）处理方法应从实际出发，在安全可靠的基础上，要考虑技术上的可能性，力求施工简单易行，以符合经济合理的原则。
2．裂缝修补方法
（1）表面裂缝封闭处理
用切割机（锯片厚度1.8mm）沿裂缝方向开出深5-10 mm的小才槽；用钢丝刷清除裂缝周边的松动物，用高压空气将裂缝清吹干净，用丙酮清洗一遍；用毛刷将裂缝表面涂一层环氧浆液，待浆液半干后用刮刀将环氧胶泥刮涂在小槽内，并压实，处理平整。
（2）内部裂缝修补
内部修补法系用压浆泵将胶结料压入裂缝中，由于其凝结、硬化而起到补缝作用，以恢复结构的整体性。
五、结语
综上所述，混凝土桥梁裂缝的形成因素繁多，影响因素也是多方面的，需要在设计和施工过程中高度重视，严格按照相关规范、技术标准进行设计、施工。在实际使用过程中，必须加强对桥梁的管理，定期对桥梁进行检查，了解桥梁的使用状况，损害程度以及裂缝的发展情况，及时对桥梁状况做出判断，并及时进行维修处理，确保桥梁安全运营。
