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道路桥梁工程论文发表混凝土桥梁裂缝原因

来源：职称论文发表咨询网作者：qifan时间：2013-07-09 10:29

　　摘要：对桥梁裂缝产生原因做了比较深入分析与探讨，对桥梁裂缝预防和处理做了较为全面总结归纳，并对今后桥梁建设和管理提出了合理化建议和要求，以减少裂缝，达到防患于未然的目的。

　　关键词：桥梁裂缝,原因,预防处理

　　在桥梁混凝土领域，一个相当普遍的质量问题就是结构裂缝问题，它已影响到正常的生活和生产，并困扰着大批工程技术人员和管理人员，是一个迫切需要解决的技术难题。虽然理论认为，结构裂缝是不可避免的现象，但通过施工中的技术管理措施，减少和控制裂缝是完全可能的。本文试就裂缝产生的原因进行分析，找出预防与处理裂缝的措施。

　　一、混凝土桥梁裂缝种类、成因

　　混凝土结构裂缝的成因复杂、繁多，主要有荷载、气候因素、材料、施工工艺等因素影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分为如下几种：

　　(一)荷载引起的裂缝

　　混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

　　1.直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝产生的原因按照不同的阶段分为三类：

　　一是设计计算阶段，由于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、结构设计时不考虑施工的可能性、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原因造成;

　　二是施工阶段，由于不加限制地堆放施工机具材料、不了解预知结构受力特点;随意翻身、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;不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等造成;

　　三是使用阶段，由于超出设计荷载的重型车辆过桥、受车辆撞击、发生大风、大雪、地震、爆炸等灾害性天气等原因造成。

　　2.次应力裂缝是指由外荷载引起的次应力产生裂缝。裂缝产生的原因主要有两个方面：

　　一是在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态通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;

　　二是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，而受力构件挖孔后，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。

　　(二)温度变化引起的裂缝

　　温度裂缝区别于其他裂缝的最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要原因有：

　　1.年温差。温差对桥梁结构的影响主要是导致桥梁纵向位移，一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝。

　　2.日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其他部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。

　　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。

　　4.水化热。在施工过程中，大体积混凝土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。

　　(三)收缩引起的裂缝

　　在实际生活中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩中类中，塑性收缩和缩水收缩是发生混凝土体积变形的主要原因。

　　1.塑性收缩。混凝土浇筑4-5小时左右后，因水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，导致混凝土失水收缩。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。

　　2.缩水收缩。混凝土结硬后，随着表层水分逐步蒸发，温度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩。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。

　　(四)地基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的前提下就进行设计施工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.结构基础类型差别大。同一联桥梁中，混凝土使用不同基础如扩大基础和桩基础，或同时采用桩基础但桩径或桩长差别大时或同时采用扩大基础但基底标高差异大时，也可能引起地基不均匀沉降。

　　5.分期建造的基础。在原有桥梁基础附近新建桥梁时，如分期修建的高速公路左右半幅桥梁，新建桥梁荷载或基础处理时引起地基土重新固结，均可能对原有桥梁基础造成较大沉降。

　　(五)施工材料质量引起的裂缝

　　1.水泥。水泥安定性不合格、氧化钙含量超标、强度不足、含碱量过高等都可能导致裂缝产生。

　　2.砂、石骨料。砂石粒径太小、级配不良、空隙率大等都会导致水泥和拌合水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大造成裂缝产生。

　　(六)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，极易产生各种裂缝。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异，比较典型常见的有以下几类：

　　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。

　　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，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。

　　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。

　　8.混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹或局部剥落。

　　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，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。

　　二、施工中混凝土质量控制及裂缝防范措施

　　(1)控制施工材料

　　施工时要选择合格的水泥，并合理控制水泥用量。要严格控制骨料级配和含泥量、黄砂的含泥量和细度模数，选择适当的外加剂和合适的配合比，合理控制水灰比。

　　(2)严格施工过程

　　混凝土浇筑时应采取“分区定点、一个坡度、循序推进、一次到顶”的浇筑工艺，划定浇筑区域，每台泵车负责本区域的混凝土浇筑，浇筑时先在一个部位进行，直至达到设计标高，混凝土形成扇形向前流动，然后再其坡面上继续浇筑，循序推进。同时要加强模板支设和混凝土振捣控制，当混凝土采用插入式振捣棒振捣时，要做到快拔慢捣，振捣时间也要控制在一定范围内。对模板的支设则要把支架控制牢固，模板表面的污垢要清理干净，模板与模板之间接缝要严密。

　　(3)合理控制温度

　　施工过程中要合理控温，拌合混凝土时可用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。夏季浇筑混凝土应减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热，也可在混凝土中埋设水管，通入冷水进行内部降温。同时，要严格控制混凝土的入模温度。

　　(4)做好养护工作

　　大量实践证明，混凝土常见的裂缝大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成的，因此混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤为重要。混凝土浇筑完成后，暴露于大气中的新浇筑混凝土表面应及时浇水或覆盖湿麻袋、湿棉毡等进行养护。洒水养生应根据气温情况，掌握恰当的时间间隔，在养生期内保持表面湿润。气温低于5°C时，应覆盖保温，不得洒水养生。采用蒸汽养生时，应事先经试验确认，对于加入外加剂的混凝土构件，经蒸汽养生后确无有害影响，才能进行蒸汽养生。

　　三、混凝土桥梁裂缝处理措施

　　在工程实践中，混凝土桥梁产生裂缝很常见，一旦发现裂缝，则应根据发生的原因、性质、大小、所处部位和结构重要程度区别情况及时治理。

　　(一)表面修补法

　　主要适用于对承载力无影响的表面裂缝和一些细小裂缝。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

　　(二)灌浆、嵌缝封堵法

　　主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补。它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

　　(三)结构加固法

　　当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固主要采用在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固等方法。

　　(四)混凝土置换法

　　是处理严重损坏混凝土的一种有效方法。此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

　　(五)电化学防护法

　　是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的三种方法。这种方法的优点是防护方法受环境因素的影响较小，适用钢筋、混凝土的长期防腐，也可用于已裂结构及新建结构。