摘要：混凝土因其取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、可澆筑成各種形狀，并且耐火性好、不易風化、養(yǎng)護費用低，成為當今世界建筑結構中使用最廣泛的建筑材料?；炷磷钪饕娜秉c是抗拉能力差，容易開裂。大量的工程實踐和理論分析表明，幾乎所有的混凝土構件均是帶裂縫工作的，只是有些裂縫很細，甚至肉眼看不見（＜0.05mm），一般對結構的使用無大的危害，可允許其存在；有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學因素的作用下，不斷產(chǎn)生和擴展，引起混凝土碳化、保護層剝落、鋼筋腐蝕，使混凝土的強度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴重時甚至發(fā)生垮塌事故，危害結構的正常使用，必須加以控制。我國現(xiàn)行公路、鐵路、建筑、水利等部門設計規(guī)范均采用限制構件裂縫寬度的辦法來保障混凝土結構的正常使用。本文所討論的僅指后一類裂縫。

　　關鍵詞：橋梁施工 事故處理

　　l 引言

　　混凝土因其取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、可澆筑成各種形狀，并且耐火性好、不易風化、養(yǎng)護費用低，成為當今世界建筑結構中使用最廣泛的建筑材料。混凝土最主要的缺點是抗拉能力差，容易開裂。大量的工程實踐和理論分析表明，幾乎所有的混凝土構件均是帶裂縫工作的，只是有些裂縫很細，甚至肉眼看不見（＜0.05mm），一般對結構的使用無大的危害，可允許其存在；有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學因素的作用下，不斷產(chǎn)生和擴展，引起混凝土碳化、保護層剝落、鋼筋腐蝕，使混凝土的強度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴重時甚至發(fā)生垮塌事故，危害結構的正常使用，必須加以控制。我國現(xiàn)行公路、鐵路、建筑、水利等部門設計規(guī)范均采用限制構件裂縫寬度的辦法來保障混凝土結構的正常使用。本文所討論的僅指后一類裂縫。

　　近年來，我國交通基礎建設得到迅猛發(fā)展，各地興建了大量的混凝土橋梁。在橋梁建造和使用過程中，有關因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導橋梁垮塌的報道屢見不鮮?；炷灵_裂可以說是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，經(jīng)常困擾著橋梁工程技術人員。其實，如果采取一定的設計和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。為了進一步加強對混凝土橋梁裂縫的認識，盡量避免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫，本文盡可能對混凝土橋梁裂縫的種類和產(chǎn)生的原因作較全面的分析、總結，以方便設計、施工找出控制裂縫的可行辦法，達到防范于未然的作用。

　　l 混凝土橋梁裂縫種類、成因

　　實際上，混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因?；炷翗蛄毫芽p的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾種：

　　一、荷載引起的裂縫

　　混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。

　　直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：

　　1、 設計計算階段，結構計算時不計算或部分漏算；計算模型不合理；結構受力假設與實際受力不符；荷載少算或漏算；內(nèi)力與配筋計算錯誤；結構安全系數(shù)不夠。結構設計時不考慮施工的可能性；設計斷面不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結構剛度不足；構造處理不當；設計圖紙交代不清等。

　　2、 施工階段，不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預制結構結構受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設計圖紙施工，擅自更改結構施工順序，改變結構受力模式；不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。

　　3、 使用階段，超出設計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風、大雪、地震、爆炸等。

　　次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：

　　1、 在設計外荷載作用下，由于結構物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。例如兩鉸拱橋拱腳設計時常采用布置“X”形鋼筋、同時削減該處斷面尺寸的辦法設計鉸，理論計算該處不會存在彎矩，但實際該鉸仍然能夠抗彎，以至出現(xiàn)裂縫而導致鋼筋銹蝕。

　　2、 橋梁結構中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算，一般根據(jù)經(jīng)驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應力集中。在長跨預應力連續(xù)梁中，經(jīng)常在跨內(nèi)根據(jù)截面內(nèi)力需要截斷鋼束，設置錨頭，而在錨固斷面附近經(jīng)?？梢钥吹搅芽p。因此，若處理不當，在這些結構的轉角處或構件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現(xiàn)裂縫。

　　實際工程中，次應力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見原因。次應力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切性質(zhì)。次應力裂縫也是由荷載引起，僅是按常規(guī)一般不計算，但隨著現(xiàn)代計算手段的不斷完善，次應力裂縫也是可以做到合理驗算的。例如現(xiàn)在對預應力、徐變等產(chǎn)生的二次應力，不少平面桿系有限元程序均可正確計算，但在40年前卻比較困難。在設計上，應注意避免結構突變（或斷面突變），當不能回避時，應做局部處理，如轉角處做圓角，突變處做成漸變過渡，同時加強構造配筋，轉角處增配斜向鋼筋，對于較大孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。

　　荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點。這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴重部位。但必須指出，如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮或有沿受壓方向的短裂縫，往往是結構達到承載力極限的標志，是結構破壞的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根據(jù)結構不同受力方式，產(chǎn)生的裂縫特征如下：

　　1、 中心受拉。裂縫貫穿構件橫截面，間距大體相等，且垂直于受力方向。采用螺紋鋼筋時，裂縫之間出現(xiàn)位于鋼筋附近的次裂縫。

　　2、 中心受壓。沿構件出現(xiàn)平行于受力方向的短而密的平行裂縫。

　　3、 受彎。彎矩最大截面附近從受拉區(qū)邊沿開始出現(xiàn)與受拉方向垂直的裂縫，并逐漸向中和軸方向發(fā)展。采用螺紋鋼筋時，裂縫間可見較短的次裂縫。當結構配筋較少時，裂縫少而寬，結構可能發(fā)生脆性破壞。

　　4、 大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區(qū)配筋較少的小偏心受壓構件，類似于受彎構件。

　　5、 小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區(qū)配筋較多的大偏心受壓構件，類似于中心受壓構件。

　　6、 受剪。當箍筋太密時發(fā)生斜壓破壞，沿梁端腹部出現(xiàn)大于45°方向的斜裂縫；當箍筋適當時發(fā)生剪壓破壞，沿梁端中下部出現(xiàn)約45°方向相互平行的斜裂縫。[Page]

　　7、 受扭。構件一側腹部先出現(xiàn)多條約45°方向斜裂縫，并向相鄰面以螺旋方向展開。

　　8、 受沖切。沿柱頭板內(nèi)四側發(fā)生約45°方向斜面拉裂，形成沖切面。

　　9、局部受壓。在局部受壓區(qū)出現(xiàn)與壓力方向大致平行的多條短裂縫。

　　二、 溫度變化引起的裂縫

　　混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當外部環(huán)境或結構內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結構內(nèi)將產(chǎn)生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應力可以達到甚至超出活載應力。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有：

　　1、年溫差。一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結構的影響主要是導致橋梁的縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協(xié)調(diào)，只有結構的位移受到限制時才會引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋等。我國年溫差一般以一月和七月月平均溫度的作為變化幅度?？紤]到混凝土的蠕變特性，年溫差內(nèi)力計算時混凝土彈性模量應考慮折減。

　　2、日照。橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導致局部拉應力較大，出現(xiàn)裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結構溫度裂縫的最常見原因。

　　3、驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度。日照和驟然降溫內(nèi)力計算時可采用設計規(guī)范或參考實橋資料進行，混凝土彈性模量不考慮折減。

　　4、水化熱。出現(xiàn)在施工過程中，大體積混凝土（厚度超過2.0米）澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。施工中應根據(jù)實際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥單位用量，減少骨料入模溫度，降低內(nèi)外溫差，并緩慢降溫，必要時可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進行內(nèi)部散熱，或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。

　　5、蒸汽養(yǎng)護或冬季施工時施工措施不當，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。

　　6、預制T梁之間橫隔板安裝時，支座預埋鋼板與調(diào)平鋼板焊接時，若焊接措施不當，鐵件附近混凝土容易燒傷開裂。采用電熱張拉法張拉預應力構件時，預應力鋼材溫度可升高至350℃，混凝土構件也容易開裂。試驗研究表明，由火災等原因引起高溫燒傷的混凝土強度隨溫度的升高而明顯降低，鋼筋與混凝土的粘結力隨之下降，混凝土溫度達到300℃后抗拉強度下降50%，抗壓強度下降60%，光圓鋼筋與混凝土的粘結力下降80%；由于受熱，混凝土體內(nèi)游離水大量蒸發(fā)也可產(chǎn)生急劇收縮。

　　三、 收縮引起的裂縫

　　在實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。

　　塑性收縮。發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4~5小時左右，此時水泥水化反應激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急　　劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時骨料因自重下沉，因此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大，可達1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構件豎向變截面處如T梁、箱梁腹板與頂?shù)装褰唤犹帲蛴不俺翆嵅痪鶆驅(qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮，施工時應控制水灰比，避免過長時間的攪拌，下料不宜太快，振搗要密實，豎向變截面處宜分層澆筑。

　　縮水收縮（干縮）?；炷两Y硬以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮）。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。混凝土硬化后收縮主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構件（超過3%），鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯，混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋。

　　自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過程中，水泥與水發(fā)生水化反應，這種收縮與外界濕度無關，且可以是正的（即收縮，如普通硅酸鹽水泥混凝土），也可以是負的（即膨脹，如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土）。

　　炭化收縮。大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學反應引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生，且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計算。

　　混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。

　　研究表明，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：

　　1、水泥品種、標號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高，普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標號越低、單位體積用量越大、磨細度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時間越長。例如，為了提高混凝土的強度，施工時經(jīng)常采用強行增加水泥用量的做法，結果收縮應力明顯加大。

　　2、骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低；而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小，含水量大收縮越大。

　　3、水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。[Page]

　　4、外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。

　　5、養(yǎng)護方法。良好的養(yǎng)護可加速混凝土的水化反應，獲得較高的混凝土強度。養(yǎng)護時保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護時間越長，則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護方式比自然養(yǎng)護方式混凝土收縮要小。

　　6、外界環(huán)境。大氣中濕度小、空氣干燥、溫度高、風速大，則混凝土水分蒸發(fā)快，混凝土收縮越快。

　　7、振搗方式及時間。機械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時間應根據(jù)機械性能決定，一般以5~15s/次為宜。時間太短，振搗不密實，形成混凝土強度不足或不均勻；時間太長，造成分層，粗骨料沉入底層，細骨料留在上層，強度不均勻，上層易發(fā)生收縮裂縫。

　　對于溫度和收縮引起的裂縫，增配構造鋼筋可明顯提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁結構（壁厚20~60cm）。構造上配筋宜優(yōu)先采用小直徑鋼筋(φ8~φ14)、小間距布置(@10~@15cm)，全截面構造配筋率不宜低于0.3%，一般可采用0.3%~0.5%。

　　四、 地基礎變形引起的裂縫

　　由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結構中產(chǎn)生附加應力，超出混凝土結構的抗拉能力，導致結構開裂。基礎不均勻沉降的主要原因有：

　　1、地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準。在沒有充分掌握地質(zhì)情況就設計、施工，這是造成地基不均勻沉降的主要原因。比如丘陵區(qū)或山嶺區(qū)橋梁，勘察時鉆孔間距太遠，而地基巖面起伏又大，勘察報告不能充分反映實際地質(zhì)情況。

　　2、地基地質(zhì)差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁，河溝處的地質(zhì)與山坡處變化較大，河溝中甚至存在軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。

　　3、結構荷載差異太大。在地質(zhì)情況比較一致條件下，各部分基礎荷載差異太大時，有可能引起不均勻沉降，例如高填土箱形涵洞中部比兩邊的荷載要大，中部的沉降就要比兩邊大，箱涵可能開裂。

　　4、結構基礎類型差別大。同一聯(lián)橋梁中，混合使用不同基礎如擴大基礎和樁基礎，或同時采用樁基礎但樁徑或樁長差別大時，或同時采用擴大基礎但基底標高差異大時，也可能引起地基不均勻沉降。

　　5、分期建造的基礎。在原有橋梁基礎附近新建橋梁時，如分期修建的高速公路左右半幅橋梁，新建橋梁荷載或基礎處理時引起地基土重新固結，均可能對原有橋梁基礎造成較大沉降。

　　6、地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰凍膨脹；一旦溫度回升，凍土融化，地基下沉。因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。

　　7、橋梁基礎置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)時，可能造成不均勻沉降。

　　8、橋梁建成以后，原有地基條件變化。大多數(shù)天然地基和人工地基浸水后，尤其是素填土、黃土、膨脹土等特殊地基土，土體強度遇水下降，壓縮變形加大。在軟土地基中，因人工抽水或干旱季節(jié)導致地下水位下降，地基土層重新固結下沉，同時對基礎的上浮力減小，負摩阻力增加，基礎受荷加大。有些橋梁基礎埋置過淺，受洪水沖刷、淘挖，基礎可能位移。地面荷載條件的變化，如橋梁附近因塌方、山體滑坡等原因堆置大量廢方、砂石等，橋址范圍土層可能受壓縮再次變形。因此，使用期間原有地基條件變化均可能造成不均勻沉降。

　　對于拱橋等產(chǎn)生水平推力的結構物，對地質(zhì)情況掌握不夠、設計不合理和施工時破壞了原有地質(zhì)條件是產(chǎn)生水平位移裂縫的主要原因。

　　五、鋼筋銹蝕引起的裂縫

　　由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2~4倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應力，導致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結構承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結構破壞。

　　要防止鋼筋銹蝕，設計時應根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護層厚度（當然保護層亦不能太厚，否則構件有效高度減小，受力時將加大裂縫寬度）；施工時應控制混凝土的水灰比，加強振搗，保證混凝土的密實性，防止氧氣侵入，同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區(qū)尤其應慎重。