钢筋混凝土桥梁施工中的裂缝成因及控制

所属栏目：建筑施工论文
发布时间：2012-08-25 09:16:54  更新时间：2012-08-25 09:21:53

摘 要：加强对混凝土桥梁裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的裂缝，通过对混凝土桥梁裂缝产生的原因进行分析、总结，以方便设计、施工，找出控制裂缝的可行办法，达到防范于未然的作用。

关键词：混凝土桥梁裂缝 裂缝预防 荷载裂缝 温度裂缝 收缩裂缝

1.概述

混凝土桥梁的裂缝，是一个带着有普通性被工程界很为关注的问题。有些裂缝的继续扩展可能危及结构安全，因为结构的最终破坏往往是从裂缝开始的，成为结构的破坏的先兆，这主要是指荷载产生的裂缝;有些裂缝的出现造成工程渗漏，影响正常使用，是钢筋锈蚀，保护层剥落，降低混凝土强度，严重损害工程耐久性，缩短工程使用寿命，这主要是指变形产生的裂缝;还有耦合作用下的裂缝和碱骨料反应膨胀应力引起的裂缝及冻融引起的裂缝。同时较大的结构裂缝，也为人的观瞻难以接受，造成恐惧心理压力，影响建筑美观。在常年的桥梁施工中，总结一下自己遇到的问题和经验，对提高自己的技术水平以及避免在施工过程中桥梁出现质量缺陷有很重要的现实意义。

2.桥梁常见混凝土裂缝

2.1荷载引起的裂缝

混凝土桥梁受静、动荷载及次应力产生的裂缝称荷载裂缝，主要有弯曲裂缝、剪切裂缝、扭曲裂缝和局部应力引起的裂缝。荷载裂缝依荷载不同而呈现不同的特点。这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，往往是结构达到承载力极限的标志，是结构破坏的前兆。根据结构不同的受力方式，产生裂缝的特征如下：

2.1.1受压。

沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行裂缝。轴心受压构件一般不出现裂缝，一旦发现受压区混凝土压裂，可能预示结构开始破坏，应引起足够重视。小偏心受压构件和受拉区配筋较多的大偏心受压构件的裂缝与破坏情况，基本上与轴心受压构件相似。大偏心受压且受拉区配筋不多的构件，基本上类似受弯构件。

2.1.2受拉

轴心受拉构件在荷载不大时，混凝土就产生裂缝，其特征是沿正截面开始，和钢筋拉力作用线相垂直，各缝间距近似相等。冲切构件裂缝，例如柱下基础底板，从柱的周边开始沿45’斜面拉裂，形成冲切面。

2.1.3受弯

钢筋混凝土构件受扭弯时，构件内产生近于裂缝方向常与较短边平行;当板有横肋时，裂缝多与横肋相垂直，常见的裂缝宽度是0.15—0.5mm。

2.1.4受剪

当箍筋太密时发生斜压破坏，沿梁端腹部出现大于45°方向的斜裂缝;当箍筋适当时发生剪压破坏，沿梁端中下部出现约45°方向互相平行的斜裂缝。

2.1.5受扭

构件一侧腹部先出现多条约45°方向斜裂缝，并向相邻面以螺旋方向展开。

2.2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，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强度时即产生温度裂缝。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。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素有：

2.2.1年温差

一年四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移，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。

2.2.2日照

桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，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。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。

2.2.3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。日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实桥资料进行，混凝土弹性模量不考虑折减。

2.2.4水化热

出现在施工过程中，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。施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥单位用量，减少骨料入模温度，降低内外温差，并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统进行内部散热，或采用薄层连续浇筑以加快散热。

2.2.5温差裂缝

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。

2.3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。干缩裂缝形状常见的有两种：一种是表面的不规则发丝裂缝，这种裂缝发生在混凝土终凝前，如发现较早，及时抹实养护，可以消失;另一种是中间宽，两端细，有时出现在两根钢筋之间，并与钢筋平行。如仅由干缩造成的裂缝，其长度与宽度均较小。当干缩与温差等原因叠加而形成裂缝时，其长度与宽度有时较大，在板类结构中可形成贯穿性裂缝。影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：

2.3.1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。例如，为了提高混凝土的强度，施工时经常采用强行增加水泥用量的做法，结果收缩应力明显加大。

2.3.2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。

2.3.3水灰比

用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。

2.3.4外掺剂

外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。

2.3.5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。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。

2.3.6外界环境

大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。

2.3.7振捣方式及时间

机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定，一般以5～15s/次为宜。时间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀;时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。

2.4地基础变形引起的裂缝

一般在建筑物下部出现较多，裂缝位置都在沉降曲线曲率较大处。裂缝尺寸大小变化较多，在地基接近剪切破坏或出现较大沉降差时，裂缝尺寸可能较大。随着时间及地基变形的发展，裂缝也会发生变化，如裂缝尺寸加大，数量增多。当地基稳定后，裂缝不再扩展。基础不均匀沉降的主要原因有：

2.4.1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。比如丘陵区或山岭区桥梁，勘察时钻孔间距太远，而地基岩面起伏又大，勘察报告不能充分反映实际地质情况。

2.4.2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。

2.4.5结构荷载差异太

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，例如高填土箱形涵洞中部比两边的荷载要大，中部的沉降就要比两边大，箱涵可能开裂。

2.4.6结构基础类型差别大

同一联桥梁中，混合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。

2.4.7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。

2.4.8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。

2.5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。

2.6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- 7 8 ℃以下) 在微观结构中迁移和重分布引起渗透进压， 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 3 0 % ～ 5 0 % 。 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. 空心板梁最常见的裂缝

在日常施工中，空心板梁最常见的裂缝为荷载引起的裂缝。对于此裂缝最初的预防是，严格控制支座的高程，避免局部产生高差，使得荷载应力过于集中。对裂缝的处理可采用钉合法，相对薄而长的金属“缝合U形钉”跨过裂缝嵌入事先开好的槽沟中，用无收缩砂浆或者环氧树脂基粘合剂来固定。

4. 拱桥拱板最常见的裂缝

拱桥拱板最常见的裂缝为地基变形引起的裂缝，当桥墩有不均匀沉降时，很容易使得拱板受扭产生裂缝。预防措施是做好前期的地基勘探，并在设计中避免结构差别太大。裂缝的处理可以采用附加钢筋法，普通钢筋首先将裂缝密闭，然后贯穿裂缝平面大约90°的方向钻孔，将环氧树脂注入孔内，再将钢筋插入孔中使之粘合成整体。

5.桥墩最常见的裂缝

桥墩最常见的裂缝为收缩引起的裂缝及钢筋锈蚀引起的裂缝。在对桥墩进行施工时，由于桥墩体积相对较大，很容易产生收缩裂缝。这要通过精心对水泥及骨料的选用，严格实验，来尽量预防。小的裂缝可以自愈，大的可以采用干嵌填法，用手工将低水灰比的砂浆连续嵌入裂缝，形成与原有混凝土结构紧密连接的密实砂浆。先在裂缝表面开槽，大约25㎜宽、25㎜深，清理后涂刷界面剂、连续嵌入低水灰比的砂浆。 对于年久钢筋腐蚀产生的裂缝，可以采用迭合面层法 ，当结构表面存在大量的裂缝，而且采用其它办法单独处理各个裂缝过于昂贵时，用这个方法来密闭、覆盖(不是修复)裂缝。

6.桥面最常见的裂缝

桥面最常见的裂缝是温度引起的裂缝，龟裂就是温度引起的裂缝。提前合理设置温度收缩缝可以有效避免桥面裂缝的产生。对桥面出现裂缝的处理可以采用聚合物浸入法

A低粘度的液态树脂可用来密封桥面的不小于0.1㎜的裂缝。将树脂涂刷到表面上，或者在水平表面上沿裂缝构筑临时的堤围，使树脂溢于裂缝表面。

B更适合封闭多重无规则表面裂缝。先将裂缝表面密封，抽去真空，使裂缝中和孔隙中的空气全部排除。再在大气压力下用纯环氧树脂浆料注入裂缝表面中。

7.裂缝的控制措施

7.1设计方面

A尽量避免结构断面突变带来应力集中

如因结构或造型方面原因等而不得以时，应充分考虑采用加强措施。

B采用补偿收缩混凝土技术

在常见的混凝土裂缝中，有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。要解决由于收缩而产生的裂缝，可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩。

7.2重视构造钢筋

在结构设计中，设计人员应重视对于构造钢筋的配置，特别是于板梁等构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择。

7.3材料选择

A.根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强高的水泥。

B.选用级配优良的砂、石原材料，含泥量应符合规范要求。

C.积极采用掺合料和混凝土外加剂。掺合料和外加剂目标已作为混凝土的第五、六大组份，可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。

D.正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法。对膨胀剂应充发考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。

7.4混凝土配合比设计

A.混凝土配合比除应按《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55的规定，根据要求的强度等级、抗渗等级、耐久性及工作性等进行配合比设计外，其配制的混凝土还应符合4.3.2-4.3.10的规定。

B.干缩率。混凝土90d的干缩率易小于0.06%。

C.坍落度。在满足施工要求的条件下，尽量采用较小的混凝土坍落度。

D.用水量。不宜大于170kg/m3。

E.水泥用量。普通强度等级的混凝土宜为270-450千克每立方米，高强混凝土不宜大于550千克每立方米。

F.水灰比。应采用适当较小的水灰比。混凝土水胶比不已大于0.60。

G.砂率。在满足工作性要求的前提下，应采用较小的砂率。

H.宜采用引气剂或引气减水剂。

I.配合比设计人员应深入施工现场，依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况，合理选择好混凝土的设计坍落度，针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比，协助现场搞好构件的养护工作。

7.5施工方面

7.5.1模板的安装及拆除

A.模板及其支架应根据工程结构形式、荷载大小、地基土类别、施工程序、施工工具和材料供应等条件进行设计。模板及其支架应具有足够的承载能力、刚度和稳定性，能可靠地承受浇筑混凝土的自重、侧压力、施工过程中产生的荷载，以及上层机构施工时产生的荷载。

B.安装的模板须构造紧密、不漏浆、不渗水，不影响混凝土均匀性及强度发展，并能保证构件形状正确规整。

C.安装模板时，为确保保护层厚度，应准确配置混凝土垫块和钢筋定位器等。

D.模板的支撑立柱应置于坚实的地面上，并应具有足够的刚度、强度和稳定性，间距适度，防止支撑沉陷，引起模板变形。上下层模板的支撑立柱应对准。

E.已拆除模板及其支架的结构，在混凝土强度达到设计要求的强度后，方可承受全部使用荷载;当施工荷载所产生的效应比使用荷载的效应更为不利时，必须经过核算并加设临时支撑。

7.5.2混凝土的制备

1.应优先采用预拌混凝土，其质量应符合《预拌混凝土》GB/T14902的规定进行外，对品质、种类相同的混凝土，原则上要在同一预拌混凝土厂订货。如在两家或两家以上的预拌混凝土厂订货时，应保证各预拌混凝土厂所用主要材料及配合比相同，制备工艺条件基本相同。

2.施工者要事先制定好关于混凝土制备的技术操作规程和质量控制措施。

7.5.3混凝土的运输

A.运输混凝土时，应能保持混凝土拌和物的均匀性，不应产生分层离析现象，运送容器应不漏浆，内壁关滑平整，具有防晒、防风、防雨雪、防寒设施，并宜快速运输。运送频率，应保证混凝土施工的连续性。

B.运输车在装料前应将车内残余混凝土及积水排尽。当需在卸料前补掺外加剂调整混凝土拌和物的工作性时，外加剂掺入后运输车应进行快速搅拌，搅拌时间应由实验确定。

C.运至浇捣地点混凝土的坍落应符合要求，当有离析时，应进行二次搅拌，搅拌时间应由实验确定。严禁向运输到浇筑地点的混凝土中任意加水。

D.由搅拌、运输到浇筑入模当气温不高于25℃时，持续时间不宜大于90min，当气温高于25℃时，持续时间不宜大于60min。当混凝土中掺加外加剂或采用快硬水泥时，持续时间应由实验确定。

7.5.4混凝土的浇筑

A.为了获得匀质密实的混凝土，浇筑时要考虑结构的浇筑区域、构件类别、钢筋配置状况以及混凝土拌和物的品质，选用适当机具与浇筑方法。

B.浇筑之前要检查模板及其支架、钢筋及保护层厚度、预埋件等的部位、尺寸，确认正确无误后，方可进行浇筑。同时，还应检查对浇筑混凝土有无障碍，必要时予以修正。

C.制定施工方案时应考虑工程情况和实际工作能力，使各环节的施工能力应与混凝土的一次浇筑量相适应，必要时混凝土的连续浇筑。

D.对现场浇筑的混凝土要进行监控，运抵现场的混凝土坍落不能满足施工要求时，可采取经实验确认的可靠方法调整坍落度，严禁随意加水。在降雨雪时不宜在露天浇筑混凝土。

E.浇筑时要防止钢筋、模板、定位筋等的移动和变形。

F.浇筑的混凝土要充填到钢筋、埋设物周围及模板内各角落，要振捣密实，不得漏振，也不得过振，更不得用振捣器拖赶混凝土。

G.分层浇筑混凝土时，要注意使上下层混凝土一体化。应在下一层混凝土出凝前将上一层混凝土浇筑完毕。在浇筑上层混凝土时，须将振捣器插入下一层混凝土5cm左右以便形成整体。

H.由于混凝土的泌水、骨料下沉，移产生塑性收缩裂缝，此时应对混凝土表面进行压实抹光;在浇筑混凝土时，如遇高温、太阳暴晒、大风天气，浇筑后应立即用塑料膜覆盖，避免发生混凝土表面硬结。

I.对大体积混凝土，应控制浇筑后的混凝土内部最高温度及其与表面的温差、混凝土表面与环境的温差，内部最高温度一般不高于70℃，内外温差不超过25℃，混凝土表面与环境差不超过15℃。

J.接茬处剔凿干净，浇水湿润，并在接茬处铺水泥砂浆或涂混凝土界面剂，保证施工缝结合良好。

7.5.5混凝土的养护

A.养护是防止混凝土产生裂缝的重要措施，必须充分重视，并制定养护方案，派专人养护工作。

B.混凝土浇注完毕，在混凝土凝结后即须进行妥善的保温、保湿养护，尽量避免急剧变化、振动以及外力的扰动。

C.浇筑后采用覆盖、晒水、喷雾或用薄膜保湿等养护措施;保温、保湿养护时间，对硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d;对掺用缓凝型外加剂或抗渗要求的混凝土，不得少于14d。

D.冬期施工不能向裸露部位的混凝土直接浇水养护，应用塑料薄膜和保温材料进行保温、保湿养护。保温材料的厚度应经热工计算确定。

E.当混凝土外加剂对养护有特殊要求时，应严格按其要求进行养护。

7.6环境方面

注意施工的季节，环境的温湿度及气象变化对混凝土变形性能的影响，严格控制现场坍落度、防风、及时和气象站保持紧密联系，应当尽可能在较低的温度环境中开始浇灌混凝土，中间特别注意急剧降温、急剧干燥对混凝土的不利影响。注意暴雨中不能浇灌混凝土。

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