摘要：在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)病害中，最常見、最不易處理的就是各類裂縫，許多危及橋梁結(jié)構(gòu)的病害正是以這種形式產(chǎn)生和顯現(xiàn)。本文主要闡述了混凝土橋梁施工中產(chǎn)生裂縫的原因、形式，并提出有效的防治措施，控制橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，以保證橋梁的安全性及耐久性。

一、混凝土橋梁裂縫形成的原因

（一）水泥水化熱

混凝土澆筑初期，水泥在水化過程中產(chǎn)生大量水化熱，使混凝土的溫度迅速上升。但由于混凝土表面散熱條件較好，熱量可以向大氣中散發(fā)，因此溫度上升較少；而混凝土內(nèi)部由于散熱條件較差，熱量散發(fā)慢，水泥散發(fā)的熱量不易散失，導(dǎo)致溫度上升較多。水泥水化熱引起的溫度變化與混凝土的品質(zhì)有關(guān)，如水泥和粉煤灰的用量，單位體積水泥水化放熱量，并隨混凝土的齡期按指數(shù)關(guān)系增長，一般在3－5天達(dá)到最高溫度。隨著齡期的增長，彈性模量的增高，對混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也愈來愈大，以至產(chǎn)生了很大的拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土抗拉強(qiáng)度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時，便開始出現(xiàn)溫度裂縫。

橋梁工程、土木工程

（二）地基不均勻沉降

當(dāng)?shù)鼗�發(fā)生不均勻沉降時，會引起構(gòu)件的約束變形，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力發(fā)生變化，而一旦結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力超過自身的抗拉強(qiáng)度時，在結(jié)構(gòu)的薄弱部位就會產(chǎn)生沉降裂縫。在橋梁工程中，不均勻沉降裂縫產(chǎn)生的原因主要有以下幾種：

1．地質(zhì)勘察精度不夠、試驗(yàn)資料不準(zhǔn)。在沒有充分掌握地質(zhì)情況下就進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，這是導(dǎo)致地基不均勻沉降的主要原因。

2．地基地質(zhì)條件差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁，河溝處的地質(zhì)與山坡處的地質(zhì)條件差異較大，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(jié)構(gòu)荷載差異太大。在地質(zhì)情況大概一致的條件下，當(dāng)各部分基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。同一橋梁中，混合使用不同基礎(chǔ)如擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，或同時采用樁基礎(chǔ)但樁徑或樁長差別大時，或同時采用擴(kuò)大基礎(chǔ)但基底標(biāo)高差異大時，也可能引起地基不均勻沉降。

5．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而膨脹，而一旦溫度回升，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。

6．橋梁建成以后，原有地基條件變化。如大多數(shù)天然地基和人工地基浸水后，尤其是黃土、膨脹土等特殊地基土，土體強(qiáng)度遇水下降，壓縮變形加大，均可能造成不均勻沉降。

（三）溫差變化

混凝土在施工期間，外界氣溫變化的影響很大�；炷�土的內(nèi)部溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)散熱降溫等各種溫度的疊加之和，外界氣溫愈高，混凝土的結(jié)構(gòu)溫度也愈高，如外界溫度下降，會增加混凝土的降溫幅度，特別是在外界氣溫驟降時，會增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫差。溫度應(yīng)力是由溫差引起的變形造成的，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大�；炷�土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或內(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(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。

（四）混凝土收縮變形

實(shí)際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。混凝土中含有大量空隙、粗孔及毛細(xì)孔，孔隙中存在水分，而水分的活動將影響到混凝土的一系列性質(zhì)，引起混凝土的收縮變形，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。混凝土的收縮變形主要有以下幾種形式：

1．自由收縮。它是混凝土硬化過程中由于化學(xué)作用引起的收縮，是化學(xué)結(jié)合水與水泥的化合結(jié)果。

2．塑性收縮。混凝土澆筑初期，水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)水分急劇蒸發(fā)現(xiàn)象，引起混凝土失水收縮，此時骨料與膠合料之間產(chǎn)生不均勻的收縮變形。

3．碳化收縮。它是指大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。

4．干縮。水泥石在干燥和水濕的環(huán)境中要產(chǎn)生干縮和濕脹作用，最大的收縮發(fā)生在第一次干燥之后。

土木工程

（五）鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，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發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長幾倍，從而產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。

（六）凍脹引起的裂縫

大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)重，成齡后混凝土強(qiáng)度損失很大。當(dāng)混凝土中骨料空隙多、吸水性強(qiáng)，骨料中含泥土等雜質(zhì)過多，混凝土水灰比偏大、振搗不密實(shí)，養(yǎng)護(hù)不力使混凝土早期受凍等，均可能導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。

（七）施工方法和施工工藝質(zhì)量的原因

在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、運(yùn)輸、安裝過程中，施工方法不合理、施工質(zhì)量較低，容易產(chǎn)生各種形式的裂縫，產(chǎn)生裂縫的原因主要有以下幾方面：

1．骨料進(jìn)場控制不嚴(yán):碎石廠對碎石的分級生產(chǎn)控制不嚴(yán)格，施工單位進(jìn)場的石子混堆、混放，導(dǎo)致混凝土拌合物和易性性能差，造成混凝土質(zhì)量波動，質(zhì)量差的混凝土容易產(chǎn)生裂縫。

2．施工前對支架壓實(shí)不足或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉；施工時模板剛度不足，在澆筑混凝土?xí)r，由于混凝土自重和側(cè)向壓力的作用使得模板變形。

3．混凝土澆筑供料速度不及時，連續(xù)性差，攪拌時間控制不好。

4．混凝土澆筑過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實(shí)不足，硬化后沉實(shí)過大。

5．混凝土振搗不密實(shí)、不均勻，漏振或過振，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導(dǎo)致截面削弱、鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫。

6．混凝土養(yǎng)護(hù)不到位，會使混凝土的水分流失，混凝土失水后表面產(chǎn)生拉應(yīng)力混凝土開裂，出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫。

7．施工時拆模過早，混凝土強(qiáng)度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

橋梁工程、土木工程

二、橋梁混凝土裂縫的控制與預(yù)防措施

針對以上提及的幾種原因，應(yīng)該采取以下幾種措施來控制與預(yù)防橋梁混凝土裂縫的產(chǎn)生。

（一）設(shè)計(jì)措施

1．采取合理的結(jié)構(gòu)形式和合理的分塊。混凝土工程施工中如果允許設(shè)置水平施工縫，應(yīng)根據(jù)溫度裂縫的要求進(jìn)行分塊，且設(shè)置必要的連接方式。

2．合理布置分布鋼筋:盡量采用小直徑、密間距布筋，結(jié)構(gòu)邊緣處或變截面處需要加強(qiáng)分布筋，表面可以設(shè)置鋼筋網(wǎng)片。

3．為防止鋼筋產(chǎn)生銹蝕裂縫，設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護(hù)層厚度。

4．合理地進(jìn)行建筑物在使用階段的沉降計(jì)算，以控制由于地基不均勻沉降產(chǎn)生的寬裂縫。

（二）優(yōu)選混凝土原材料

優(yōu)選混凝土原材料、優(yōu)化混凝土配合比的目的是使混凝土具有較大的抗裂能力。

1．采用低水化熱的水泥。由于礦物成分及摻加混合材料數(shù)量不同，水泥的水化熱差異較大。鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量高的，水化熱較高；混合材料摻量多的水泥水化熱較低。為減小水泥水化熱，降低混凝土絕熱溫升和混凝土內(nèi)部溫度，從而減小內(nèi)外溫差，應(yīng)選用低水化熱的水泥產(chǎn)品。

2．摻粉煤灰。可以用適量粉煤灰取代一部分水泥以削減水化熱產(chǎn)生的高溫峰值�；炷�土中摻用粉煤灰后，可提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，抑制堿集料反應(yīng)，減少新拌混凝土的泌水等。

3．骨料的選用。應(yīng)優(yōu)先選用熱膨脹系數(shù)小、含泥量低的骨料，并強(qiáng)調(diào)骨料的連續(xù)級配，條件許可時，應(yīng)盡可能使用粒徑大的骨料。之所以這樣，因?yàn)橐环矫婀橇媳旧淼膹?qiáng)度就遠(yuǎn)大于水泥膠體，另一方面，采用連續(xù)級配的骨料，可以提高骨料在混凝土中的所占體積，能大幅度降低水泥用量，從而間接地降低水化熱。

4．優(yōu)化混凝土配合比。認(rèn)真進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，通過試驗(yàn)確定施工中采用的配合比。嚴(yán)格控制砂石骨料的含泥量，在滿足混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級、混凝土各項(xiàng)性能要求以及泵送混凝土流動性要求情況下，選取節(jié)省水泥，降低混凝土絕熱溫升。

（三）地基處理

1．盡可能以樁柱式(坐于巖盤上的重力式基礎(chǔ)除外)基礎(chǔ)及下部的形式加寬，避免下部產(chǎn)生不均勻沉陷。

2．對基底采取夯實(shí)、換填夯實(shí)等，使沉降均勻，基底的埋深要考慮凍土的影響；對剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，建議對下部結(jié)構(gòu)聯(lián)成一體，并盡量對基底進(jìn)行技術(shù)處理，盡可能減少不均勻的沉陷。

3．新建基礎(chǔ)的承載能力要比原有基礎(chǔ)適當(dāng)提高；加強(qiáng)橫向連接，降低沉降對新舊接縫處受力的影響。

4．增加橋面水泥混凝土鋪裝的剛度，這是提高橋梁上部結(jié)構(gòu)整體性的重要措施；

5．在做橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，把基礎(chǔ)不均勻沉降作為荷載適當(dāng)加以考慮。

（四）采取合適的施工措施

合適的施工方法不僅能降低混凝土內(nèi)的最高溫度，還能減小混凝土的內(nèi)外溫差，有效地降低溫度裂縫的產(chǎn)生，達(dá)到控制裂縫的目的。

橋梁澆筑

1．澆筑方案。

在混凝土施工過程中，為了有效降低混凝土的內(nèi)外溫差，常采用分塊澆筑。分塊澆筑又可分為分層澆筑法和分段跳倉澆筑法兩種。分層澆筑法目前有全面分層法、分段分層法、斜面分層法3種澆注方案。全面分層澆筑是在第一層全面澆筑完畢后，開始澆筑第二層時，已施工的第一層混凝土還未初凝，如此逐層進(jìn)行，直至澆筑完成；分段分層澆筑，適用于厚度不大而面積或長度較大的工程，施工時混凝土先從底層開始澆筑，進(jìn)行至一定距離后再澆筑到第三層，如此依次向前澆筑其他各層；斜面分層適用于結(jié)構(gòu)的長度超過厚度的三倍的澆筑層，振搗上作從澆筑層的下端開始，逐漸上移，此時向前推進(jìn)的澆筑混凝土攤鋪坡度應(yīng)小于1: 3，以保證分層混凝土之間的施工質(zhì)量。

在時間允許的條件下，可將混凝土結(jié)構(gòu)采用分層多次澆注，施工層之間按施工縫處理，即薄層澆筑技術(shù)，它可以使混凝土內(nèi)部的水化熱得以充分地散發(fā)，應(yīng)該注意的是分層澆筑的間歇時間。目前水工混凝土中遵循的原則是薄層短間歇，對施工縫的處理要求十分嚴(yán)格；而在橋梁混凝土施工中，由于體積相對較小，多采用一次性整體澆筑和全面分層多次澆筑。

2．振搗工藝。

采用二次振搗技術(shù)，即是澆灌后的混凝土，在振動界限以前，給予二次振搗，改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和孔隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)的裂縫，以減小內(nèi)部微裂，增加混凝土密實(shí)度，從而可使混凝土抗壓強(qiáng)度提高10－20%左右。

3．降低混凝土澆筑溫度的措施。

混凝土因?yàn)樗�化熱引起體積變化，以及因?yàn)榄h(huán)境溫度的周期變化均會引起開裂，如果把混凝土的初始溫度降低到一定程度，使之產(chǎn)生的溫差較小，從而產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度，可以避免混凝土開裂。降低澆筑溫度的具體措施包括：

①澆筑前預(yù)冷混凝土；

②降低原材料溫度，如做好水泥散熱、骨料澆水冷卻和預(yù)冷等；

③采用冷卻拌和水與加冰拌和；

④減少運(yùn)輸途中的熱量倒灌，包括減小運(yùn)輸距離，采用特制的保溫罐車，用保溫材料包裹混凝土泵送管道等。

（五）混凝土養(yǎng)護(hù)

剛澆筑的混凝土、強(qiáng)度低、抵抗變形能力小，如遇到不利的溫濕度條件，其表面容易發(fā)生有害的冷縮和干縮裂縫。保溫的目的是減小混凝土表面與內(nèi)部溫差及表面混凝土溫度梯度，防止表面裂縫的發(fā)生。

混凝土表面壓平后，先在混凝土表面灑水，再覆蓋一層塑料薄膜，然后在塑料薄膜上覆蓋保溫材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保溫材料夜間要覆蓋嚴(yán)密，防止混凝土暴露，中午氣溫較高時可以揭開保溫材料適當(dāng)散熱。底層塑料布下預(yù)設(shè)補(bǔ)水軟管，補(bǔ)水軟管間距6－8m，沿管長度方向每100mm開5mm水孔，根據(jù)底板表面濕潤情況向管內(nèi)注水，養(yǎng)護(hù)過程設(shè)專人負(fù)責(zé)。

橋梁裂縫

三、裂縫修補(bǔ)必要性的判定

（一）裂縫修補(bǔ)必要性的判定

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，受拉鋼筋的應(yīng)變總是大大超過砼的極限拉伸應(yīng)變，裂縫產(chǎn)生不可避免。按耐久性要求，當(dāng)裂縫寬度

（二）裂縫修補(bǔ)的方法

裂縫修補(bǔ)的常用方法主要有表面封閉修補(bǔ)法、壓力灌漿修補(bǔ)法、表面粘貼鋼板法等方法，在實(shí)際運(yùn)用時應(yīng)根據(jù)不同的情況進(jìn)行判定。其中表面封閉法一般用于較淺的裂縫或裂縫基本穩(wěn)定不再繼續(xù)發(fā)展的情況，通過采取填縫、表面抹灰、鑿槽嵌補(bǔ)等手段對裂縫進(jìn)行封閉，阻止由于裂縫產(chǎn)生使得內(nèi)部鋼筋受到侵蝕。表面粘貼鋼板法既可達(dá)到封閉裂縫的目的，又能提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，一般用于裂縫較大且影響結(jié)構(gòu)使用需進(jìn)行加固的情況。隨著技術(shù)的發(fā)展,新型材料的不斷涌現(xiàn)，目前又出現(xiàn)了碳纖維材料，由于其質(zhì)輕強(qiáng)度高，已有逐步取代鋼板成為修補(bǔ)裂縫、加固結(jié)構(gòu)的主要材料的趨勢，但國內(nèi)還處于測試其性能的試用階段。另一種方法是壓力灌漿修補(bǔ)法，此種方法通過施加壓力將漿液灌入結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫中，在封閉裂縫和恢復(fù)提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久性和抗?jié)B性上效果顯著，這里做重點(diǎn)介紹。

壓力灌漿法根據(jù)灌漿的材料不同可分為三類：即水泥、石灰灌漿、化學(xué)灌漿和瀝青灌漿。由于壓灌漿液的種類很多，用途也有所不同，因此僅就修補(bǔ)橋梁結(jié)構(gòu)裂縫中應(yīng)用較多的水泥灌漿和化學(xué)灌漿作重點(diǎn)敘述。

1、水泥灌漿法

水泥灌漿法所采用的材料為標(biāo)號不低于425號的普通水泥，水泥漿液通過砼中用不同方法鉆成的孔眼灌入裂縫中。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的水泥灌漿壓力一般為4.05×105～6.08×105，在灌漿施工中灌漿壓力和漿體稠度可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，對于可灌性好且灌漿量不大的情況下可始終使用同一個壓力和同一個稠度；對于裂縫粗細(xì)不均勻、灌漿滲漏較大的情況可適當(dāng)調(diào)整壓力和稠度，宜先低壓后高壓，先稀漿后稠漿。

2、化學(xué)灌漿法

采用化學(xué)材料灌漿修補(bǔ)結(jié)構(gòu)裂縫，可以大大改善灌漿材料的可灌性能，并可灌入0.3mm或更細(xì)小些的裂縫，施工機(jī)械簡單操作簡便，補(bǔ)強(qiáng)效果好，在橋梁結(jié)構(gòu)裂縫病害處理中得到廣泛應(yīng)用。

常用的灌縫材料有環(huán)氧樹脂類和丙烯酸酯類兩大類：

環(huán)氧樹脂類灌漿材料是一種補(bǔ)強(qiáng)、固結(jié)灌漿材料，可用于各種原因造成的橋梁結(jié)構(gòu)裂縫缺陷。環(huán)氧樹脂類灌漿材料按稀釋劑的不同又分為非活性稀釋劑體系材料、活性稀釋劑體系材料和糠醛-丙酮稀釋劑體系材料；

丙烯酸酯類灌漿材料是一種固結(jié)性能良好的高分子化學(xué)灌漿材料，可灌入0.3mm及更細(xì)小的裂縫中，并與砼有較好的粘結(jié)能力，收縮性、吸水性均小,耐化學(xué)性好，聚合凝固時間可控制在幾分鐘到幾小時，在施工中非常容易操作。

土木工程、橋梁工程

3、灌漿工藝

水泥灌漿施工工藝。分為裂縫檢查及處理、鉆孔及清孔、止?jié){或堵漏處理、壓水(風(fēng))試驗(yàn)、灌漿、封孔及質(zhì)量檢查六個工序，主要是在構(gòu)件上鉆孔至裂縫面(除騎縫淺孔外不得順裂縫鉆孔)，并要求鉆孔軸線與裂縫面的交角>30度，孔深應(yīng)穿過裂縫面0.5m以上(指墩臺部分)�？籽坫@好后用水沖洗干凈，同時用壓縮空氣吹干，并用水泥砂漿或環(huán)氧砂漿做止?jié){堵漏處理。在工程量較大時宜用灌漿機(jī)或活塞推送式壓灌泵，在工程量不大時可使用手壓漿泵或注射器施工。

化學(xué)灌漿工藝與水泥灌漿的施工工藝基本相同，具體做法上有所差異，主要也分為六個施工步驟：

首先是對裂縫進(jìn)行檢查和清理，并對修補(bǔ)部位進(jìn)行詳細(xì)檢查和記錄；

其次是每隔一定間距在裂縫表面鉆孔，并在鉆孔處埋設(shè)灌漿嘴；

第三步是嵌縫止?jié){，即用玻璃絲布對其余裂縫全部封閉；

第四步是壓水或壓氣試驗(yàn)，以檢查裂縫的封閉和灌漿嘴的暢通情況；

第五步是灌漿，這是化學(xué)灌漿的主要步驟；

第六步是收尾處理，即待灌漿液固化后拆除灌漿嘴，并在處理后的表面刷水泥漿確保封閉嚴(yán)實(shí)且與原混凝土色彩一致。

四、結(jié)束語

橋梁裂縫病害一直是困擾橋梁結(jié)構(gòu)安全的一大技術(shù)難題，由于設(shè)計(jì)疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力、養(yǎng)護(hù)不善均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。在橋梁混凝土施工過程中，采用合理的設(shè)計(jì)措施，正確選擇原材料，采用科學(xué)的施工措施，嚴(yán)格施工管理，就可以提高混凝土本身抗拉性能，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，保證工程質(zhì)量，避免因出現(xiàn)裂縫而影響工程的質(zhì)量甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)垮塌的事故的發(fā)生。