【關鍵詞】混凝土立交橋梁；裂縫；原因 

　　1. 前言 

　�。�1）立交橋全稱“立體交叉橋”，在城市重要交通交匯點建立的上下分層、多方向行駛、互不相擾的現(xiàn)代化陸地橋。1928年，美國首先在新澤西州的兩條道路交叉處修建了第一條苜蓿葉形公路交叉。1930 年，芝加哥建起了一座立體交叉橋。1931年至1935 年，瑞典陸續(xù)在一些城市修建起立體交叉橋。1974年，復興門立體交叉橋的建成，開創(chuàng)了北京市立交橋的先河。截止目前北京市約有一千多座立交橋。立交橋在當今交通中，發(fā)揮著越來越重要的作用。立交橋大多為鋼筋混凝土結構，部分采用簡支梁，部分采用連續(xù)梁。 

　�。�2）本文討論的裂縫則是指混凝土結構表面寬度達到一定程度后的可見裂縫：即寬度0.05mm 以上的裂縫。混凝土出現(xiàn)宏觀裂縫的原因多種多樣，通常是因混凝土發(fā)生體積變化時受到約束，或因受到荷載作用時，在混凝土內(nèi)引起拉應力（或拉應變）而開裂縫。裂縫就其開裂深度可分為表面的、貫穿的；就其在結構物表面開關可分為網(wǎng)狀裂縫、爆裂狀裂縫、不規(guī)則短裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、斜裂縫等；按其發(fā)展情況可分為穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的、能愈合的和不能愈合的；按其產(chǎn)生的時間可分為混凝土硬化之前產(chǎn)生的塑性裂縫和硬化之后產(chǎn)生的裂縫。按其產(chǎn)生的原因可分為荷載裂縫和荷載（變形）裂縫。 

　　2. 裂縫形成原因 

　　裂縫按產(chǎn)生的原因可以分可以分為荷載作用引發(fā)的裂縫、非荷載引發(fā)的裂縫。其中荷載裂縫又可分為直接應力裂縫與次應力裂縫。而非荷載作用引發(fā)的裂縫又包括：混凝土自身特性引發(fā)的裂縫（混凝土的收縮、混凝土的脆性）、環(huán)境作用引發(fā)的裂縫（溫差引起的約束應力、強迫位移引起的約束應變、耐久性環(huán)境作用）、設計和施工缺陷引發(fā)裂縫、施工時的早期作用引發(fā)裂縫。 

　　2.1 荷載引起的裂縫。 

　　2.1.1 直接應力裂縫。 

　　（1）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：設計階段：計算抽象力學模型不合理、結構設計時不考慮施工的可能性、設計圖紙交代不清等；施工階段：不了解預制結構受力特點，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；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。 

　�。�2）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，也稱為受力裂縫。這種裂縫規(guī)律性極強，一般通過計算分析可以得出確切的結論�？缰袨檎�截面受彎裂縫，垂直于梁軸，下大上��；端部為斜截面受剪裂縫，起始于支座，指向梁頂集中花卉。裂縫沿柱軸縱向分布，中間稍密。裂縫集中在最大彎矩部位，受拉面裂縫為水平走向，外大內(nèi)小，垂直于柱軸；臨近極限狀態(tài)，受壓面混凝土有壓碎現(xiàn)象。受剪裂縫起始于集中荷載作用點，斜向牛腿外斜面與下柱面交匯點自延伸；受彎裂縫起始于牛腿支承面與上柱面交匯點，斜向柱內(nèi)延伸。板面裂縫成環(huán)狀，框架梁邊分布；板底裂縫成十字或米字，集中于跨中，裂縫分布于板面，垂直于長軸，由板面向下延伸；有的縱肋預應力筋端部還存在局壓裂縫。 

　　2.1.2 次應力裂縫。次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產(chǎn)生的裂縫。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)同抽象的結果有出入，從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。 

　�。�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，在孔洞附近產(chǎn)生巨大的應力集中。對于復合梁應力集中不可忽略，并且很大。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(zhuǎn)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。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(zhuǎn)角處做圓角，突變處做成漸變過渡，同時加強構造配筋，轉(zhuǎn)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，以抵抗應力集中的影響。 

　　2.2 溫度變化引起的裂縫�；炷�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荷載應力。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。引起溫度變化的主要因素有：

 　 （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）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。 

　�。�3）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。 

　　2.3 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�；�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)情況下就設計、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）臨近場地工程施工由于現(xiàn)代城市建筑環(huán)境日益惡化，在原有橋梁附近修建地下工程、大地上建筑等構筑物的情況越來越多，都會引起既有橋梁的地基基礎的附加應力產(chǎn)生相應變化，甚而產(chǎn)生裂縫等嚴重后果。 

　　2.4 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9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應力，尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重，成齡后混凝土強度損失可達30%～50%。北京地區(qū)的外露混凝土結構，年復一年地遭受雨雪，長期處于干濕交替、反復凍融的狀態(tài)下，當混凝土密實度較差、空隙率較大時，容易產(chǎn)生凍脹裂縫，造成結構表面混凝土酥松、剝落，引起鋼筋銹蝕。 

　　2.5 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫。在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫，特別是細長薄壁結構更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，比較典型常見的有： 

　�。�1）混凝土保護層過厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負彎矩的受力筋保護層加厚，導致構件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。 

　�。�2）混凝土振搗不密實、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導致鋼筋銹蝕引起荷載不均勻產(chǎn)生裂紋。 

　�。�3）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不足，硬化后沉實過大，容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫，既塑性收縮裂縫。 

　�。�4）混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。 

　�。�5）混凝土初期養(yǎng)護時急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。 

　�。�6）用泵送混凝土施工時，為保證混凝土的流動性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，導致混凝土凝結硬化時收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。 

　�。�7）混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。如混凝土分層澆筑時，后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑，引起層面之間的水平裂縫；采用分段現(xiàn)澆時，先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好，新舊混凝土之間粘結力小，或后澆混凝土養(yǎng)護不到位，導致混凝土收縮而引起裂縫。 

　�。�8）混凝土早期受凍，使構件表面出現(xiàn)裂紋，或局部剝落，或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。 

　　（9）施工時模板剛度不足，在澆筑混凝土時，由于側向壓力的作用使得模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。 

　�。�10）施工時拆模過早，混凝土強度不足，使得構件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。 

　�。�11）施工前對支架壓實不足或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉，導致混凝土出現(xiàn)裂縫。 

　�。�12）裝配式結構，在構件運輸、堆放時，支承墊木不在一條垂直線上，或懸臂過長，或運輸過程中劇烈顛撞；吊裝時吊點位置不當，T 梁等側向剛度較小的構件，側向無可靠的加固措施等，均可能產(chǎn)生裂縫。 

　�。�13）安裝順序不正確，對產(chǎn)生的后果認識不足，導致產(chǎn)生裂縫。如鋼筋混凝土連續(xù)梁滿堂支架現(xiàn)澆施工時，鋼筋混凝土墻式護欄若與主梁同時澆筑，拆架后墻式護欄往往產(chǎn)生裂縫；拆架后再澆筑護欄，則裂縫不易出現(xiàn)。 

　�。�14）施工質(zhì)量控制差。任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料計量不準，結果造成混凝土強度不足和其他性能（和易性、密實度）下降，導致結構開裂。 

　　2.6 鋼筋銹蝕引起的裂縫。混凝土碳化到鋼筋部位，鋼筋失去了混凝土鈍化膜保護，會逐漸生銹，鋼筋生銹后體積膨脹，會引起混凝土沿鋼筋開裂；混凝土裂縫的開展，反過來又促進鋼筋更快銹蝕，尤其是當環(huán)境溫度變化，周圍存在有害介質(zhì)時，這種惡性循環(huán)顯著加快。碳化銹蝕裂縫的特征是，裂縫沿鋼筋分布，系由膨脹鐵銹向外將混凝土脹開，裂縫周圍混凝土發(fā)酥，高出原有混凝土表面，并附著有褐色銹漬滲出物。 

　　3. 檢測結論 

　　由于混凝土構件所處的復雜環(huán)境，實際混凝土結構工程中真正的裂縫，很小是由單一因素引起的，往往是多種原因共同作用的綜合結果。而我們在分析裂縫成因時，一般都是找它的主要作用。根據(jù)裂縫的形態(tài)，包括它的部位、走向、寬度、外觀等因素，調(diào)查了解所屬橋梁的服役歷史及維護檢修情況。確定這兩條裂縫為銹脹、凍脹裂縫。而其余非銹脹、凍脹裂縫也非承受荷載所產(chǎn)生的結構裂縫，不影響結構的安全性能。 

　　在監(jiān)控工程開工前，先對所查明的病害進行處理：將松散、剝離的混凝土予以鑿除，鋼筋除銹，用環(huán)氧砂漿修補，完善橋梁的防水、排水系統(tǒng)，避免雨水對橋梁構件的侵蝕；對裂縫注漿封閉處理。在工程施工過程中，對橋梁進行監(jiān)測。工程結束后，再對橋進行一次工后檢測。 

　　參考文獻 

　　[1] 混凝土結構裂縫控制手冊，主編：張彬，天津：天津大學出版社，2012.11. 

　　[2] 辛登云.《常規(guī)混凝土梁裂縫原因的分析》.石家莊聯(lián)合技術職業(yè)學院，2006（12）.