一、論述

　　隨著(zhù)基礎建設的迅速發(fā)展，橋梁建設中大體積混凝土應用越來(lái)越多，混凝土在現代橋梁工程建設中已經(jīng)占據了非常重要的地位，不論什么樣的橋梁，大都是采用鋼筋混凝土結構，因為該建筑材料價(jià)廉物美，施工方便，承載力大，可裝飾強的特點(diǎn)，日益受到人們的歡迎。在我國不論是鐵路工程、公路工程還是其它工程建設，鋼筋混凝土的應用面可以說(shuō)是無(wú)處不在。但是，在使用混凝土的同時(shí)，由于對混凝土的性能了解不深，在工程完畢后的十幾天，一個(gè)月或者更長(cháng)一點(diǎn)的時(shí)間后，混凝土結構物出現了裂縫或其他不良反應，給人們的心中造成擔憂(yōu)和后怕的感覺(jué)。

　　盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹慎，但裂縫仍然時(shí)有出現，有些還造成了無(wú)法估量的損失。為了降低經(jīng)濟損失，減少和控制裂縫的的出現，一些搞混凝土技術(shù)的研究人員對混凝土構筑物的裂縫形成，進(jìn)行了大量的研究和技術(shù)探討，提出解決混凝土裂縫的辦法和意見(jiàn)，也取得了較大的科研成果，使混凝土構筑物的裂縫降低到最低范圍之內。目前對混凝土結構物裂縫問(wèn)題，是在混凝土工程建設中帶有一定普遍性的技術(shù)問(wèn)題。而混凝土結構的破壞和建筑物的倒塌，也都是從結構裂縫的擴展開(kāi)始而引起的。故在某些施工驗收規范和工程都是不允許混凝土結構出現有明顯的裂縫。

　　但是，從近代科學(xué)關(guān)于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程實(shí)踐證明，混凝土結構裂縫是不可避免的，裂縫是人們可以接受的一種材料特性，只是如何使有害程度控制在某一有效范圍之內。因為使用的混凝土是多種材料組成的一種混合體，且又是一種脆性材料，在受到溫度、壓力和外力的作用下，都有出現裂縫的可能性。

　　從目前的情況看，設計上對混凝土裂縫有一定范圍。從我國的“混凝土結構設計規范《GBJ10—89）”表3.3.4規定看，其裂縫寬度在不同的環(huán)境下，不同的混凝土結構物其裂縫的寬度也有所不同的控制標準，允許裂縫寬度為0.2～0.3mm.而從國外的情況看，不同的國家對混凝土構筑物的裂縫寬度也有不同的規定，如1970年歐洲混凝土專(zhuān)業(yè)委員會(huì )的規范所收集各個(gè)國家的標準設計裂縫規定如下：美國AGl　規范規定裂縫為0.108mm；法國，規范規定裂縫為0.27mm；加拿大，規范規定裂縫為0.064mm；前蘇聯(lián)，規范規定裂縫為0.12mm；波蘭，規范規定裂縫為0.182mm.從不同的國家來(lái)看，各國的規范對混凝土構筑物的裂縫都有不同的控制范圍和要求，要保證混凝土構筑物不出現裂縫可以說(shuō)是不可能的。在我國，對在不同環(huán)境下混凝土構筑物，在不同的介質(zhì)情況下，所規定的混凝土裂縫寬度也不同。所以說(shuō)，對混凝土構筑物的裂縫我國規范規定在設計上有一定的允許寬度。國際上也都根據本國的特點(diǎn)，對混凝土的裂縫都有明確的規定，說(shuō)明混凝土結構的裂縫在一定范圍內是允許的，要想控制混凝土構筑物不裂縫是很難的，關(guān)鍵是怎么控制能讓在施工中盡量小產(chǎn)生裂縫和把裂縫的寬度應該控制在什么范圍內，能使我們在施工中不受經(jīng)濟損失。

　　二、橋梁裂縫產(chǎn)生原因淺析

　　實(shí)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�土橋梁裂縫的種類(lèi)，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾種：

　�。ㄒ唬�、荷載引起的裂縫混凝土橋梁在常規靜、動(dòng)荷載及次應力下產(chǎn)生的裂縫稱(chēng)荷載裂縫，歸納起來(lái)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(shí)不計算或部分漏算；計算模型不合理；結構受力假設與實(shí)際受力不符；荷載少算或漏算；內力與配筋計算錯誤；結構安全系數不夠。結構設計時(shí)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(diǎn)，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(dòng)下的疲勞強度驗算等。

　　3、使用階段，超出設計載荷的重型車(chē)輛過(guò)橋；受車(chē)輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風(fēng)、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(shí)際工作狀態(tài)同常規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(kāi)裂。例如兩鉸拱橋拱腳設計時(shí)常采用布置“X”形鋼筋、同時(shí)削減該處斷面尺寸的辦法設計鉸，理論計算該處不會(huì )存在彎矩，但實(shí)際該鉸仍然能夠抗彎，以至出現裂縫而導致鋼筋銹蝕。

　　2、橋梁結構中經(jīng)常需要鑿槽、開(kāi)洞、設置牛腿等，在常規計算中難以用準確的圖式進(jìn)行模擬計算，一般根據經(jīng)驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應力集中。在長(cháng)跨預應力連續梁中，經(jīng)常在跨內根據截面內力需要截斷鋼束，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裂縫。

　　實(shí)際工程中，次應力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見(jiàn)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，僅是按常規一般不計算，但隨著(zhù)現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(shí)，應做局部處理，如轉角處做圓角，突變處做成漸變過(guò)渡，同時(shí)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(shí)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不同的特點(diǎn)。這類(lèi)裂縫多出現在受拉區、受剪區或振動(dòng)嚴重部位。但必須指出，如果受壓區出現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(shí)，裂縫之間出現位于鋼筋附近的次裂縫。

　　2、中心受壓。沿構件出現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邊沿開(kāi)始出現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(shí)，裂縫間可見(jiàn)較短的次裂縫。當結構配筋較少時(shí)，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配筋較少的小偏心受壓構件，類(lèi)似于受彎構件。

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

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

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

　　8、受沖切。沿柱頭板內四側發(fā)生約45°方向斜面拉裂，形成沖切面。

　　9、局部受壓。在局部受壓區出現與壓力方向大致平行的多條短裂縫。

　�。ǘ�）、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，則在結構內將產(chǎn)生應力，當應力超過(guò)混凝土抗拉強度時(shí)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(guò)橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協(xié)調，只有結構的位移受到限制時(shí)才會(huì )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，年溫差內力計算時(shí)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(yáng)曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線(xiàn)形分布。由于受到自身約束作用，導致局部拉應力較大，出現裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結構溫度裂縫的最常見(jiàn)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。日照和驟然降溫內力計算時(shí)可采用設計規范或參考實(shí)橋資料進(jìn)行，混凝土彈性模量不考慮折減。

　　4、水化熱。出現在施工過(guò)程中，大體積混凝土（厚度超過(guò)2.0米）澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內部溫度很高，內外溫差太大，致使表面出現裂縫。施工中應根據實(shí)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，降低內外溫差，并緩慢降溫，必要時(shí)可采用循環(huán)冷卻系統進(jìn)行內部散熱，或采用薄層連續澆筑以加快散熱。

　　5、蒸汽養護或冬季施工時(shí)施工措施不當，混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均，易出現裂縫。

　　6、預制T梁之間橫隔板安裝時(shí)，支座預埋鋼板與調平鋼板焊接時(shí)，若焊接措施不當，鐵件附近混凝土容易燒傷開(kāi)裂。采用電熱張拉法張拉預應力構件時(shí)，預應力鋼材溫度可升高至350℃，混凝土構件也容易開(kāi)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，混凝土體內游離水大量蒸發(fā)也可產(chǎn)生急劇收縮。

　�。ㄈ�）、收縮引起的裂縫

　　在實(shí)際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見(jiàn)的。在混凝土收縮種類(lèi)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(guò)程中、混凝土澆筑后4~5小時(shí)左右，此時(shí)水泥水化反應激烈，分子鏈逐漸形成，出現泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時(shí)骨料因自重下沉，因此時(shí)混凝土尚未硬化，稱(chēng)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(guò)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、箱梁腹板與頂底板交接處，因硬化前沉實(shí)不均勻將發(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(shí)應控制水灰比，避免過(guò)長(cháng)時(shí)間的攪拌，下料不宜太快，振搗要密實(shí)，豎向變截面處宜分層澆筑。

　　縮水收縮（干縮）�；炷�土結硬以后，隨著(zhù)表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱(chēng)為縮水收縮（干縮）。因混凝土表層水分損失快，內部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當表面混凝土承受拉力超過(guò)其抗拉強度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫�；炷�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(guò)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龜裂裂紋。

　　自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過(guò)程中，水泥與水發(fā)生水化反應，這種收縮與外界濕度無(wú)關(guān)，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(xué)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(diǎn)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(méi)有任何規律。

　　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(shí)間越長(cháng)。例如，為了提高混凝土的強度，施工時(shí)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、石灰巖、白云巖、花崗巖、長(cháng)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。

　　4、外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。

　　5、養護方法。良好的養護可加速混凝土的水化反應，獲得較高的混凝土強度。養護時(shí)保持濕度越高、氣溫越低、養護時(shí)間越長(cháng)，則混凝土收縮越小。蒸汽養護方式比自然養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(fēng)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(shí)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(shí)間應根據機械性能決定，一般以5～15s/次為宜。時(shí)間太短，振搗不密實(shí)，形成混凝土強度不足或不均勻；時(shí)間太長(cháng)，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%.