金慧

（重慶交通大學，重慶400074）

1 引言

在橋梁工程問題出現(xiàn)的原因中，橋梁裂縫導致橋梁出現(xiàn)質(zhì)量問題是較為常見的。橋梁裂縫的成因有很多種，其形成過程也較為復(fù)雜，所以應(yīng)該引起我們每一個工程技術(shù)人員去探究。當裂縫發(fā)展到一定程度后，會使得橋梁的穩(wěn)定性受到影響。裂縫的出現(xiàn)并不可怕，但是隨后引起的滲透作用，會使得橋梁內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生較為嚴重的破壞，久而久之就會對橋梁的整體結(jié)構(gòu)遭到威脅，[1]如果這種威脅沒有得到控制解決，隨著時間的累積就會使得橋梁產(chǎn)生嚴重的質(zhì)量安全問題，甚者給行人帶來生命安全問題，這樣不但會影響建設(shè)單位的聲譽和經(jīng)濟效益，而且還會造成一定的社會影響?？傊瑯蛄毫芽p問題出現(xiàn)如果得不到工程人員的克服和控制，帶來的后果是非常嚴重的，因此工程技術(shù)人員了解橋梁裂縫的成因顯得尤為重要。

2 橋梁裂縫的種類及成因

橋梁產(chǎn)生裂縫的原因復(fù)雜多樣，每一種裂縫可能由一種原因?qū)е?，也有可能由多種原因共致，實際工程中，后者情況較為常見。[2]裂縫種類大致可分為結(jié)構(gòu)性裂縫，其主要由外荷載引起，往往是因為結(jié)構(gòu)承載力不足而產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)性裂縫又可具體分為因荷載引起、因設(shè)計不合理引起、因施工質(zhì)量不足引起、因材料與養(yǎng)護不達標等；另外一種就是非結(jié)構(gòu)性裂縫，其主要是由于結(jié)構(gòu)變形引起的，非結(jié)構(gòu)性裂縫具體可分為因溫度變化引起、因混凝土收縮徐變引起、因地基的不均勻沉降等。

2.1 結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生

2.1.1 因荷載產(chǎn)生

在工程結(jié)構(gòu)中因荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性裂縫是非常常見的一種情況，往往伴隨著結(jié)構(gòu)承載力不足而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性裂縫對工程的整體性能會造成巨大影響?；炷翗蛄涸陟o荷載、外荷載及次應(yīng)力作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性裂縫稱為荷載裂縫，其大體可分為直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫兩種：

直接應(yīng)力裂縫是由于結(jié)構(gòu)在外荷載作用下出現(xiàn)的直接應(yīng)力導致的裂縫，其產(chǎn)生的原因有以下幾種情況：

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計階段：結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的引用過小；結(jié)構(gòu)計算僅憑個人經(jīng)驗分析而不經(jīng)過仔細的計算或只計算部分；使用的計算模型不合理；受力假設(shè)與實際情況的受力不相符合；內(nèi)力與配筋計算不正確；設(shè)計的圖紙過于模糊而沒有交代清楚必須呈現(xiàn)的施工狀況；

(2)施工階段：施工現(xiàn)場隨意堆放機具設(shè)備、材料等；對橋梁構(gòu)建的受力特點不夠了解，施工人員隨意運輸、起吊、翻身機具；不根據(jù)設(shè)計圖紙進行合理施工，隨意調(diào)換施工順序等；

(3)運營階段：長期駛過超載車輛或有其他尖銳物的撞擊；出現(xiàn)地震、大雪、大風等惡劣自然環(huán)境。

次應(yīng)力裂縫是由于在外荷載作用下而產(chǎn)生的次生應(yīng)力導致的裂縫，其產(chǎn)生的原因有以下幾種情況：

(1)在設(shè)計外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)同常規(guī)的計算有出入或沒考慮計算，所以結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生的次應(yīng)力使得構(gòu)件出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。[3]

(2)當橋梁構(gòu)件進行鑿槽牛腿設(shè)置及開洞等情況時，模擬計算如果用準確的圖示進行是非常困難的，所以一般情況下工程人員會按照經(jīng)驗來設(shè)置鋼筋。根據(jù)相關(guān)研究表明，挖空后的物件，將會產(chǎn)生流繞的現(xiàn)象，故在開孔處會產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，所以如果處理合理的話，在這種轉(zhuǎn)折或開孔處就很易產(chǎn)生裂縫。[4]

2.1.2 因設(shè)計不合理產(chǎn)生

橋梁施工過程中，如果一剛開始的設(shè)計就不合理，那么就很可能會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫，也就是在設(shè)計中用到的結(jié)構(gòu)形式當在荷載作用下產(chǎn)生的構(gòu)件裂縫問題。比如：非預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，梁的頂部處就很容易產(chǎn)生負彎矩的結(jié)構(gòu)裂縫。[5]結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)域及受剪區(qū)域是最易出現(xiàn)裂縫的，如果在其他形式的受力區(qū)域內(nèi)也遭到破壞現(xiàn)象，則說明構(gòu)件已經(jīng)達到了承載能力極限，截面尺寸過小，即設(shè)計不合理構(gòu)件的承載能力極限達到了，構(gòu)件就會出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

2.1.3 因施工質(zhì)量不足產(chǎn)生

施工質(zhì)量不足可以分為使用的施工材料不合格和施工工藝不合理兩種情況。作為橋梁的鋼筋骨架，混凝土主要是由砂石、水泥、水及外加劑等按照一定的配合比攪拌而出，所以如果這些基礎(chǔ)材料不合格的話，那么結(jié)構(gòu)就很容易產(chǎn)生裂縫。其次，施工工藝的不合理的常見情況有：①構(gòu)建的混凝土保護層過厚；②制作混凝土時攪拌振搗不密實、均勻；③混凝土攪拌、運輸時間過長，使得水分蒸發(fā)較多，導致混凝土塌落度過低；[6]④施工順序不合理，例如當進行鋼筋混凝土連續(xù)梁滿堂支架現(xiàn)澆施工時，鋼混墻式護欄若與主梁同時澆筑，拆架后墻式護欄往往會產(chǎn)生裂縫，拆架后如果再次對護欄進行澆筑，那么裂縫就不會出現(xiàn)。[7]

2.2 非結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生

2.2.1 因溫度變化產(chǎn)生

當外部溫度發(fā)生變化時，由于混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，所以橋梁的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀也會發(fā)生一定的的體積形變，如果這部分變形受到了約束，那么就會產(chǎn)生一定的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，當混凝土的抗壓強度小于因約束產(chǎn)生的應(yīng)力時，構(gòu)件就會遭到破壞，從而出現(xiàn)溫度裂縫。[8]

導致結(jié)構(gòu)因溫度變化而產(chǎn)生裂縫的原因有以下幾種情況：①當澆筑混凝土時，會產(chǎn)生水化熱反應(yīng)，從而會引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部升溫，但外表的溫度卻沒有太大的起伏，所以內(nèi)外會產(chǎn)生不同程度的變形，故而結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫；②如果施工在冬季進行時沒有采取相應(yīng)的溫保措施，也會因結(jié)構(gòu)內(nèi)外的溫差過大而出現(xiàn)裂縫；③當采用張拉法時，鋼筋的預(yù)應(yīng)力溫度過高，在高溫的影響下，結(jié)構(gòu)也會因為變形過大而出現(xiàn)裂縫。[9]

2.2.2 因混凝土收縮產(chǎn)生

在橋梁結(jié)構(gòu)的施工過程中，混凝土的收縮是造成構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的最常見的因素之一，而在混凝土的各種收縮種類中，縮水收縮和塑性收縮是混凝土發(fā)生變形的主要原因，其次就是碳化收縮和自生收縮。[10]這幾種收縮的發(fā)生階段也不同，塑性收縮和縮水收縮分別發(fā)生在混凝土結(jié)硬和施工過程中；自生收縮和碳化收縮分別發(fā)生在混凝土發(fā)生硬化和水化反應(yīng)中，當梁體自身結(jié)構(gòu)受到約束時，裂縫就會產(chǎn)生，由于澆筑好的混凝土構(gòu)件會發(fā)生徐變作用，故而會隨著時間的推移，構(gòu)件裂縫也會隨之擴大。預(yù)測模型的選擇以及對預(yù)測精度的掌控對技術(shù)人員來說也是一項重要工作，故而在一些比較重大的工程中如果易出現(xiàn)因收縮而產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象，那么必須進行相應(yīng)的專題研究討論。[11]

2.2.3 因基礎(chǔ)的不均勻沉降產(chǎn)生

當橋墩基礎(chǔ)由于地質(zhì)不良而發(fā)生不均勻沉降或發(fā)生縱橫向的移動，使得橋梁構(gòu)件中產(chǎn)生了附加應(yīng)力，這部分應(yīng)力如果超出了結(jié)構(gòu)的極限承載能力，構(gòu)件就會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。[12]

基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降有以下幾種情況：

(1)對施工地的地質(zhì)情況了解不夠。在沒有對施工地的地質(zhì)情況進行深入細致地研究就對現(xiàn)場進行設(shè)計及施工，這是造成基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降的最初也是最主要的原因；

(2)作用在結(jié)構(gòu)上的荷載存在著很大的差異。當基礎(chǔ)下部結(jié)構(gòu)的地質(zhì)情況沒有太大差異，但是由于上部結(jié)構(gòu)的受力存在著很大差異，那么就很容易使得構(gòu)件因受到過重的荷載作用而遭到破壞，從而產(chǎn)生裂縫；[13]

(3)當橋梁建在比較寒冷的地區(qū)時，地基會產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象，這種地區(qū)的含水率一般都比較高，發(fā)生凍脹后，如果溫度回升到一定程度，那么該地區(qū)的凍土就會發(fā)生融化，地質(zhì)的受力能力減弱，地基就會發(fā)生不同程度的沉降。所以說，地基發(fā)生凍脹和融化都會使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫；

(4)在不同時間段建造基礎(chǔ)時，由于新建的橋梁結(jié)構(gòu)是在原基礎(chǔ)上建造的，新建橋梁產(chǎn)生的新荷載會使得地基土重新固結(jié)，因此很可能會使得橋梁基礎(chǔ)發(fā)生較大的沉降；[14]

(5)當橋梁建成后，當?shù)氐沫h(huán)境條件發(fā)生變化，如長期降雨，由于雨水沖刷，地基土的強度會下降，在上部結(jié)構(gòu)的施壓下，基礎(chǔ)會發(fā)生變形，所以會產(chǎn)生沉降，結(jié)構(gòu)自然就會出現(xiàn)裂縫。

3 討論

通過以上對橋梁出現(xiàn)裂縫的成因進行了一定的分析以后，我們對橋梁裂縫的種類及成因有了一定的了解。橋梁裂縫的種類及形成的原因繁多，它可能出現(xiàn)在勘察、設(shè)計、施工或運營中的任何一個環(huán)節(jié)中，所以每一個工程環(huán)節(jié)都需要工程技術(shù)人員去關(guān)注，這也是橋梁裂縫問題的特殊性所在。

4 結(jié)論

橋梁出現(xiàn)裂縫是工程人員在施工過程中遇到的最普遍，也是比較棘手的問題。它與橋梁建造的勘察、設(shè)計、施工及運營等環(huán)節(jié)都息息相關(guān)，所以我們?nèi)ド钊胙芯糠治鰳蛄毫芽p的成因，并做到及時預(yù)防和控制裂縫的出現(xiàn)是非常有必要的。因此，工程人員在勘察、設(shè)計及施工的過程中都必須嚴格按照相關(guān)的規(guī)范進行，既然裂縫的出現(xiàn)我們無可避免，但是我們能做的就是認真對待每一個環(huán)節(jié)，至少可以減少裂縫出現(xiàn)的頻率和它所帶來的危害。