1、混凝土桥梁 裂缝诊断技术 刘仲训 同济大学 2009.04,混凝土桥梁裂缝诊断技术 第一节 前言 混凝土桥梁病害的主要表现形式：1、裂缝2、变形（变位）3、腐蚀 对混凝土结构而言，其病害的最终形式是裂缝。所有混凝土结构的裂缝都是由于混凝土中拉应变超过当时的混凝土极限拉应变而产生的，因此混凝土裂缝都是受力裂缝。为了与公路桥涵规范所述的裂缝类型相对应，裂缝所产生的原因分为两类：1、非荷载裂缝由于材料自身内力引起裂缝，如材料自损和劣化；,2、荷载裂缝由于外荷载、预应力作用、 温度变化、混凝土收缩、徐变及支座变位 等引起的裂缝。虽然裂缝在规范里是作为正常使用状态中耐久性来评价，但结构损坏乃致倒塌往往是
2、从裂缝的扩展开始的，由安全状态随着时间的延伸而逐渐转化为不安全状态，因此结构耐久性问题实质也是安全问题，必须引起重视。,第二节 非荷载裂缝 一、混凝土收缩裂缝 1、混凝土收缩原因 1）混凝土组成： 粗骨料 细骨料 胶结料：水泥水水化水泥凝胶体水泥石 2）混凝土收缩实为水泥石收缩，有三种原因： 化学收缩水化过程中体积缩小 物理收缩自由水蒸发、干燥引起体积缩小 碳化收缩空气中CO2与混凝土中Ca(OH)2发生 化学 反应，产生CaCO3析出水分蒸发，促使体积缩小。,2、混凝土收缩裂缝的原因自由收缩受到约束当收缩受到约束而产生的拉应变大于当时混凝土的极限拉应变就会产生与拉应力方向相垂直的裂缝。1)
3、混凝土构件表面收缩龟裂（图1）图1-a 混凝土表面龟裂,图1-b 桥面铺装收缩裂缝,这类收缩裂缝多数是混凝土构件表层由于养护不当，表层失水、干缩所造成。这类裂缝一般不深，多数深度不超过钢筋保护层厚度。2）墩台混凝土的竖向收缩裂缝 在岩石基础上浇筑的墩台混凝土，混凝土墩身要收缩，岩石基础不收缩，由此产生收缩差，岩石基础阻止墩身混凝土收缩而在横向产生拉应力，当该拉应变大于该时段的混凝土极限拉应变就会产生竖向裂缝，这类墩身、台身的竖向裂缝为下宽上细，当台身较厚，由于表层收缩大、内部收缩小，因此显示表层裂缝宽些、内部裂缝细些，一般不贯通（图2）。,图2 岩石基础上混凝土桥台竖直裂缝, 在先浇筑好的混凝
4、土承台上再浇筑薄壁砼墙身（C30，水灰比达0.63，泵送砼）。由于第一次浇筑的混凝土龄期长些，其收缩已完成一部分，后期收缩要小一些，但后浇的薄壁墙身收缩显然要大于先浇部分混凝土的后期收缩量，导致产生收缩差而裂缝（图3）。由于墙体薄，故裂缝一般贯通。图3 在先浇注的混凝土承台上浇注桥台墙身的混凝土收缩裂缝, 斜拉桥塔底段混凝土竖向收缩裂缝（图4）。这类裂缝的深度一般不深。,图4 斜拉桥塔底裂缝 维修方法：a、采用在裂缝内注入特种树脂胶，如壁可法。b、采用水泥基渗透结晶型浆料涂刷，如XYPEX（赛伯斯）。, 预制T梁由于钢模拆除不及时，T梁混凝土收缩受到钢模板约束，造成最薄处的腹板竖向裂缝，图5为
5、苏嘉杭高速公路T梁收缩裂缝。由于腹板较薄，这类收缩裂缝可能穿透腹板厚度，但对承载能力基本上无影响。图5 钢模板拆模迟引起T梁腹板收缩裂缝 维修方法：封闭裂缝。,3）老桥混凝土腹板的碳化收缩现象如苏式T梁腹板经常发现枣核形裂缝，即两端细，中间粗。裂缝下端细是由于下缘配筋量大，裂缝上端由于逐渐上伸到受压区而消失。裂缝中间粗有二个原因：一是腹板纵向水平钢筋少；二是在原有裂缝基础上，由于碳化收缩而使裂缝宽度增宽，图6为苏式T梁裂缝状况。图6 苏式T梁裂缝,4）预制构件拼装湿接头收缩裂缝 拱片之间的横系梁、横隔板的两端湿接头产生收缩裂缝（图7-a、b）。图7-a,图7-b 刚架拱（苏州金鸡桥）横隔板 湿
6、接头收缩裂缝,危害性：a、产生横向摇摆b、荷载横向分布集中，降低承载能力。c、造成拱片顶部桥面顺桥向裂缝（图8）。图8 刚架拱桥面纵向裂缝,维修要点：凿除横隔板两端开裂的湿接段，浇注钢筋混凝土围套。混凝土采用无收缩自流平砂浆。, 空心板梁剪力铰铰缝混凝土因收缩产生缝隙后，相邻两榀空心板在荷载作用下产生挠度不连续，因此导致铺装混凝土产生S形弯曲，在挠度小的梁边产生负弯矩，当桥面铺装钢筋配筋率低时，易造成桥面沿梁长顺桥向裂缝（图9），由此降低横桥向整体性，使荷载横向分布集中，降低桥梁承载能力。,图9 空心板梁桥面纵缝,图10 空心板梁剪力铰收缩后桥面铺装混凝土裂缝分析,维修要点：方案一：a、桥面铺
7、装重新修筑，采用钢筋钢纤维混凝 土；b、原剪力铰凿除，采用比板梁混凝土强度高一级的铣削型钢纤维混凝土，含量为50Kg/m3；c、新桥面铺装与板梁之间结合面应种植结合面抗剪钢筋，两端密一些，中央疏一些；方案二： 横桥向施加体外预应力。,5）空心板梁封头板砂浆收缩裂缝引起渗水（图 11），使空腔内聚积大量水，曾经在一块空心板梁的空腔底部钻一小孔， 出水量达0.6m3，对普通钢筋混凝土空心板梁的受荷裂缝在受荷时张开引起内部水逐渐渗出，导致底部钢筋锈蚀严重。,图11 空心板梁封头板砂浆收缩裂缝渗水,6）空心板梁底面纵向裂缝（图12）图12该处纵向裂缝是与空心板梁空腔最低处相对应，裂缝处有渗水痕迹，表明
8、裂缝已贯通空腔底板厚度，裂缝宽度可由0.1mm0.5mm左右。,其原因是混凝土收缩所造成。对承载能力不影响，仅影响耐久性。 维修要点：a、封闭裂缝。b、若有渗水痕迹，应凿洞，把空腔内积水漏 尽。7）中承式拱吊杆上端封锚混凝土因收缩裂缝渗水，通过锚头孔隙流入钢束而锈蚀。图13为合肥寿春桥吊杆上端封锚混凝土四周的收缩裂缝和积水。图14为寿春桥吊杆钢丝索严重锈蚀（采用黄油保护）。,图13-a 封锚混凝土周边收缩裂缝,图13-b 寿春路桥中承式拱吊杆顶端 封锚处有5cm厚积水,图14 寿春路桥吊杆钢管内部黄油由于钢丝 锈蚀物混合成咖啡渣状并含水份,8）预应力管道保护层方向裂缝 T梁腹板预应力管道保护层
9、顺管道方向裂缝（图15）,图15 由于第2根波纹管边缘保护层较薄，粗骨料不易进入，因此易产生收缩裂缝, 等截面箱梁底面沿波纹管方向裂缝（图16）,图16 薄处混凝土收缩大，厚处混凝土收缩小，并产生收缩应力集中而开裂,该裂缝对承载能力没有影响，仅影响耐久性。 维修方法：封闭裂缝,图17 后果： a、湿接段板由固端板变成简支板，跨中弯矩增大一倍； b、收缩裂缝常年渗水，钢筋锈蚀，甚至锈断； c、现浇湿接段翼板产生断裂、塌陷、坑洞。,9）预制T梁翼板间后浇湿接段收缩裂缝（图17）,维修要点：a、凿除湿接段，重新布筋浇筑；b、新浇筑混凝土应采用补偿收缩混凝土，并加强养护；c、再浇筑一层桥面铺装混凝土覆
10、盖湿接缝；d、增设防水层；e、沥青铺装。,3、 解决方法 1）补偿收缩混凝土配制方法补偿收缩混凝土是在普通混凝土中按规定比例掺加有效膨胀剂，如UEA用量为水泥用量的1214，可防止产生收缩裂缝。但一定要连续保湿三天以上，否则裂缝反而多。 2）裂缝封闭方法 注入稀环氧树脂胶； 凿槽后采用无收缩水泥基专用修补砂浆修补； 裂缝较深者凿槽后采用高强度免振无收缩砂浆修补； 涂抹渗透结晶型水泥基浆料。,10）混凝土沉落裂缝由于混凝土刚浇筑、振捣，抹面压光后，混凝土在自重作用下仍有继续沉缩趋势，此时受到钢筋阻碍（图18-a），或模板约束（图18-b），就会产生裂缝。 图18 混凝土沉落裂缝 a钢筋阻碍的沉落
11、裂缝 b模板阻碍的沉落裂缝,原因： a、 振捣不充分 b、 漏浆c、 跑模d、 模板刚度不够e、 混凝土保护层太薄f、 混凝土坍落度过大g、 空心板梁空腔气囊漏气（图19）,图19 空心板浇筑混凝土初凝后 因气囊漏气而产生裂缝,这类裂缝一般为表层裂缝，处理方法： a、沿裂缝凿U型槽，采用专用修补砂浆修补； b、这类裂缝较密时可整片凿除混凝土保护层， 采用免振自流平砂浆修补。 二、钢筋锈蚀引起的裂缝 混凝土中钢筋产生锈蚀后，由于锈皮会吸湿产生化学反应而膨胀，其体积将增大24倍，从而胀裂混凝土保护层。 对于钢筋锈蚀，首先要分析是先锈后裂，还是先裂后锈。 1、先锈后裂,1）混凝土保护层碳化钢筋混凝土
12、保护层起保护钢筋作用的机理是因为混凝土保护层具有弱碱性，与钢筋表面产生一层钝化膜，从而保护钢筋不被锈蚀，俗称碱性保护。但混凝土与空气中的二氧化碳CO2由水通过毛细孔与混凝土中氢氧化钙起作用（化学反应）Ca(OH)2 CO2CaCO3 H2O转化为中性的碳酸钙和水使这部分混凝土由碱性变成中性，也即PH值由原来的13降低到810，这就是混凝土碳化，当保护层全被碳化，也就是失去碱性保护，在钢筋表面不能继续生成钝化膜，当外界有腐蚀物质时，通过毛细孔渗入到钢筋表面而锈蚀，从而胀裂混凝土保护层，这是先锈后裂。,2）氯离子锓蚀引起锈蚀 氯离子（Cl-1）存在于盐中，如Nacl（氯化纳）、Cacl（氯化钙），
13、当中含有氯离子（Cl-1）时，混凝土碱度虽然较高，钢筋周围的混凝土尚未碳化，此时钢筋也会出现锈蚀，这是因为氯离子半径小，活性大，具有很强穿透钝化膜的能力，氯离子首先吸附在钝化膜有缺陷处，使氢氧化铁反应成易溶的氯化铁，使钝化膜局部破坏，产生坑蚀。 氯离子来源： 内掺型 50年代冬季施工常用氯盐（氯化钙）掺加，防冻，造成钢筋锈蚀（图20）。,图20 钢筋周围混凝土未碳化，钢筋锈蚀是由于氯离子引起, 外渗型化工厂海边地区结构物北方桥面化冰盐等由氯离子引起钢筋锈蚀而胀裂混凝土保护层，也是先锈后裂类型。 2、先裂后锈1) 荷载裂缝的裂缝宽度过大，外界腐蚀物质有直接通道而锈蚀钢筋; 2) 酸雨腐蚀先腐蚀混
14、凝土保护层继而锈蚀钢筋;3) 骨料膨胀引起混凝土裂缝后再锈蚀钢筋。,3、钢筋引起混凝土崩裂的形态 钢筋锈蚀引起裂缝形态一般是顺筋向的。对先锈后裂的混凝土构件，实际上在钢筋锈蚀早期，构件内部已有层离裂缝存在，但外部还尚未裂缝，此时可用小锤轻敲听声，有空壳声表示内部已有层离裂缝起壳，然后凿开检查。 1）纵筋锈蚀裂缝（图21） 图21 钢筋锈蚀引起顺筋向裂缝,图22 立柱锈胀裂缝,图23 双曲拱拱肋下缘钢筋锈胀,图24-a T梁端部钢筋锈蚀,图24-b 锈蚀部分采用自流平砂浆修补,2）箍筋锈蚀裂缝（图25），手摸裂缝边缘有突出高差感觉。 图25 箍筋锈蚀崩裂混凝土保护层,图26 盖梁箍筋锈蚀,3）钢
15、筋锈蚀后，内部混凝土产生层离状态见图27。图27 钢筋锈蚀后，内部混凝土发生层离现象,这类因钢筋锈蚀后而产生的顺筋向裂缝，在评定时不能用规范中“对荷载裂缝的宽度限值”作为标准来评定。根据个人经验，当构件表面出现顺筋向裂缝，并确定是由于内部钢筋锈蚀所引起，即使表面顺筋向裂缝宽度小于受力裂缝宽度限制0.2mm，甚至在0.1mm以下时，也应及时予以维修。有起壳声者表明已层离，应及时凿除，用聚合物修补砂浆予以修补，并在混凝土表面涂刷渗透结晶型的浓缩剂浆料堵封混凝土毛细孔，防止外界腐蚀性物质通过水渗入，使钢筋进一步锈蚀。,图28 四川路桥箱体腹板和顶板钢筋 大面积锈蚀而崩裂混凝土保护层图28-a 腹板钢
16、筋锈蚀崩裂混凝土表面,图28-b 箱内顶板钢筋锈蚀成片顶裂混凝土保护层,图29-a 汉阳路桥桥面板钢筋锈损,图29-b 汉阳路桥边桥面板钢筋严重锈蚀,4） 钢筋锈蚀的危害 粘结力减弱，降低承载能力； 钢筋截面减小，降低承载能力； 钢筋锈蚀后易产生应力集中，增加脆性； 预加应力钢筋锈蚀后，在高应力作用下会加快锈蚀，即所谓应力腐蚀现象。5） 维修加固方法 锈蚀钢筋彻底除锈，补焊钢筋，弥补钢筋锈损，然后用混凝土包裹保护； 锈蚀钢筋应彻底除锈，用混凝土修补，粘贴钢板或碳纤维布，补充钢筋截面损失； 保护层混凝土已全面碳化，不防锈，采用XYPEX(赛伯斯)浓缩剂浆料涂刷封闭砼毛细孔，隔离水及腐蚀性物质，防
17、止钢筋继续锈蚀；, 渗入渗透型阻锈剂，防止钢筋锈蚀。 三、骨料膨胀引起的裂缝 （一）概况这是近年来遇到的机率逐渐增多的一种病害，就我个人而言，自1984年首先在房屋建筑中发现，继而在桥梁领域中发现。在桥梁方面首先于1995年在杭州清泰门立交桥上发现，接着于1999年在上海内环线高架道路黄兴路段空心板梁上发现，继而于 2001年在上海宝山区龙珍港桥、上海嘉定区新泾桥和苏州唯定大桥相继发现，最近在上海内环线高架道路上又发现桥墩立柱和盖梁产生该病害。,1、杭州清泰门立门桥骨料膨胀病害图30af为杭州清泰门立交桥端横隔板由于碱活性骨料膨胀引起的裂缝形态。图30a 杭州清泰门立交桥西部第七孔和第八孔实景
18、,图30b 清泰门立交桥西部第七孔和第八孔之间伸缩缝西侧第七孔端横梁底裂缝,图30c 清泰门立交桥第七孔端横梁裂缝形态,图30d 清泰门立交桥第八孔端横梁底裂缝形态,图30e 清泰门立交桥第七孔端横梁凿入内部发现碱骨料反映特征变质辉绿岩外圈产生白色反应环,图30f 清泰门立交桥第七孔端横梁内部层离状裂缝形态,图30a显示清泰门立交桥为双箱并联连续箱梁桥 图30-b为清泰门立交桥西部第七孔与第八孔之间伸缩缝西侧第七孔端横梁底面裂缝状况由该图显示该横梁北端底面龟裂，在底面和侧面用手指触摸，可明显感觉裂缝两侧有高差，表明一侧“凸出”必然有膨胀源膨胀所致，经凿除松散碎块后可发现横梁底粗钢筋(22)被向
19、外顶弯弯曲，在横梁顶部有一横桥向裂缝，仔细用手触摸，该缝可明显感觉到裂缝下侧相对于上侧凸出10mm，这些均表明混凝土内部有多个膨胀源膨胀顶出所致。 图30e为清泰门立交桥第七孔端横梁凿入内部,发现变质青砂岩碎石外圈产生白色反应环，这是明显的弥漫性碱活性骨料所起化学反应的结果，白色反应环为碱活性骨料在碱和水的作用下产生的反应物，为吸潮膨胀物，由于碱活性骨料多（弥漫型），故其内部裂缝呈层离状裂缝（图30f）。骨料膨胀先引起端横隔板与顶板底的结合面裂缝，此后由于伸缩缝处渗漏水不断，导致端横隔板箍筋在该结合面裂缝处全部锈断，这也是先裂后锈的主要表现。 2、上海内环线高架道路空心板梁骨料膨胀病害上海内环
20、线高架道路黄兴路12211223墩之间二孔跨径为22m的先张法预应力空心板梁于2000年发现梁底多处产生混凝土保护层崩裂和崩落，幸好未伤人。,图31ad为空心板底面崩裂裂缝和崩落后可见白色及姜黄色石子图31a,图31b,图31c,图31d,图32a为空心板梁梁底因骨料膨胀而产生冲剪裂缝形态，放射形裂缝交点内部有一膨胀源（膨胀骨料） 图32a,图32b为空心板梁底因骨料膨胀的冲剪裂缝一侧凸，有高差，表明被胀出 图32b,图32c为空心板梁底因骨料膨胀的被冲剪部分的锥状体凿除后，可见潮湿姜黄色石子膨胀骨料膨胀源（直径约11cm）图32c,图32d上述膨胀骨料膨胀，不仅把混凝土胀裂，还把钢筋胀弯图3
21、2d,图32e空心板梁底骨料膨胀崩落混凝土锥体 图32e黄兴路内环线高架空心板梁底 骨料膨胀崩落混凝土锥体,对于空心板梁桥其只有一个临空面，可以直接观察，而侧面由于梁与梁之间并列靠紧无法检查裂缝，顶面由于沥青混凝土覆盖着，也无法检查裂缝，因此其内部裂缝目前还无直接观测方法，我们曾尝试雷达检测，能了解相互间损伤的相对程度，但还不能直接判断损伤形态。如果腹板崩裂和顶板崩裂，其损坏的危害性更大，腹板崩裂，因此必须引起重视。经检测，这类骨料为氧化镁。 3、上海宝山龙珍港桥骨料膨胀病害龙珍港桥建于1992年，为一座三孔钢筋混凝土空心板梁，跨径组成为8m10m8m（图33a），桥宽29.5m，在2001年
22、2月发现该桥北半桥中孔（图33b）和边孔车行道桥面铺装碎裂（图33c），进而发现空心板顶部碎裂（图33d），对碎裂部分检查可发现白色、姜黄色骨料，表面呈粉状（图33e和33f），不,仅如此，还发现常有白色反应环的碎石（图33g），这些均为膨胀骨料。 图33-a,图33-b,图33-c,图33-d,图33-e,图33-f,图33-g,该空心板梁底也已全面被膨胀骨料所胀裂，由于与黄兴路高架相似，恕不复述。本节要说明的是空心板梁梁顶碎裂的危害性，以补充前述不足，由于空心板梁顶部处于受压区，如受压区碎裂到一定程度，则易导致空心板梁突然断裂，为此必须予以重视。 4、嘉定唐华路新泾桥桥墩骨料膨胀病害该桥为
23、一座三孔空心板简支梁桥（图34-a），两端桥台为桩基重力式，中间两桥墩为双排桩桩基，桥墩承台高为0.8m，宽为1.7m，其上为三根圆形立柱和盖梁组成墩身，该桥主要病害是桥墩有严重裂缝，具体如下：,1）该桥唐行方向桥墩承台有严重裂缝（图34-b），最大裂缝宽度达30mm以上，其裂缝特征为： 裂缝两侧有明显高差，最大高差可达几厘米，图34-c为承台圆端环向裂缝，裂缝右侧顶面混凝土高出裂缝左侧混凝土30mm以上。图34-d为承台靠唐行方向一侧的边缘裂缝顶面部分混凝土高出侧面40mm以上。,图34-a,图34-b,图34-c,图34-d, 承台顶面混凝土有放射状裂缝（图34-e）和龟纹状裂缝（图34-
24、f）。图34-e,图34-f,裂缝呈层离状，用锤敲击混凝土顶面及侧面，有明显起壳声，这种剥离层厚度达150mm以上（图34-g）。 图34-g,承台底部和四周在水下，无法观察，只能用手支摸，发现其裂缝形态与顶部相同，由此可知，该承台上、下和四周已全面层离起壳。 3）唐行方向桥墩立柱上端也有局部放射状及龟裂状裂缝，下端有多条竖向裂缝，长度约为4050cm。 4）病害原因根据承台裂缝二侧有高差，多处呈放射形及龟纹裂缝的特征，可以判断为粗骨料膨胀所引起，根据承台裂缝分布形态确诊含有这类膨胀性骨料是弥漫性的，通过局部打开层离裂缝部位，可见骨料表面附着一层白色粉末（图34h）或白色浆状物质，这是一种反应
25、物，经检测这种反应物是硫酸盐骨料，正是这种反应物的膨胀，是造成承台严重裂缝的根本原因，这类反应统称“骨料膨胀反应”。,根据有关资料报道，在北京、天津等地桥梁已发生多起这类病害，如北京西直门立交桥（已拆除），三元立交桥等，这类病害俗称“混凝土的癌症”说明对已建混凝土结构来说是难治的病害。,图34-h,（二）骨料膨胀病害种类及产生条件1、骨料膨胀病害有两类：第一类：“碱骨料反应”引起骨料膨胀，破坏混凝土。第二类：含有氧化镁骨料、硫酸盐骨料或生石灰缓慢水化膨胀而破坏混凝土。骨料膨胀病害的进展是由表及里的，这是与外界潮气由表面通过毛细孔逐渐渗入有关。 2、其中发生所谓“碱骨料反应”产生的条件有三点：1
26、）混凝土骨料中含有一定量的碱活性二氧化硅，例如白云石、蛋白石、玻璃质二氧化硅，结晶不完整的二氧化硅矿物等，当含量大于5时，对混凝土构件可能会产生损害；,2）混凝土中碱含量超过一定量（一般控制在3kg/m3之内）； 3）水。前两点是发生“碱骨料反应”的必要条件，后一点水是充分条件。3、第二类骨料膨胀的主要条件是水。上述两类骨料膨胀后体积可达原体积的24倍，相当可观。一般产生这类病害是在结构竣工数年（一般在五年后）后发现，例杭州清泰门立交桥横梁病害是建成后7年左右被发现，内环线高架发现该类病害为竣工后6年被发现。 （三）危害性这类材料自损现象危害很大，当在一处首先发现,这类病害时，应把它当作一个信
27、号，很可能在其它部位也会相继出现。 骨料膨胀病害的危害性：1、骨料膨胀裂缝后使截面削弱。2、裂缝处易渗水，锈蚀钢筋（杭州清泰门立交桥横梁顶部箍筋全部锈断），这类钢筋锈蚀属于先裂后锈。3、受压区因骨料膨胀而损坏，达到一定程度后，可能会出现受压突然破坏。4、梁端因骨料膨胀而损坏，有可能产生斜压破坏形态。,综上所述，对骨料膨胀病害必须予以重视。 （四）骨料膨胀裂缝的辨别方法：1、膨胀骨料在构件浅层，一般呈网状及放射形裂缝，裂缝交点处为膨胀骨料所在位置（图35）。,a 平面图 b 立面图图35 骨料膨胀冲剪锥体,2、当膨胀骨料在钢筋背后，则骨料膨胀后，会把钢筋顶弯，此时有可能产生顺钢筋裂缝，但其长度不
28、长，有时可能出现混凝土被冲剪破裂，其裂缝为周边一圈。3、混凝土冲剪锥体边缘裂缝的两侧有高差。若内部膨胀骨料为弥漫性分布，其内部有可能产生层离状千层饼似的裂缝（图36）。图36 多颗膨胀源引起层离裂缝,4、与网状收缩裂缝的区别有两点：1）收缩裂缝一般发生时间较早，多在施工后即发生，而骨料膨胀裂缝均在几年之后发生。2）收缩裂缝两侧无高差，而骨料膨胀裂缝两侧有高差。 （五）骨料膨胀类型判别由于骨料膨胀类型较多，这里从表面可大致判别。1、石子周围有白色反应环者，多为碱活性骨料所产生。2、裂缝中渗出乳白色，黄褐色，咖啡色，甚至黑色的碱硅凝胶，用湿布不易擦掉，多为碱骨料反应。3、膨胀源呈白色粉团、姜黄色颗
29、粒多为含氧化镁石子及生石灰吸潮膨胀所致。,4、膨胀源呈白色颗粒，多为硫酸盐骨料吸水膨胀所致。 （六）处理方法1、在施工前，应该对骨料进行检验，对水泥及添加剂的碱含量加以控制，做好防水隔离，这是最好的预防措施。如果有条件可在搅拌混凝土时先掺加XYPEX(赛伯斯)掺合剂，可封闭毛细孔，消耗混凝土内部自由水，减缓骨料膨胀事故的发生。2、对于已建结构，必须发现一处及时修补一处，修补时首先把膨胀骨料挖除，然后作好混凝土毛细孔封闭工作，如在混凝土表面涂刷XYPEX(赛伯斯)浓缩剂浆料，隔绝水分或潮气侵入，以减缓病害发展速度。若发现病害已较严重维修加固已不经济时，则应拆除重建。3、由于骨料膨胀病害发展是缓慢
30、的，当发现该病害时，不要焦急，经详细检查后及时对策。对已发现的骨料膨胀锥体，应及时清除，以防坠落伤人。,四、钢管拱桥裂缝1、钢管混凝土拱桥拱脚构造裂缝钢管混凝土拱桥的拱脚与系梁连接处，若采用钢筋混凝土连接构造，以下为义乌宾王桥拱脚裂缝。,图37-a,b为宾王桥实景。图37-a,图37-b,图38-a,b为宾王桥拱脚连接构造混凝土顺拱向裂缝 图38-a,图38-b,产生这类裂缝的根本原因是由于钢管拱的钢管导热系数高，而混凝土的导热系数低，在日照作用下，钢管温度比混凝土高，以致钢管膨胀量比混凝土大，从而胀裂外包混凝土，虽然混凝土内部已布置了非常多的钢筋，但效果甚微。一般采用封闭裂缝处理。2、钢管与
31、核心混凝土粘结脱壳1) 由于核心混凝土收缩和泌水引起与钢管间的缝隙应采用压浆处理；2）由于压注混凝土时隔板的阻挡引起与钢管间的空穴应采用压浆处理；3）经上述两点处理后，在日照作用下，钢管温度高于核心混凝土的温度，钢管拱直径大于核心混凝土的直径，于是产生钢管与核心混凝土起壳脱空。该现象是无法克服的。但一般这种缝隙很微细，可不予处理。 七、大体积混凝土水化热引起的裂缝大体积混凝土浇筑过程中，由于水泥水化过程中会产生大量热量，导致内外温差，一般在浇筑过程中，应采取措施控制内外温差不超过25 ，但往往由于管理不善，保温措施不力而开裂。,图39 为某斜拉桥塔基混凝土承台，养护状况,图40 为承台混凝土西
32、侧面北部竖向裂缝,图41 为承台混凝土西侧面中部竖向裂缝,图42 为承台混凝土西侧面南部竖向裂缝,图43 为承台混凝土测温,图44 为用超声波探测裂缝深度,第二节 荷载裂缝一、正截面裂缝所谓正截面裂缝是指垂直于构件轴线的截面在正弯矩或负弯矩作用下产生的裂缝，这类裂缝一般垂直于构件轴线方向（见图45）。图45,二、斜截面裂缝在梁端的剪力作用下，当主拉应变超过混凝土极限拉应变，即产生斜截面裂缝（图46），对于箱梁，在扭矩作用下，也会产生斜截面裂缝。三、 组合结构裂缝在装配组合式结构中，往往由于结合面强度不足，以及结合面未予配筋而在结合面受剪较大处及结合面受拉较大处产生裂缝（图47）。这类裂缝必须引
33、起重视，由于结合面裂缝产生后，会造成截面承载能力大幅降低，在作荷载试验时，一般应该检测截面整体性 。,a 肋板组合截面的结合面裂缝b 结合面裂缝部位 图47 结合面裂缝,四、预加应力不足引起裂缝预加应力不足，会导致混凝土结构提前出现裂缝，图48为上海中山西路三号桥由于对箱梁剪滞效应估计不足，而导致预加应力不足，由此产生正截面裂缝。图48 上海中山西路三号桥由于预加应力不足 引起箱梁底板下缘裂缝,五、预应力混凝土锚下应力集中引起裂缝由于预应梁在张拉时，若混凝土强度未达到一定要求，或锚下配置抗应力集中钢筋不足时，就会出现距锚具一定距离产生顺应力钢筋方向的纵向裂缝。图49-a某桥预应力横梁端部产生明
34、显的锚下应力集中裂缝,图49b为锚下混凝土应力分布示意图 由图49b可知在锚具处作用局部的集中力后， 在锚具下一定范围内是处于横向受压状态，但过后即产生横向受拉状态，当其拉应变大于当时混凝土极限拉应变，即会沿预应力方向开裂。,六、混凝土受压裂缝钢筋混凝土拱桥由于拱脚过大水平位移或船撞，往往引起拱脚下缘处于较高压应力状态，当压应变超过其当时的极限压应变，就会产生沿受压方向的裂缝而破坏。图50为某刚架拱桥拱脚截面下缘混凝土产生受压纵向裂缝形态，这种破坏形态类似于混凝土立方块受压破坏时的形态。,图50如果受压继续加大，则下缘将全部压碎，内部下缘钢筋会产生压屈现象，这在软土地基上早期拱桥中是常见现象，
35、如图51示意图。这类拱脚压碎往往是拱桥突然坍塌的先兆。,受压裂缝,图51七、桥面板冲剪裂缝在6070年代修建的桥梁中，特别是双曲拱农桥，大量采用少筋混凝土微弯板，往往未经计算和试验就应用于桥梁上，,在当时通行小型拖拉机还能使用，但随着国民经济发展，汽车载重越来越大，导致经常发生桥面板冲剪破坏，如图52。图52,也有一些老桥，由于桥面板板底钢筋锈蚀导致桥面板混凝土被胀裂崩落，使截面严重减弱而发生冲剪破坏，如上海四川路桥就发生这样的事故。,图53,八、桥面伸缩缝构造的损坏1、板式橡胶伸缩缝构造往往由于螺母松掉而损 坏。2、刚架拱桥端部型钢伸缩缝构造，由于桥面板 端部无端横隔板，使桥面板的抗弯刚度不
36、 足，而导致型钢伸缩缝两侧保护段混凝土碎 裂，如图54-a。,图54-a,3、空心板型钢伸缩缝构造的保护段混凝土强度不高，且不采用钢纤维混凝土而产生收缩裂缝，并进一步龟裂（图54-b）。,图54-b,九、桥面纵向裂缝桥面纵向裂缝主要由于桥梁上部结构横向整体性差所致。1、拼装式T 梁，由于横隔板拼缝处下缘焊接钢 板脱焊，在活荷载作用下，相邻T梁产生错动 挠度差(图55-a)，导致桥面铺装产生纵向裂缝 (图55-b)。图55-a,图55-b 图55 T梁横隔板焊接钢板脱焊及桥面纵裂,图56 T梁横隔板拼接钢板焊缝断裂引起桥面裂缝分析,维修方法：a、桥面铺装重新修筑、采用钢筋钢纤维混凝土，钢筋网为1
37、01210cm 15cm,钢纤维45kg/m3；b、横隔板拼接，钢板重焊，横隔板底缘增设钢 筋混凝土马蹄。,2、空心板梁由于剪力铰铰缝构造较小，施工时 又不注意混凝土强度，在活载作用下极易剪 裂，并在相邻板梁之间产生错动挠度差，而 造成桥面产生纵向裂缝。3、槽形梁由于两梁之间简支板在活载下，产生 挠曲变形而导致纵向裂缝，见图57。图57,4、独立槽型梁组合的简支梁的桥面纵向裂缝。,图58 为上海陈行桥的桥面纵向裂缝,它是由3榀独立槽形梁组合的简支梁桥。如图59-b所示，加载后发现边槽形梁向内扭转，导致桥面横向受拉而纵裂（见图59-a ）。,图59-a 图59-b,5、35mT梁桥面纵向裂缝分析
38、,图60-a 横隔梁构造,图60-b 横隔梁下缘拼接钢板呈S形,图60-c 处理方法：T梁横隔板下缘布设钢筋混凝土半围套加固，增加横隔板的横向挠度变形刚度，处理完后，至今未出现纵裂。,特别提醒：桥面纵向裂缝不能仅认为是桥面铺装问题，必须认真查明原因，由上所述，桥面纵向裂缝往往会引起荷载横向分布集中，导致承载能力降低。对于一榀空心板梁两侧剪力铰处均有纵向裂缝者，已发生多起这类空心板梁断裂事故，因此检算时取其荷载分布系数为一个轴重P的0.5，这是偏安全的检算方法。荷载试验时，必须考虑桥面纵向裂缝的不利状态。,十、支座变位引起的裂缝1、连续梁因桥墩不均匀沉降引起的裂缝(图61)图61 连续梁支座不均
39、匀沉降引起的裂缝 2、拱圈因拱脚水平变位引起的裂缝（图62）,图 62 拱圈因拱脚变位引起的裂缝 跨中下缘正弯矩裂缝拱脚区段上缘负弯矩裂缝3、 刚架拱因拱脚变位引起的裂缝（图63）,图63 刚架拱因拱脚变位引起裂缝,十一、伸缩缝堵塞引起的裂缝 1、桥端桥面铺装由于伸缩缝堵塞引起的裂缝;,图64,照片中几条纵向裂缝是堵塞的硬块引起桥面铺装端部产生应力集中所产生。横向压碎裂缝是由于硬块顶起端部桥面铺装混凝土拱起起壳，在车轮的碾压下压碎。 处理方法：1）清除伸缩缝堵塞硬块;2）凿除损坏桥面铺装，重新铺筑。,2、伸缩缝堵塞引起预应力混凝土带颈（倒T 型）盖梁单侧竖向裂缝。,图65-b,图65-a,图6
40、5-c 原因：由于梁体在热胀作用下，侧向顶推盖梁而引起。 处理方法：清除伸缩缝堵塞硬块后，裂缝趋闭合，外涂XYPEX(赛柏斯)水泥基渗透结晶型浆料封闭裂缝。,十二、简支梁桥面连续构造裂缝,这类裂缝是横桥向的，在上海一带几乎所有简支梁桥面连续构造均产生横桥向裂缝，有的一条，有的两条或三条。,图66,产生这类裂缝的主要原因是梁的刚度较小，在荷载作用下，梁端转角较大，引起桥面连续处产生较大负弯矩而拉裂。该裂缝会引起该处渗水，钢筋锈蚀，在车辆荷载的反复作用下逐步损坏。 处理方法：改建为型钢伸缩缝构造。,十三、明槽混凝土裂缝引起钢筋锈蚀,由于明槽混凝土是普通钢筋混凝土，在预应力钢筋张拉完成后浇筑的，因此
41、不存在预压应力，后期恒载及混凝土收缩徐变的作用产生负弯矩，加上明槽混凝土自身收缩受到约束，导致明槽混凝土产生拉应变，当其拉应变超过其自身极限拉应变，即产生横桥向裂缝。,图67 预应力T构钢束锈蚀断裂，引起悬臂端部及挂孔坠落,图68若此时桥面有水或含氯离子的水，就极易渗入裂缝到达预应力钢筋而锈蚀钢筋。而预应力钢筋比普通钢筋更易锈蚀，即所谓的“应力腐蚀”现象，有很大可能发生突然断裂的现象。,特别提醒：当裂缝宽度达到0.05mm，就有可能渗水，因此对于负弯矩区裂缝宽度不能用设计规范规定的0.2mm，或养护规范规定的0.25mm来判断，而应更严格。这对北方地区，桥面经常撒“除冰盐”的桥梁更应谨慎。因此
42、对于产生负弯矩的桥面系，防水和封闭裂缝的措施非常重要。,第三节 预应力混凝土变截面连续箱梁裂缝预应力混凝土变截面连续梁及连续刚构（箱形截面）桥梁近年来发现的病害较多，主要病害：1、0块裂缝2、腹板斜裂缝3、底板横向裂缝4、底板纵向裂缝5、底板厚度中央层离裂缝6、顶板纵向裂缝7、体外预应力加固引起的裂缝8、齿块周围裂缝,一、0块裂缝,某桥0块拆内模,0块横梁人孔部位裂缝,0块横梁上部加腋处裂缝,0块人孔内部裂缝,0块腹板裂缝,0#块裂缝主要呈现大体积混凝土水化热引起内外温差较大所引起的。 如果脱模后，不进行保温，若有风吹，导致混凝土结构表层骤然降温，加大内外温差而引起表层裂缝，特别是在截面突变处
43、容易出现这类裂缝，如人孔部位以及预应力波纹管附近。 若0#块分层浇筑，则也会由于混凝土收缩差而造成裂缝，这类裂缝一般于浇筑结合面相垂直。,二、腹板斜裂缝,图69 1、主要原因：梁端不设预应力弯起束，仅采用竖向预应力筋，（高强度精轧螺纹钢），由于竖向高度小，因此竖向预应力筋中的预应力损失大。,2、处理方法：方法一：内套方案a、压浆封闭斜裂缝；b、种植垂直于腹板的结合面钢筋；c、箱内增设钢筋混凝土内衬套。方法二：粘钢方案a、压浆封闭斜裂缝；b、粘贴钢板,三、底板横向裂缝1、原因：预应力不足所引起。2、处理方法：方法一、箱内对底板采取体外预应力；方法二、底面粘贴纤维布加强；方法三、体外预应力和粘贴纤
44、维布相结合。,图70-a,3、注意事项：体外预应力引起的病害,图70-b体外预加力的加固方式，必须考虑体外预加力在新设锚固构造处引起的偏心力矩对顶板或底板的弯曲影响，防止顶板或底板裂缝。,四、底板底面纵向裂缝图71这类纵向裂缝主要分布在纵向预应力索范围内（图71），底板底面产生这类纵向裂缝后，可能会伴随着底板厚度方向层离，有的引起局部起壳，严重者底板下半层混凝土脱落。,原因分析： 1、底板曲面在纵向预应力束作用下会产生径向分布力（图72）。如果曲面为抛物线，那么径向分布力为径向均布力。如果钢束弯曲半径很小，则径向力分布力集度会增大，例如图72所示，齿板钢束反向弯曲部位径向力很大。如果施工不当，
45、局部波纹管上浮，使弯曲半径减小，也会增大径向力。,图72,2、在底板束作用下，横截面上底板在各预应力束产生的径向力作用下，底板横截面产生如图所示的弯曲变形，导致底板横向受弯而产生纵向裂缝（图73-ae）。图73-a,图73-b 底板纵向裂缝,图73-c 主桥南边孔箱梁底面裂缝图,图73-d 主桥北边孔箱梁底面裂缝图,图73-e 主桥中边孔箱梁底面裂缝图,3、箱内底板顶面齿板前部产生纵向裂缝（图74）,裂缝原因分析：,图74,图75,齿板前部由于钢束反向弯曲而产生径向力所致。如图75所示。,4、底板在厚度方向的中央产生层离裂缝和表层起壳1）层离裂缝,层离裂缝机理分析：假定底板由两层混凝土板结合而
46、成，由于径向力是作用在波纹管底，故认为底板下层受到径向力引起弹性压缩，由此使底板下层轴线缩短，而板上层未受到径向力故上层轴线不缩短，导致底板上下两层产生拉开。该层离裂缝在曲面中央最宽。见图76、77。,图76某连续梁桥底板预应力索张拉完成后，跨中位置，底板厚度中央层离裂缝,图77为了使底板上下两层共同作用，必须增设足够强的拉结筋，不让它们产生缝隙。由此可见，如果设计时底板上下两层钢筋网之间布设的拉结筋比较薄弱，如仅设带直角勾的拉结筋“”，不能有效抵抗上下层之间产生缝隙的拉力。作为整体底板考虑，当上下层之间的拉应变超过底板混,凝土的极限拉应变就会拉裂，这就是图77底板厚度中央产生层离裂缝的主要原
47、因。这类病害是在施加预应力时就可能发生，因此该病害是设计考虑不周所造成的。2) 底板底面混凝土局部起壳由于预应力管道施工布置误差而引起局部弯折，在预加力作用下会产生径向集中力，该力作用于波纹管底，引起局部冲剪受力破坏而起壳。如图78、79所示。,图78 ,图79 -a 底板混凝土起壳,图79 -b底板混凝土厚度中央层离后，下层横桥向钢筋横向弯曲，混凝土保护层起壳剥落,3) 实例在2005年，我们曾在安徽检查某预应力混凝土变截面连续刚构时，开始仅发现底板纵向裂缝和局部起壳，未见层离裂缝，由于这类裂缝隐含在底板内部，因此检查时很容易忽略，不易诊断出该病害，后又去观测，中跨下挠增加，在底板的泄水孔边
48、发现层离裂缝，该缝宽可达几厘米。底板底面的纵向裂缝由0.3mm增宽到0.5mm。表明该桥技术状况在向差的状态发展。见图80。,图80-a,图80-b,4)建议 对变截面连续箱梁、连续刚构桥和预应力弯桥，不管是新桥还是老桥，在荷载试验之前，必须对底板不容易发现的层离裂缝或裂隙采取无损检测和局部解剖观察相结合的方法来进行检查。这种底板层离裂缝或层离裂隙的产生，一方面对底板的预加力对桥梁应力状态会重新分布，这种改变对桥梁是有害的；另一方面不仅施加预加力的局部截面会产生过大的预压应力，而对桥梁的其他部分造成预加应力不足，降低了桥梁承载能力，甚至演变为危桥。此时若进行荷载试验，必须考虑这一不利因素，测点
49、布置必须具有针对性，试验荷载和加载方式必须慎重研究，不能按常规方式加载，以防在荷载试验时出事故。,图81-b, 目前，有些设计单位已经考虑到这一问题的严重性，在设计中对箱梁板内上下两层钢筋网之间的连接采用封闭式箍筋作为拉结筋，如昆明某连续刚构桥（图81）已采取该措施 。,图81-a, 如果在施工中发生这类病害，应拆除底板， 对拆除部分重新进行设计施工。 如果在运营中桥梁发生这类病害，原则上应 保持结构现状，采用底板加固方案或采用结 构体系转换方案。,五、顶板纵向裂缝 1、病害位置：1）多发生在锚固齿板前，预应力钢索转向部 位，这是 由于顶板上下层钢筋网之间拉结筋较弱引起。2）顶板的锚固齿板以外的纵向裂缝，往往由于施工中 横向预加力管道的位置误差所造成。3）纵向裂缝位置如与波纹管相对应，这有可能是混凝 土收缩所引起。 2、处理方法：1）齿板前的纵向裂缝一般可采用顶板顶面和底面粘贴 钢板并用对穿螺栓夹紧。2）以上“2）”、“3）”所述病害原则上可以采用纤维布 加固。,
