芻議橋梁施工裂縫成因分析及處治措施

王化禹

摘要: 近幾年來，隨著我國交通基礎建設得到迅猛發(fā)展，各地興建了大量的混凝土橋梁。在橋梁工程施工中，裂縫的產(chǎn)生將會嚴重影響橋梁施工質(zhì)量，以及橋梁的使用壽命，因此全面分析橋梁混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，采取積極有效的解決方案，意義重大。文章簡要論述了混凝土裂縫產(chǎn)生的成因與及相關(guān)預防措施。以便施工中做出行之有效的控制方法，合理有效控制裂縫,消除隱患, 保證工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：橋梁施工；混凝土；裂縫；成因；處治對策

橋梁建設是交通建設中重要的組成部分，而橋梁施工的質(zhì)量問題也就顯得尤為重要。在橋梁施工過程中,很容易出現(xiàn)裂縫。裂縫的出現(xiàn)不僅影響工程質(zhì)量甚至還會導致橋梁垮塌；并且已成為影響工程結(jié)構(gòu)使用壽命的重要影響因素之一。其實，如果采取有效的施工技術(shù)措施和管理措施,很多裂縫是可以克服和控制的。為了避免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫, 文章試對混凝土橋梁在施工過程中產(chǎn)生裂縫的原因作較為全面的分析、總結(jié),并提出相應的預防措施,以便在設計和施工時有效地控制裂縫的產(chǎn)生,以保證施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)使用安全。

1 橋梁施工混凝土的應用分析

隨著我國橋梁技術(shù)的突飛猛進，大體積混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中的應用也越來越廣泛?；炷潦菓米顝V泛最重要的工程材料之一，具有取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、耐火性好、不易風化、養(yǎng)護費用低等優(yōu)點，可以預計隨著我國基礎設施建設規(guī)模的迅猛發(fā)展，其應用領(lǐng)域還會進一步拓寬。在應用混凝土材料進行建筑結(jié)構(gòu)、公路、橋梁及隧道等工程建設中，人們也發(fā)現(xiàn)，混凝土開裂是最常見的一種病害，并且已成為影響工程結(jié)構(gòu)使用壽命的重要影響因素之一。在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的各種各樣的裂縫，形成的原因也是千差萬別，因此其危害性也會有顯著的差異，在橋梁施工中，混凝土裂縫是常見的問題，然而，裂縫的產(chǎn)生對橋梁壽命的影響是巨大的。在施工中，全面分析裂縫產(chǎn)生機理，控制施工溫度，對于產(chǎn)生的裂縫必須采取積極有效的措施，一定要嚴格施工管理，采用合理科學的施工措施，正確選擇原材料，就提高混凝土本身抗拉性能，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，確保工程質(zhì)量，避免由于出現(xiàn)裂縫而影響工程的質(zhì)量，從而避免橋梁裂縫的產(chǎn)生，保質(zhì)保量地完成橋梁混凝土的施工，為橋梁建設事業(yè)發(fā)揮有效措施，在實際施工中由于所處的環(huán)境變化大施工難度不一，會碰到許多復雜的新難題、有待同行們努力鉆研、共同克服施工難題。

2橋梁混凝土裂縫的成因

2.1荷載作用產(chǎn)生的裂縫

鋼筋混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫,又可細分為直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。承受拉(軸)力和彎矩的鋼筋混凝土構(gòu)件在橫截面會產(chǎn)生一維的拉應力,承受剪力和扭矩及其他復合受力結(jié)構(gòu)則會出現(xiàn)主拉應力,它們都可能會在垂直于主拉應力的方向產(chǎn)生裂縫。裂縫一般沿構(gòu)件寬度方向貫通部分截面或全截面。根據(jù)截面形狀的不同,荷載裂縫的形態(tài)也會有所不同。

2.2 混凝土收縮引起的裂縫

在實際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,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。

塑性收縮。發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4～5 h左右,此時水泥水化反應激烈,分子鏈逐漸形成,出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā),混凝土失水收縮，同時骨料因自重下沉,因此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大,可達1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。

縮水收縮(干縮)。混凝土結(jié)硬以后,隨著表層水分逐漸蒸發(fā),濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失很快,內(nèi)部損失慢,因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內(nèi)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其抗拉強度時,便產(chǎn)生收縮裂縫。

2.3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(jié)構(gòu)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活載應力。溫度裂縫區(qū)別于其他裂縫的最主要特征是隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化的主要施工因素有以下方面。

1)水化熱。出現(xiàn)在施工過程中,大體積混凝土(厚度超過2.0 m)澆筑之后由于水泥水化放熱,致使內(nèi)部溫度很高,內(nèi)外溫差太大,致使表面出現(xiàn)裂縫。施工中應根據(jù)實際情況,盡量選擇水化熱低的水泥品種,限制水泥單位用量,減少骨料人模溫度,降低內(nèi)外溫差,并緩慢降溫,必要時可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進行內(nèi)部散熱,或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。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。

2.4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(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應力,超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力,導致結(jié)構(gòu)開裂。基礎不均勻沉降的主要原因有：1）地基地質(zhì)差異太大,地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降2）結(jié)構(gòu)荷載差異太大。在不改變條件地質(zhì)情況下，各部分基礎荷載差異太大時,有可能引起不均勻沉降。3）結(jié)構(gòu)基礎類型差別大,也可能引起地基不均勻沉降。4）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。5）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。6）拱橋等產(chǎn)生水平推力的結(jié)構(gòu)物,對地質(zhì)情況掌握不夠、設計不合理和施工時破壞了原有地質(zhì)條件是產(chǎn)生水平位移,導致結(jié)構(gòu)開裂。

2.5施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

1)混凝土保護層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,承受負彎矩的受力筋保護層加厚,導致構(gòu)件的有效高度小,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,導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。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,增加和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,導致混凝土凝結(jié)硬時收縮量增加,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(jié)力小?；蚝鬂不炷琉B(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(gòu)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(cè)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?；炷翉姸炔蛔?使得構(gòu)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)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)。13)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(jié)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(jié)構(gòu)開裂。

3橋梁混凝土裂縫的施工防治措施

3.1材料的控制

施工工藝是保證混凝土構(gòu)件質(zhì)量的關(guān)鍵、除施工的施工操作應嚴格按照施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進行,對原材料鋼筋、水泥、砂、碎石、水等都應進行嚴格的抽樣檢驗。對混凝土配合比應進行對比試驗。在高溫下或雨后施工對砂、碎石應進行含水量實驗,及時調(diào)整施工配合比,確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量。

3.2溫度的控制

1)改善骨料級配,采用干硬性混凝土、加添加劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;拌和混凝土時用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;在混凝土中埋設水管,通入冷水降溫;規(guī)定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化;施工中長期暴露的混凝土澆筑體表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)采用保溫等措施。2)合理地分縫分塊,避免基礎過大起伏;合理地安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。另外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力。防止表面干縮。特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫十分重要。應特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫,出現(xiàn)后要恢復其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的。因此,施工中應以預防其貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

3. 3非結(jié)構(gòu)性裂縫防止措施

防止塑性沉降裂縫的措施有基礎處理、支架搭設進行科學設計、嚴格施工。對支架進行全面積預壓以消除非彈性變形;混凝土中加減水劑減少混凝土泌水,確?；炷帘Ｗo層厚度、混凝土施工時進行二次抹面。防止塑性收縮裂縫的措施有加強早期混凝土養(yǎng)護以降低混凝土中水份蒸發(fā)速率。方法是結(jié)構(gòu)外露面覆蓋麻袋、海綿等澆水濕治養(yǎng)護。防止溫差裂縫的措施有合理安排混凝土澆注順序及澆筑速度,在混凝土澆注的過程中消除部分溫差。夏季施工時骨料要灑水降溫,冬季施工時混凝土表面應覆蓋保溫。

防止干縮裂縫的措施有設計部門布設足夠的控制裂縫的分布筋。施工配合比設計時減小水灰比。盡量增加骨料用量、增大骨料粒徑。施工完成后加強混凝土的濕治養(yǎng)護。防止龜裂的措施有配合比設計時水泥用量不宜過多。振搗要密實而不過振,混凝土表面泌水及浮漿要及時清除并注意及時養(yǎng)護。

4結(jié)語

總而言之,在橋梁施工過程中,只要嚴格控制好材料質(zhì)量、施工工藝、以及現(xiàn)場的施工管理,根據(jù)現(xiàn)場條件,材料特點,氣溫等多種因素,采取合理的措施,就能有效地控制裂縫的產(chǎn)生,確保工程質(zhì)量。

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