混凝土橋梁裂縫成因及防控措施

摘要：研究表明，橋梁發(fā)生損害和坍塌主要是由于橋梁的結構強度降低，這些首先都是從裂縫發(fā)生、擴展而最終引發(fā)的。鑒于裂縫對混凝土橋梁的結構美觀、耐久性的巨大威脅，文章從混凝土橋梁裂縫的成因出發(fā)，總結了各類混凝土裂縫機理，最后提出了相應的解決措施。

關鍵詞：混凝土橋梁；橋梁裂縫；裂縫成因；裂縫防控措施；橋梁坍塌 文獻標識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2016）24-0113-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.24.056

道路橋梁是道路運輸?shù)年P鍵節(jié)點，橋梁中出現(xiàn)裂縫將會對整個橋梁的結構穩(wěn)定性造成影響。在道路橋梁施工過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)裂縫，是諸多因素導致的，裂縫對橋梁的美觀造成影響，更主要的是會使橋梁結構強度發(fā)生變化，對道路橋梁的使用安全性和穩(wěn)定性產生致命的后果。橋梁表面的裂縫會因為滲透作用暴露在自然界中，經(jīng)過風吹日曬，導致橋梁中鋼筋腐蝕，導致橋梁使用穩(wěn)定性與安全性下降，隨著橋梁結構強度的下降，最終也會對橋梁的使用壽命大打折扣。因此，對道路橋梁施工中裂縫成因進行分析，并提出相應的預防措施，具有重要的研究意義。

1 裂縫成因分析

1.1 溫度裂縫

在施工過程中，大體積混凝土（h>2m）澆筑時水泥水化放熱，混凝土吸收大量的熱但是不能及時散失時會致使內部溫度升高，高出環(huán)境溫度，造成混凝土內部和外表之間的外溫差太大，使混凝土表面收縮產生裂縫。當橋梁底部發(fā)育堅硬基巖或是老混凝土時，會嚴重約束大體積混凝土的冷凝過程，一旦在澆筑混凝土的過程中沒有控制好混凝土時間，就會產生內外溫差，在受溫差作用下混凝土發(fā)生收縮變形，導致最大約束應力集中在堅硬的基底，從基底往上向上約束力則迅速衰減。在混凝土降溫過程中不斷受到下覆基巖的約束作用在應力集中處開裂。

我國很大部分處于北溫帶，四季分明，施工中一般以1月和7月月平均溫度作為溫度的季節(jié)性變化幅度差，這種季節(jié)性的溫度變化一般來說比較小，但是如果橋梁的變形緩沖帶沒有設計好（過窄或者應變方向與裂縫不一致），就會產生裂縫。另外，在春秋季節(jié)，晝夜溫差大，加上日照角度會導致橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬時間大于其他部位，從而引發(fā)橋梁內部拉應力聚集，致使裂縫發(fā)生。另外，短時間內的溫度驟變（如夏天突降大雨、日落等）都可導致結構外表面溫度突然下降，造成潛在裂縫。

1.2 荷載裂縫

荷載裂縫是當在靜、動荷載及次應力超過橋梁的應變極限時產生的裂縫，根據(jù)受力來源可以將荷載裂縫分為直接應力裂縫和二次應力裂縫。前者是在外荷載作用超出橋梁應變強度下產生的裂縫，這種裂縫的產生主要是設計原因，橋梁結構模型不合理、荷載漏算等導致力學假設小于結構實際受力，設計時沒有考慮施工的可操作性、設計斷面過小、鋼筋密度和規(guī)格設置不當、設計圖紙交代不清造成施工誤差等也是導致混凝土結構開裂的重要因素。另外，在施工過程中，橋梁結構尚未成型，施工時機具材料隨意堆放造成應力過于集中，施工時不按設計圖紙進行，隨意更改橋梁結構或者沒有按照規(guī)定的施工順序使得橋梁在初期階段結構受力模式不均一，加上施工機器的劇烈振動，造成橋梁結構受力開裂。在使用階段，橋梁的實際荷載超出設計載荷，橋下船舶的接觸、大風、大雪、地震、爆炸等也是導致混凝土開裂的重要原因。

1.3 施工裂縫

在對橋梁進行混凝土澆筑、拆模時可能發(fā)生工藝不科學、材料不合格導致混凝土結構的質量低劣，結構應力達不到設計標準，容易在施工后期產生各向的和各種規(guī)模的裂縫，尤其是在那些細長薄壁的結構更容易出現(xiàn)施工裂縫。

橋梁在進行分段或者分層澆筑時，接頭部位處理不到位，容易在銜接處產生裂縫。原因可能是多方面的，比如突然停電、下雨未能及時完整地進行澆筑，導致層面之間產生垂直。另外，混凝土澆筑過快，由于混凝土流動性較低，當澆筑速度過快時導致混凝土硬化前沉實不足，可能在澆筑短時間內就會發(fā)生裂縫。在混凝土澆筑完成以后，初期的養(yǎng)護環(huán)境不好，比如天氣干燥導致混凝土表面或者淺層水分散失快，內外失衡，與大氣接觸的表面上由于硬化過快而出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

2 預防措施

2.1 加強混凝土橋梁的施工過程管理

施工因素的過程造成裂縫產生的可能性較大，因素也較多，在橋梁的混凝土澆筑施工過程中，要做好裂縫的預防工作，重視施工細節(jié)，嚴格按照設計要求，材料尺寸規(guī)格進行。重視水泥混凝土等重要原材料的采購以及進場后的存放控制與管理。在混凝土材料的選擇上，應該選擇質量高、性能好的材料，把好材料關，科學地進行混凝土原料的配置比，嚴格按照程序進行堆放澆筑。此外，還要定期對施工人員進行安全質量的培訓，既要施工質量，又要做好施工過程的安全管理，保證施工隊伍的專業(yè)素質，為橋梁施工的進行提供可靠保證。另外，在施工過程中要做好質量監(jiān)督，落實施工時是否按照設計圖紙與相關標準進行，保證施工的準確性，降低裂縫發(fā)生概率。

2.2 對混凝土溫度控制進行加強

做好混凝土溫度的控制，按照工藝流程和標準進行以避免混凝土的膨脹，實踐表明，通過在配制混凝土的過程中加入適量的水分在骨料當中，可以有效地降低混凝土的膨脹。夏季施工要做好混凝土的散熱工作，過厚的混凝土塊要分塊適度進行散熱處理，避免溫度裂縫的產生，可以結合塑性沉降裂縫的特點，重視混凝土的早期的養(yǎng)護工作，降低水分的蒸發(fā)量，必要時進行適當?shù)难a水以預防塑性裂縫。控制好澆筑的時間-速度和基底約束應力，若變形遭到約束，則在混凝土結構內將產生應力，避免超過混凝土抗拉強度。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。施工中應根據(jù)實際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，減少水化作用產生的熱量，限制水泥單位用量，減少骨料入模溫度，降低內外溫差，緩慢降溫，可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)對混凝土內部散熱或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。

2.3 做好混凝土的澆筑

混凝土的一次澆筑量要根據(jù)應力結構設計，既要滿足各環(huán)節(jié)的施工能力，以保證混凝土的連續(xù)澆筑，不能一味追求工期向前趕進度。對現(xiàn)場澆筑的混凝土要進行實時有效的監(jiān)控，澆筑前要做好試驗確認，根據(jù)可靠方法調整混凝土的坍落度，避免隨意加水。澆筑時要保持鋼筋、模板、定位筋等保持原形?；炷凉こ虄炔侩y以察覺，為了澆筑勻質密實的混凝土，不僅要考慮結構的澆筑區(qū)域、構件，澆筑混凝土要均勻、密實，并選用適當?shù)臋C具與澆筑方法。墻體垂直結構分層澆筑時，為了避免下層混凝土在硬化初期發(fā)生沉降而產生橫向裂縫，在進行分層澆筑時要保持上下層混凝土一體化，在下一層混凝土初凝前將上一層混凝土澆筑完畢，一次澆筑厚度以混凝土不離析為準，在澆筑上層混凝土時須將振搗器插入下一層混凝土5cm左右以便形成整體。澆筑的混凝土要填充到鋼筋、埋設物周圍及模板各個角落，要振搗密實，不得漏振，也不得過振，避免構件變形。

3 結語

通過對混凝土橋梁裂縫成因的總結，得出了施工中容易產生裂縫的常見原因，并提出了相應的施工防裂控制技術。裂縫應是鋼筋混凝土橋梁建設養(yǎng)護的重點，裂縫的80%為變形裂縫，僅20%為荷載裂縫，為了有效預防裂縫，要按有關橋梁規(guī)范進行結構設計，按照混凝土澆筑順序，做好混凝土的養(yǎng)護，在濕澆縫的設置、預應力筋的張拉工藝等環(huán)節(jié)上嚴格控制。

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作者簡介：蔣華，徐州市市政設計院有限公司重慶分公司工程師。

（責任編輯：小 燕）