公路橋梁混凝土裂縫原因及防治措施研究

摘 要：路橋建設(shè)作為我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化建設(shè)的重要部分，公路橋梁屬于運輸線重要組成，其在施工建設(shè)中至關(guān)重要。目前，公路橋梁建設(shè)多為混凝土，而混凝土施工往往存在著出現(xiàn)裂縫問題，對于裂縫進(jìn)行控制將直接影響路橋建設(shè)施工質(zhì)量。我國公路橋梁建設(shè)由于施工地理差異常會出現(xiàn)施工特殊性，因此必須針對公路橋梁混凝土施工過程中產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行分析，并找出相應(yīng)的對策以供參考。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；混凝土；裂縫；原因；措施

嘉紹大橋全長10.137公里，是杭州灣跨海大橋的三分之一長度。橋面寬40.5米，8車道，設(shè)計速度為100公里/小時。嘉紹大橋是世界上最長、最寬的多塔斜拉橋，主橋長2680米，分出5個主通航道，總寬達(dá)55.6米（含布索區(qū)），索塔數(shù)量、主橋長度規(guī)模位居世界第一。本文基于修建嘉紹大橋的相關(guān)混凝土裂縫處理情況進(jìn)行分析和探討，對于公路的的質(zhì)量遭受損害混凝土裂縫損害提出了一些應(yīng)對性策略以供參考。

1 公路橋梁混凝土裂縫類型

1.1 收縮裂縫

一般的混凝土收縮裂縫主要分為自生收縮、塑性收縮、碳化收縮以及縮水收縮等幾個重要類型?；炷翝仓?，5小時之內(nèi)，混凝土內(nèi)部發(fā)生激烈的水化反應(yīng)，此時混凝土水分和泌水出現(xiàn)快速蒸發(fā)，使得混凝土因為失水而出現(xiàn)收縮?；炷猎谝欢仓r間內(nèi)混凝土中的水分不斷消失，混凝土的本身體積也不斷減小，隨即會引發(fā)混凝土裂縫?；炷潦湛s性裂縫分為干縮裂縫和水收縮裂縫。收縮性裂縫其實質(zhì)就是混凝土內(nèi)水分散失，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)不同程度的收縮，進(jìn)而混凝土出現(xiàn)裂縫。

1.2 載荷裂縫

載荷裂縫主要是橋梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)靜載或者運動載引發(fā)混凝土裂縫。一般將混凝土載荷裂縫分為應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫，針對應(yīng)力裂縫而言，橋梁架構(gòu)在外載荷作用下而出現(xiàn)裂縫。載荷裂縫主要在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時期設(shè)計方案不合理或者出現(xiàn)設(shè)計誤差而產(chǎn)生的一種裂縫。如，結(jié)構(gòu)設(shè)計中安全系數(shù)通常會選用不正確或者計算過程出現(xiàn)差異。具體表現(xiàn)在施工過程中施工材料、施工機(jī)器隨地亂放，施工中沒有嚴(yán)格按照施工圖紙操作。另外，次應(yīng)力載荷主要由于設(shè)計人員在進(jìn)行混凝土設(shè)計時沒有考慮清楚計算過程中的誤差和實際工作差異，使得橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部次應(yīng)力。

1.3溫度裂縫

溫度裂縫的形成原理主要是混凝土內(nèi)外溫差變化使得混凝土路面出現(xiàn)裂縫，溫度變化過大使得混凝土內(nèi)外溫差變大，從而引發(fā)混凝土裂縫?；炷了幍沫h(huán)境溫差變大致使混凝土結(jié)構(gòu)受到熱脹冷縮作用出現(xiàn)形變，進(jìn)而出現(xiàn)溫差應(yīng)力。溫差應(yīng)力超出了混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)的承受范圍，就會產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫會受到天氣氣候的影響，如溫度驟變、日照溫度影響等均會造成裂縫。施工單位必須要切實做好相應(yīng)的防護(hù)工作，將裂縫問題控制源頭，以此來提高橋梁混凝土的穩(wěn)固作用。

2 公路橋梁混凝土裂縫產(chǎn)生原因

2.1 溫度變化

由于溫度變化引起的混凝土裂縫非常常見，溫度變化已經(jīng)成為當(dāng)前公路橋梁出現(xiàn)混凝土裂縫的重要原因。公路橋梁混凝土施工由于混凝土內(nèi)外的溫度變化，使得混凝土結(jié)構(gòu)變形?；炷磷冃螌?dǎo)致公路橋梁運輸受到影響，究其出現(xiàn)混凝土裂縫的原因主要是混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)溫差變化，產(chǎn)生了溫度應(yīng)力。公路橋梁的混凝土的拉力承受力有限，若出現(xiàn)混凝土的應(yīng)力超出了抗拉強(qiáng)度，那么就會出現(xiàn)裂縫，而這種形式產(chǎn)生的裂縫被稱為溫度裂縫?；炷羶?nèi)外的溫差變化造成了混凝土出現(xiàn)裂縫在處理的時候必須要注意溫差變化產(chǎn)生的裂縫。

2.2 載荷引起裂縫

公路橋梁路面會受到多方面的載荷，包括動力在和、次應(yīng)力以及靜力載荷幾個方面的影響。當(dāng)載荷超出了公路橋梁的承受力，或者公路橋梁的路面受到載荷長時間的影響也會出現(xiàn)裂縫。根據(jù)載荷種類的不同會引起不同類型的裂縫，同時在進(jìn)行裂縫判定的時候?qū)⑤d荷引起的裂縫分為：剪切裂縫、局部應(yīng)力裂縫、扭曲裂縫、彎曲裂縫。載荷種類不同會引起混凝土裂縫不同，因此在進(jìn)行裂縫判定的時候需考慮到載荷差異。

2.3 冰凍影響

冰凍影響主要是混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象，其主要發(fā)生在零攝氏度以下的情況下。冰凍原因主要是溫度過度使得游離狀態(tài)水逐漸轉(zhuǎn)化為固態(tài)冰，此時混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)膨脹。冰凍影響造成混凝土中凝膠孔過冷，引起微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分而引起滲透壓，混凝土中的膨脹力加大，混凝土的強(qiáng)度降低，最后引起混凝土路面出現(xiàn)裂縫?；炷脸跄臅r候受凍最嚴(yán)重，混凝土的強(qiáng)度隨著成齡損失變得很大。

2.4 收縮引起裂縫

收縮裂縫一般都是在公路的表面，裂縫的寬度比較細(xì)，大多數(shù)為縱橫交錯，形狀沒有任何規(guī)律。收縮縫造成混凝土表面水分蒸發(fā)，水分蒸發(fā)之后由表及里不斷變化，內(nèi)外的干縮量不一樣，造成了混凝土表面變形受到內(nèi)部約束或者其他方面限制，使得混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而引起混凝土開裂?；炷猎缙陴B(yǎng)護(hù)不當(dāng)也很容易造成混凝土表面被風(fēng)吹日曬，使得表面水分蒸發(fā)過快，產(chǎn)生的拉應(yīng)力過大，混凝土早期的強(qiáng)度低，極易出現(xiàn)收縮性裂縫。高度較大的混凝土梁由于腰部水平鋼筋的間距過大，在腰部會產(chǎn)生豎向的收縮縫，大多數(shù)收縮縫集中在構(gòu)件的中央。大體積混凝土的收縮縫多分布在平面位置，但是在兩側(cè)也會有少量的收縮縫。

2.5 地基變形引起裂縫

地基發(fā)生變形主要是由于不均勻沉降引起，地基構(gòu)件發(fā)生約束性變形，使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生變化，而一旦句結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力超出自身的抗拉強(qiáng)度，此時混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱部位就會發(fā)生沉降裂縫。橋梁工程中由于沉降不均勻?qū)е侣访娉霈F(xiàn)裂縫，其主要的原因在于地質(zhì)勘查不到位，沒有掌握地質(zhì)情況下進(jìn)行施工，很容易導(dǎo)致地基不均勻沉降而引起路面裂縫。如，丘陵地區(qū)的橋梁進(jìn)行勘查時由于鉆孔的距離過遠(yuǎn)，加之基巖面起伏過大，勘察的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無法真實反映當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)狀況。地基的地質(zhì)條件太差也會造成勘查不精準(zhǔn)，在山區(qū)溝谷中建造橋梁的時候，由于河溝地質(zhì)和山坡地質(zhì)的差異比較大，河溝的地質(zhì)比較軟，山坡的地質(zhì)較硬，修建公路或者橋梁會出現(xiàn)不均勻的沉降。

3 公路橋梁混凝土裂縫防范措施

3.1 載荷類型裂縫防治措施

載荷原因造成的混凝土裂縫對于路面的危害比較大，載荷類型的裂縫若大于0.3mm就會引起橋梁的安全結(jié)構(gòu)威脅。目前，針對載荷引起的混凝土裂縫進(jìn)行防治屬于混凝土裂縫工作重點，其具體的措施在：第一，采用合理的分塊模式和結(jié)構(gòu)方式。裂縫防治施工中若允許在路面設(shè)施施工縫，可以根據(jù)溫度裂縫的要求對路面裂縫進(jìn)行分塊，并采取相應(yīng)連接方式。橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行澆筑混凝土的時候，必須要考慮到橫向受力筋分布情況，確保鋼筋受力分布均勻；第二，合理布置鋼筋。選用鋼筋的時候，應(yīng)該盡量選擇小直徑鋼筋，實現(xiàn)密集布鋼筋，間距為9±1cm。橋梁結(jié)構(gòu)邊緣施工需要加強(qiáng)布筋，可設(shè)置抗剪切鋼筋；第三，避免鋼筋出現(xiàn)腐蝕?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)避免鋼筋出現(xiàn)腐蝕，根據(jù)施工要求加入控制保護(hù)層，進(jìn)一步保護(hù)混凝土的耐久度，另外還可以加入一些添加劑以起到混凝土加固目的。

3.2 溫度型裂縫預(yù)防措施

溫度裂縫和混凝土品種、用量等有關(guān)，混凝土的用量越大，其水化熱也越高，其內(nèi)部的溫度也將更高。一般來講，每立方米的混凝土增減10kg會引起水化熱出現(xiàn)1℃左右差異。通常在溫度裂縫控制中還會添加一些添加劑或者粉煤灰來加強(qiáng)平衡混凝土的內(nèi)外溫差，以滿足混凝土在水熱化反應(yīng)時不至于內(nèi)外溫差過大引起裂縫。橋梁混凝土裂縫控制設(shè)計中需要加入添加劑來降低水化熱，避免在絕熱條件下出現(xiàn)混凝土散熱升溫，增強(qiáng)混凝土的抗裂能力。添加外加添加劑可以有效降低水化熱，延緩放熱的峰值時間，并最終降低橋梁混凝土出現(xiàn)裂縫的概率。

溫度裂縫的預(yù)防控制還應(yīng)在澆筑混凝土的時候加強(qiáng)控制，尤其在混凝土出機(jī)和澆筑溫度控制，也可以有效防止溫度裂縫。常見的溫度裂縫澆筑過程中控制時降低石子溫度，避免因為石子長時間受到陽光照射之后溫度升高，而在打混凝土?xí)r混凝土攪拌溫度過大。石子管理時應(yīng)搭建遮陽棚，或者將石子集體灑水。

3.3收縮性裂縫控制措施

收縮性裂縫控制時必須要控制混凝土的單位用水量及水膠比，預(yù)防收縮性裂縫時要接力使用雙摻技術(shù)，可以有效防止收縮性裂縫產(chǎn)生。為了降低混凝土的用水量，可以實施添加外加劑和摻合料聯(lián)用，其效果更加好?；炷龄摻顚τ谑湛s值的影響比較明顯，其約束效果受到鋼筋配比率的影響，鋼筋混凝土構(gòu)件越密集、越細(xì)則混凝土的極限拉伸效果越佳。部分公路橋梁混凝土施工過程中收縮性裂縫還會受到坍落度、施工質(zhì)量的影響，同時在混凝土的中部骨料也受到影響，混凝土表面有大量的砂漿，導(dǎo)致了不均勻收縮，其收縮比例約為正常條件下的3.6倍。

4 混凝土施工質(zhì)量體系管理

4.1 加強(qiáng)施工材料管理

施工材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)也會引起混凝土產(chǎn)生裂縫，因此必須在橋梁混凝土施工中加強(qiáng)對施工材料管理。施工技術(shù)作為施工質(zhì)量的最基礎(chǔ)保障，而施工材料又是橋梁混凝土施工的重點質(zhì)量控制點。對于施工材料的管理，必須要從下面幾個方面入手：第一，加強(qiáng)施工采購。施工材料采購過程中必須對施工材料進(jìn)行規(guī)格、采購商等進(jìn)行控制，對于不合格的施工材料進(jìn)行集中處理，而對于一些信譽(yù)度不夠的材料供應(yīng)商應(yīng)該提出質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)；第二，加強(qiáng)材料進(jìn)場管理。物資部、試驗室必須要對采購的材料進(jìn)行管理，檢查入場的材料是否符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，明確材料入場人員對質(zhì)量控制要求，進(jìn)行原材采樣試驗并報監(jiān)理驗收。對于檢查不合格的原材堅決給與退場處理，并根據(jù)合同文本進(jìn)行相應(yīng)的處罰；第三，加強(qiáng)材料在場地的堆放保存管理。對于入場的材料進(jìn)行分類擺放，尤其是加強(qiáng)雨水管理，如水泥材料不可浸水，必須在材料進(jìn)場之后搭棚保護(hù)材料不被雨水沖刷。

4.2 加強(qiáng)混凝土的施工過程

均勻布料，布料順序為先兩邊后中間?；炷练謱硬剂?，分層厚度按30cm，控制禁止用振搗棒趕料。炎熱氣候條件下，混凝土的入模溫度不超過30℃，宜安排在晚上進(jìn)行砼澆筑。冬期施工時，混凝土的入模溫度不低于5℃?；炷翝仓r為了減小混凝土自由落體高度，在使用汽車泵澆筑時，加長汽車泵軟管。軟管插入待澆筑混凝土面附近，保證混凝土自由傾落高度不大于2m。拖泵澆筑時需要懸掛串筒進(jìn)行混凝土澆筑；串筒間用鎖鏈等進(jìn)行鉤掛串聯(lián)形成整體，串筒出料口距混凝土澆筑面的高度不超過1m?；炷琳駬v分區(qū)塊由專人負(fù)責(zé)，分層布料、分層振搗。振搗人員對澆筑混凝土面層進(jìn)行振搗，混凝土振搗時“快插慢拔”，每一振點的振搗延續(xù)時間以混凝土不再沉落、表面呈現(xiàn)浮漿為度；注意不得早振、漏振、過振?；炷翐v實后24h之內(nèi)，不得受到振動。

4.3 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)與保護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)工作至關(guān)重要，其直接影響到混凝土施工質(zhì)量。其中在進(jìn)行混凝土早期養(yǎng)護(hù)的時候，應(yīng)該注重以下幾個方面著手：（1）自然養(yǎng)護(hù)期間，在混凝土澆筑結(jié)束1小時內(nèi)對混凝土進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)；（2）保證混凝土在施工期間的溫度不小于正常使用期間的穩(wěn)定溫度；（3）防止混凝土因為內(nèi)外溫差影響而產(chǎn)生裂縫；（4）避免混凝土因為結(jié)構(gòu)溫度過低而出現(xiàn)內(nèi)部水分凝結(jié)。（5）混凝土模板拆除的時間，應(yīng)按結(jié)構(gòu)特點、自然氣溫和砼所達(dá)到的強(qiáng)度來確定，一般以緩拆為宜。拆除模板時，混凝土與環(huán)境的溫差不得大于15℃。冬季拆模應(yīng)優(yōu)先考慮在中午、下午等氣溫相對較高的時段進(jìn)行，以防止拆模后新鮮混凝土迅速遇冷，產(chǎn)生收縮裂紋。在拆除模板過程中，如發(fā)現(xiàn)混凝土有凍害現(xiàn)象，應(yīng)暫停拆卸，經(jīng)處理后方可繼續(xù)拆卸。對已拆除模板的混凝土，應(yīng)盡量在2h內(nèi)采取保溫材料予以保護(hù)。（6）安排專人進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理，根據(jù)現(xiàn)場實際情況按時按次進(jìn)行薄膜覆蓋加灑水養(yǎng)護(hù)，并且認(rèn)真填寫?zhàn)B護(hù)記錄，養(yǎng)護(hù)做到責(zé)任到人。夏季養(yǎng)護(hù)采取多次灑水，或使用噴淋自動灑水養(yǎng)護(hù)為宜。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時禁止灑水，采取覆蓋措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。冬季施工甚至需要加蓋防風(fēng)棉布進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)，有條件的購買專業(yè)養(yǎng)護(hù)液對混凝土面進(jìn)行噴涂養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)護(hù)，效果更佳。

非承重側(cè)模板應(yīng)在混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa，拆模時間盡量避開大風(fēng)天氣，當(dāng)無法避開時，應(yīng)使用纜風(fēng)繩，防止模板擺動弧度過大。拆模按立模順序逆向進(jìn)行拆模。

4.4 提高施工作業(yè)人員技術(shù)水平

提升混凝土施工質(zhì)量不僅要從施工技術(shù)和施工材料方面入手，而且還要加強(qiáng)施工人員的素質(zhì)和專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。入職的施工技術(shù)人員必須要經(jīng)過培訓(xùn)之后，達(dá)標(biāo)者方可進(jìn)入工地施工?；炷潦┕ぜ夹g(shù)人員水平不高直接會影響混凝土施工質(zhì)量，因此必須要提高混凝土施工人員的專業(yè)素質(zhì)，以確保公路橋梁施工技術(shù)質(zhì)量。具體做法：（1）培訓(xùn)員工專業(yè)技術(shù)。施工企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對混凝土施工操作員的專業(yè)技術(shù)知識培訓(xùn)，提升所有操作員的專業(yè)素質(zhì)和技術(shù)水平；（2）努力提升工作人員的思想素質(zhì)。所有技術(shù)人員必須要認(rèn)清楚自己的位置，努力學(xué)習(xí)精心研究，不斷在實踐中提升自己的專業(yè)素質(zhì)，樹立起技術(shù)無止境的思想意識；（3）重視企業(yè)技術(shù)人員的年終審核。由于近年來，公路橋梁混凝土施工技術(shù)日新月異，新技術(shù)被不斷應(yīng)用于施工實踐之中，這就要求施工技術(shù)人員也應(yīng)該與時俱進(jìn)，積極提升自己新技術(shù)，跟上時代的步伐努力拓展自身技術(shù)。

4.5對重大施工技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行改革

施工技術(shù)和施工設(shè)備也是施工技術(shù)質(zhì)量的重要影響因素，所以，作為一流的企業(yè)，應(yīng)該重視起對施工技術(shù)的提升和施工設(shè)備的改革。首先，企業(yè)應(yīng)該明確公路橋梁建設(shè)的重要性，現(xiàn)在橋梁施工質(zhì)量都是終身制，不僅是對企業(yè)同時也與施工隊伍直接掛鉤，必須保證橋梁的質(zhì)量及耐久性；其次，企業(yè)應(yīng)該加大對公路橋梁施工建設(shè)資金的投入，更新陳舊落后的施工設(shè)備，避免因為施工設(shè)備問題影響施工的正常進(jìn)行；最后，建筑企業(yè)還應(yīng)該積極引進(jìn)新技術(shù)，利用國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)來提升企業(yè)施工水平，通過技術(shù)來打造建筑企業(yè)的核心競爭力，為實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供重要保障。

結(jié)束語：現(xiàn)階段，我國正處于大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)的重要時期，隨著經(jīng)濟(jì)全球化日益加劇，實現(xiàn)技術(shù)水平提升已經(jīng)成為建筑企業(yè)的核心目標(biāo)。公路橋梁施工中出現(xiàn)混凝土裂縫是較為常見的，但是混凝土出現(xiàn)裂縫會對橋梁的壽命產(chǎn)生負(fù)面影響，嚴(yán)重的會導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)破壞。因此在施工中應(yīng)針對其產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并結(jié)合項目要求采用合理的應(yīng)對措施，降低裂縫的出現(xiàn)。同時還應(yīng)嚴(yán)格按照國家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計、施工和監(jiān)理，在施工管理過程中，進(jìn)一步加強(qiáng)巡查和管理，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，這樣才能保證公路橋梁的施工質(zhì)量。

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作者簡介：

劉益鋒（1986.11），男，漢族，江蘇鹽城市人，本科，職稱：助理工程師，研究方向：公路與橋梁