試述鐵路橋梁墩身混凝土裂縫成因及其控制措施

陳高潮

摘要：近年來鐵路橋梁建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，盡管在此過程中施工質(zhì)量逐步提升，但也不可避免地存在一些問題，主要體現(xiàn)在墩身砼的開裂方面，進(jìn)而難以實現(xiàn)車輛的安全通行，并且會影響墩身的外部美觀性，因此當(dāng)前需要把握好溫度、濕度、結(jié)構(gòu)設(shè)計等引發(fā)裂縫的因素，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行針對性處理。

關(guān)鍵詞：鐵路橋梁;墩身混凝土;裂縫成因;控制措施

鐵路橋梁的建設(shè)是一項工期長、規(guī)模大且極其復(fù)雜的工程，需要充分考慮材料、工藝、地質(zhì)條件等多項因素。而墩身混凝土作為一個重要的施工環(huán)節(jié)，更應(yīng)該引起關(guān)注。結(jié)合當(dāng)前的情況來看，墩身裂縫現(xiàn)象較為普遍，在程度及形式上也存在一定的差異，而其成因也包含多個方面，最終不僅會降低鐵路橋梁的安全性能，同時還會增加經(jīng)濟(jì)損失，因此必須嚴(yán)加控制。

一、裂縫成因

導(dǎo)致墩身混凝土裂縫的原因較多，主要包括以下幾點。第一是溫度，混凝土在硬化過程中水化熱釋放量會持續(xù)增加，導(dǎo)致內(nèi)部核心溫度升高，形成表面拉應(yīng)力，冷卻之后又會形成內(nèi)部拉應(yīng)力，如果這些力高于砼的抗裂能力，則會引發(fā)裂縫現(xiàn)象。第二是濕度，混凝土表面與內(nèi)部的濕度變化情況差異較大，表面濕度始終處于變化狀態(tài)，并且某些時期變化十分劇烈，而內(nèi)部濕度則處于較為平穩(wěn)的狀態(tài)，升高或降低幅度較小且變化速度十分緩慢?；诖朔N原理，如果養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，導(dǎo)致砼表面濕度不夠均勻，則會導(dǎo)致砼外部干縮形變，引發(fā)裂縫問題。第三是凍脹，氣溫處于0℃以下時，飽和狀態(tài)的混凝土易冰凍，體積會直接增大，內(nèi)部則會不可避免地產(chǎn)生膨脹應(yīng)力[1]，從而引發(fā)裂縫現(xiàn)象。但如果墩身施工處于夏季，則無需考慮這一因素。第四是鋼筋銹蝕，銹蝕后鋼筋體積會增大許多，進(jìn)而導(dǎo)致同處混凝土承受內(nèi)壓力，裂縫后還會直接剝落。此種現(xiàn)象在腐蝕環(huán)境下最為常見，因此應(yīng)統(tǒng)一做好墩身鋼筋的運送及安裝工作，避免長時間堆放在露天環(huán)境中。第五是結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，如果假設(shè)與檢驗結(jié)果偏差過大，則會選擇剛度不達(dá)標(biāo)的墩身，進(jìn)而影響墩身的合理布置，遺留許多安全隱患，增大了混凝土裂縫的可能性。第六是混凝土質(zhì)量問題，包括砂石粒徑過小、水泥強(qiáng)度較低、級配方案與施工要求不符等。第七是施工因素。包括振搗棒插入位置有誤、振搗速度過快、漏振、振搗過度等，都會直接影響砼的密實度與均勻度;養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)未能處理到位容易使砼在早期脫水，進(jìn)而導(dǎo)致砼因收縮而產(chǎn)生裂縫。

二、防控措施

針對墩身混凝土裂縫，關(guān)鍵在于預(yù)防和控制，從根本上減少其所造成的危害。

（一）原材料質(zhì)量

混凝土質(zhì)量的控制要點在于以下幾個方面，第一是水泥，選擇水化熱較低的硅酸鹽水泥，并且應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)的情況下盡可能減少水泥用量。第二是骨料，是一種直接影響砼抗拉強(qiáng)度的材料，因此需要選擇粒徑、潔凈度、含泥量與施工要求相符的骨料。細(xì)骨料可采用中粗砂，并添加適量粉煤灰，有效控制砼內(nèi)部的拉應(yīng)力[2]。第三是外加劑，主要包括減水劑、緩凝劑等，目的在于促使砼的和易性能夠有所提高，并確保水灰比不超過0.55，這對于延長砼的初凝時間具有重要作用，最長可延長至五小時左右。第四是配合比，重點在于合理控制水灰比，緩解收縮現(xiàn)象，最大程度地降低水化熱。但在施工現(xiàn)場水泥添加過量的現(xiàn)象較為常見，這盡管能夠在一定程度上提高砼的強(qiáng)度，但會導(dǎo)致收縮現(xiàn)象更加明顯，容易使得砼開裂，因此需要嚴(yán)加監(jiān)管。

（二）溫度控制

在澆筑過程中加入水冷卻碎石，從而降低混凝土澆注溫度;環(huán)境溫度較高時將澆筑厚度控制在500毫米以內(nèi)即可，不宜過厚，目的在于促使材料表面散熱速度更快;控制好不同層面混凝土的澆筑時間與速度，確保在前一層即將初凝時完成后層的澆筑;將測溫管布設(shè)于砼內(nèi)部，測定砼內(nèi)外部的溫度，計算溫差，確保不超過25℃。如果偏離該值，則應(yīng)對原本所制定好的養(yǎng)護(hù)方案加以改進(jìn)。

混凝土硬化時內(nèi)部溫度會升高，因此需要鋪設(shè)冷卻管路，在澆筑結(jié)束后做好循環(huán)冷卻工作;合理控制管道的出水排放位置，以防對正常施工造成影響;初凝后可將已排出的水用來保溫及養(yǎng)護(hù)砼;養(yǎng)護(hù)結(jié)束后及時注漿和壓漿，以防處于中空狀態(tài)下的冷卻管影響砼的強(qiáng)度。

（三）施工監(jiān)測

墩身施工能否順利開展取決于是否對施工現(xiàn)場進(jìn)行了實時監(jiān)測與問題反饋，只有這樣，才能了解砼溫度的變化與收縮狀態(tài)，并及時對已出現(xiàn)的問題加以調(diào)整，改善混凝土性能，提升其自身的抗裂性，進(jìn)而從根本上減少裂縫。

（四）利用砼后期強(qiáng)度

墩身施工耗時較長，荷載施加難度高，因此可推遲砼強(qiáng)度的齡期，從原本的28d延長至50d以上，甚至90d[3]，這樣就能夠充分利用砼后期強(qiáng)度這一有利因素，最大程度地減少水泥用量，這時砼內(nèi)部的溫度也會降低。此外，溫度階梯容易造成深度不同的裂縫，因此如果在施工期間溫度驟降，必然會對施工質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，從而使得砼產(chǎn)生表面裂縫。此種問題需要通過對混凝土進(jìn)行保溫加以解決。

（五）結(jié)構(gòu)設(shè)計

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項重點，關(guān)鍵在于把握好構(gòu)件抗與放之間的關(guān)系，避免因結(jié)構(gòu)斷面在短時間內(nèi)急劇變化而導(dǎo)致應(yīng)力過于集中。配置構(gòu)造鋼筋也是一項要點，需要合理選擇鋼筋直徑和數(shù)量，并配置尺寸合理、質(zhì)量達(dá)標(biāo)的橋面板等構(gòu)件。同時，這也對施工人員提出了更高的要求，其必須熟知與構(gòu)造鋼筋相關(guān)的知識及技術(shù)，這樣才能確保圖紙中的不合理之處及時被發(fā)現(xiàn)，并盡快告知設(shè)計人員，確保問題盡快得到解決。如果施工人員基本知識不過關(guān)，則會將設(shè)計上的誤差轉(zhuǎn)變?yōu)槭┕がF(xiàn)實，從而造成不可估量的損失。

（六）澆筑技術(shù)

根據(jù)混凝土的特點選擇合適的澆筑方法;盡量在春秋季施工，以防環(huán)境因素影響施工質(zhì)量，并且溫度較為適宜的季節(jié)也有利于精確化控制砼的入模溫度;插入振搗棒前確定好插入位置，以防插偏;振搗時控制好速度，確保振搗的均勻性，以防出現(xiàn)過振或漏振的現(xiàn)象;澆筑后應(yīng)用土回填，能夠起到養(yǎng)護(hù)混凝土的作用;澆注時應(yīng)分配專人進(jìn)行監(jiān)管，及時糾正施工偏差。

三、裂縫處理

預(yù)防措施的實施有利于減少裂縫，但如果因控制不當(dāng)或不可控的因素導(dǎo)致裂縫已經(jīng)形成，則應(yīng)盡快進(jìn)行修補(bǔ)，可采取以下幾種方法。第一是表面修補(bǔ)，能夠有效處理表面及深度型的裂縫，同時也不會對砼結(jié)構(gòu)造成過于嚴(yán)重的影響，因此在裂縫修補(bǔ)中應(yīng)用較為普遍。在具體操作的過程中需要將水泥漿涂抹于裂縫表面，在涂抹后還應(yīng)考慮防腐問題，因此必須刷漆。第二是灌漿法。需要將漿料壓入裂縫中，促使其逐漸硬化，最終與原本的混凝土結(jié)構(gòu)成為一體，形成穩(wěn)固的砼結(jié)構(gòu)，這種處理措施的優(yōu)勢在于密封性能較好。第三是嵌縫法，作用十分顯著，具體操作方式是在裂縫處開槽，然后加入止水材料，在封堵裂縫的同時又可確?；炷镣庥^的完整性[4]。第四是結(jié)構(gòu)加固法，主要處理的是裂縫出現(xiàn)后影響混凝土性能的情況。結(jié)構(gòu)與錨固補(bǔ)強(qiáng)均可，應(yīng)根據(jù)實際情況合理選擇。

四、結(jié)語：

總而言之，墩身砼裂縫與環(huán)境、施工技術(shù)、工藝、材料質(zhì)量都有一定的關(guān)系，因此在預(yù)防裂縫時應(yīng)從多方面入手，并做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作。同時，裂縫出現(xiàn)時還應(yīng)在最佳時間內(nèi)進(jìn)行修補(bǔ)，選擇合適的修補(bǔ)方法，避免因處理不及時導(dǎo)致裂縫范圍不斷擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)：

[1]甘小江.高速鐵路橋梁墩身混凝土裂縫控制技術(shù)探討[J].山西建筑，2017，43（4）：186-188.

[2]張華，李海峰.公路橋梁墩身混凝土的開裂與防治[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2014，29（4）：79-80.

[3]張廣偉.混凝土橋墩非結(jié)構(gòu)裂紋成因及受力特性分析[J].科技資訊，2013，（16）：64-66.

[4]董旭明.關(guān)于橋梁混凝土墩身裂縫成因分析及其控制方法技術(shù)探究[J].黑龍江交通科技，2014，37（2）：95-97.