道路橋梁施工中的裂縫成因及預(yù)防策略分析

朱光哲

中交第四公路工程局有限公司 北京 1 0 0 0 2 2

道路橋梁在施工時裂縫的產(chǎn)生是不可避免的，除了不美觀外，對于橋梁的質(zhì)量、安全也有極大的影響。所以在施工時，需要對裂縫產(chǎn)生的原因加以分析，并采用相對的方法來控制裂縫的產(chǎn)生，以及做好保養(yǎng)工作。

1 裂縫產(chǎn)生原因分析

1.1 由荷載產(chǎn)生的裂縫

橋梁由于受到荷載預(yù)期次應(yīng)力持續(xù)作用下產(chǎn)生的開裂均屬于荷載裂縫，可將其分成以下兩種：其一，直接應(yīng)力裂縫；其二，次應(yīng)力裂縫。其中，直接應(yīng)力裂縫指的是受外荷載產(chǎn)生的直接應(yīng)力而出現(xiàn)的開裂，而次應(yīng)力裂縫指的是受外荷載產(chǎn)生的次應(yīng)力而出現(xiàn)的開裂。荷載裂縫特征因荷載的不同表現(xiàn)出不同的特點，它的分布規(guī)律為在主拉應(yīng)力方向上不斷發(fā)展，裂縫的走向和主拉應(yīng)力方向保持垂直。通常情況下荷載裂縫都產(chǎn)生于受拉和受剪區(qū)及振動比較嚴(yán)重的位置。若在受壓區(qū)中產(chǎn)生起皮和在受壓方向上分布的短裂縫，則說明橋梁結(jié)構(gòu)承載力已經(jīng)達(dá)到極限，其產(chǎn)生原因為截面尺寸相對較小[1]。

1.2 由溫度變化產(chǎn)生的裂縫

混凝土遇熱膨脹、遇冷則縮，假設(shè)橋梁在外部環(huán)境、結(jié)構(gòu)內(nèi)，其溫度有變化發(fā)生，混凝土則會有變形的情況，如果無法制約在其結(jié)構(gòu)中有極大應(yīng)力產(chǎn)生，當(dāng)這一力超出了混凝土結(jié)構(gòu)的本身抗拉強度之后，則會發(fā)生溫度方面的裂縫。對于一些橋梁而言，其跨徑大，結(jié)構(gòu)所要承受的溫度應(yīng)力則可超出活載的應(yīng)力。其溫度裂縫與其他的裂縫相比，區(qū)別在于裂縫會著溫度的變化而發(fā)生改變，如溫度過高出現(xiàn)擴張，溫度過低則又會出現(xiàn)合攏的情況。導(dǎo)致溫度產(chǎn)生變化的因素包括：溫度差、光照、突然降溫、水泥水化反應(yīng)、蒸汽養(yǎng)護(hù)等[2]。

溫度下降至0℃以下時，導(dǎo)致凍脹破壞的原因是由于混凝土其吸水已達(dá)到飽和，如果這時在其內(nèi)存在著比較大的空隙且吸水性強，或是在混凝土的骨料中存在著雜質(zhì)（大量的）或本身灰水比大、混凝土振搗不充分、養(yǎng)護(hù)力低等，均易造成在早期發(fā)生凍害的情況而產(chǎn)生了由于凍脹引起的裂縫。對此，在冬季施工過程中，應(yīng)在養(yǎng)護(hù)時輔以適當(dāng)?shù)募訜?，并在拌和水?dāng)中添加適量的防凍劑，以此確?；炷量梢栽跍囟容^低的情況下硬化。

1.3 收縮裂縫

橋梁混凝土由于具有琮一的收縮性，而這則會造成常見的開裂現(xiàn)象。不同收縮類型最主要的原因是由于縮水、塑性，造成混凝土的體積有了變化，或是炭化、自生的收縮等等。對于收縮的裂縫來說其特點是集中在表現(xiàn)，肉眼可見，且縫寬細(xì)、交交叉分布，其形狀并無規(guī)律可找。通過有關(guān)研究我們可以疾病，影響收縮裂縫的因素如下：水泥的種類、水泥劑量、骨料的種類、水灰比、外加劑、養(yǎng)護(hù)方式、外部環(huán)境、振搗方式與持續(xù)時間[3]。

1.4 地基變形裂縫

因基礎(chǔ)沿豎向產(chǎn)生不均勻沉降或在水平方向上發(fā)生位移，導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一定附加應(yīng)力，待這一附加應(yīng)力大于混凝土自身抗拉能力后，就會產(chǎn)生裂縫。導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降現(xiàn)象的原因包括：前期地質(zhì)勘察工作不深入、工程試驗檢測的資料不全、地基的地質(zhì)條件存在明顯差異、結(jié)構(gòu)所有荷載存在明顯差異、基礎(chǔ)種類存在明顯差別等。針對拱橋這一容易產(chǎn)生水平方向推力的建（構(gòu)）筑物，如果對地質(zhì)條件的掌握不夠深入，或設(shè)計不合理，也會造成裂縫的產(chǎn)生[4]。

1.5 鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫

因混凝土自身存在質(zhì)量問題或鋼筋保護(hù)層的厚度不足，則鋼筋保護(hù)層由于受到二氧化碳等因素的影響而使鋼筋產(chǎn)生銹蝕，鋼筋在發(fā)生銹蝕后，其體積明顯增大，對其周圍包裹的混凝土產(chǎn)生一定碰撞應(yīng)力，使保護(hù)層產(chǎn)生開裂和剝離等現(xiàn)象，表現(xiàn)為在鋼筋的分布方向上產(chǎn)生若干裂縫，同時鋼筋的銹跡還有可能滲透至混凝土的表面。在鋼筋銹蝕后，鋼筋上的有效斷面將明顯減小，導(dǎo)致和混凝土之間的握裹力降低，對結(jié)構(gòu)整體承載力造成影響，引起其它裂縫的產(chǎn)生，進(jìn)一步加劇銹蝕的現(xiàn)象，最終使結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞[5]。

為避免鋼筋產(chǎn)生銹蝕，在設(shè)計過程中需要以相關(guān)規(guī)范的要求為依據(jù)對裂縫寬度進(jìn)行嚴(yán)格控制，并采用適宜的保護(hù)層厚度，需要注意，保護(hù)層厚度不可過大，否則整個構(gòu)件的有效高度將減小，在受力以后會使縫寬變大。在施工中要對水灰比進(jìn)行嚴(yán)格控制，并切實加強振搗，使混凝土達(dá)到密實，避免氧氣進(jìn)入。對于外加劑與含氯鹽實際用量也進(jìn)行嚴(yán)格控制，尤其是在沿海地區(qū)，其空氣腐蝕性很強，必須引起高度重視[6]。

1.6 凍脹裂縫

溫度＜0℃時，混凝土由于吸水達(dá)到了飽和的狀態(tài)而產(chǎn)生了冰凍，冰凍的混凝土內(nèi)其狀態(tài)是游離的水，而凍結(jié)了之后體積增加，所以在混凝土內(nèi)有極大膨脹應(yīng)力產(chǎn)生。同時過冷水發(fā)生重分、遷移，產(chǎn)生了滲透壓而導(dǎo)致了膨脹力進(jìn)一步加大，隨低了其強度并發(fā)生裂縫。這一現(xiàn)象在初凝的過程中尤為嚴(yán)重，在成齡之后，混凝土實際強度損失能達(dá)到50%左右。在冬季施工中，如果沒有對孔道灌漿進(jìn)行有效的保溫處理，將使混凝土在管道方向上產(chǎn)生凍脹裂縫[7]。

通過上面的分析可以看出，混凝土凍脹破壞的最主要原因有兩個，即是零下的溫度、吸水飽和。如果這時在其內(nèi)存在著比較大的空隙且吸水性強，或是在混凝土的骨料中存在著雜質(zhì)（大量的）或本身灰水比大、混凝土振搗不充分、養(yǎng)護(hù)力低等，均易造成在早期發(fā)生凍害的情況而產(chǎn)生了由于凍脹引起的裂縫。對此，在冬季施工過程中，應(yīng)在養(yǎng)護(hù)時輔以適當(dāng)?shù)募訜幔⒃诎韬退?dāng)中添加適量的防凍劑，以此確?；炷量梢栽跍囟容^低的情況下硬化[8]。

1.7 由施工原因產(chǎn)生的裂縫

混凝土澆筑、構(gòu)件加工、模板施工等過程中，如果所用工藝不合理或施工質(zhì)量較差，將產(chǎn)生明顯的裂縫，包括橫向裂縫、斜向裂縫等，這在細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)中更為明顯。裂縫產(chǎn)生的位置、走向與寬度由于產(chǎn)生原因而有所不同，目前比較常見的原因包括：

（1）鋼筋保護(hù)層厚度過大，或施工中人員直接踩踏上層鋼筋，導(dǎo)致承受負(fù)彎矩的鋼筋，其保護(hù)層厚度增加使構(gòu)件自身有效高度明顯減小，產(chǎn)生和鋼筋保持垂直的裂縫。

（2）對混凝土進(jìn)行的振搗沒有達(dá)到密實和均勻，在混凝土表面產(chǎn)生空洞、蜂窩與麻面，使鋼筋產(chǎn)生銹蝕，這些是荷載裂縫產(chǎn)生起源點[9]。

（3）混凝土澆筑時速度太快，但混凝土自身流動性相對較差，硬化之前由于混凝土自身發(fā)生沉實，在硬化之后產(chǎn)生太大的沉實，在完成澆筑一段時間后產(chǎn)生開裂。

（4）混凝土攪拌和運輸過程中消耗太長時間，導(dǎo)致水分大量蒸發(fā)，使混凝土自身坍落度減小，在和大氣相接觸的表面產(chǎn)生若干收縮裂縫。

（5）對混凝土進(jìn)行初期養(yǎng)護(hù)的過程中快速干燥，產(chǎn)生干縮裂縫。

（6）對混凝土開展分層分段澆筑時，未能有效處理接頭處，在新、舊連接之處有裂縫產(chǎn)生。如在分層澆筑時，后澆筑混凝土因為停電、降低等不同的原因，未能在之前所澆筑的混凝土初凝時完成有關(guān)工作，導(dǎo)致了層面間產(chǎn)生了水平向的裂縫。在分段澆筑時未能對先處理好的混凝土表面做好清里，造成新、舊兩粘結(jié)力小而產(chǎn)生了收縮裂縫。

（7）混凝土受凍，在構(gòu)件的表面產(chǎn)生裂縫，或在局部產(chǎn)生剝落，在脫模之后產(chǎn)生明顯的空鼓。

（8）未對施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，隨意改變混凝土配合比，導(dǎo)致混凝土性能降低，產(chǎn)生裂縫。

2 裂縫預(yù)防策略分析

2.1 溫度控制

（1）對混凝土骨料的級配進(jìn)行改善，優(yōu)先選擇干硬性的水泥，并摻加數(shù)量外加劑，以此減少水泥的劑量。

（2）對混凝土進(jìn)行拌和時，添加適量的水或用冷水將碎石的溫度減低至符合澆筑施工要求的狀態(tài)。

（3）在氣溫較高的情況下進(jìn)行澆筑施工時，應(yīng)適當(dāng)減小澆筑的實際厚度，并做好對層面的散熱處理。

（4）在待澆筑的構(gòu)件中埋設(shè)冷卻水管，并在澆筑開始后持續(xù)投入冷水進(jìn)行降溫。

（5）確定適宜的拆模時間，當(dāng)氣溫突然降低時，應(yīng)做好表面保溫處理，防止混凝土表面產(chǎn)生溫度梯度。

（6）在施工中需要長時間暴露的構(gòu)件表面，需采取合理有效的保溫措施。

2.2 增加配筋

針對溫度與收縮兩個因素產(chǎn)生的裂縫，通過增加配筋能有效提高混凝土結(jié)構(gòu)抗裂性，特別是薄壁結(jié)構(gòu)。在構(gòu)造方面，配筋以小直徑鋼筋為宜，并減小布置間隔距離，整個截面上的構(gòu)造鋼筋，其配筋率應(yīng)達(dá)到0.3%以上，通常按照0.3%-0.5%的范圍控制。增加配筋對混凝土自身溫度應(yīng)力造成的影響很小，這是因為混凝土當(dāng)中的含筋率本身就很低。然而，在增加配筋之后，結(jié)構(gòu)中的裂縫將變多、變密和變深，起到良好的防裂作用[10]。

2.3 選擇適宜的混凝土配合比

在混凝土配合比設(shè)計過程中，需要充分考慮包含季節(jié)、結(jié)構(gòu)類型、模板、混凝土自身強度等在內(nèi)的各項因素。施工中，相關(guān)施工單位經(jīng)常只重視強度而沒有考慮變形特性及工作特性。對此，在設(shè)計中必須轉(zhuǎn)變這一想法，保證配合比設(shè)計的合理性與可行性，為后續(xù)的混凝土施工奠定良好基礎(chǔ)，保證施工質(zhì)量，避免裂縫的產(chǎn)生。

2.4 加強施工控制

（1）混凝土振搗時，振搗棒應(yīng)做到快插慢拔，以混凝土坍落度為依據(jù)確定振搗的時間，以此防止過振與漏振。在條件允許的情況下，建議進(jìn)行二次抹面和振搗，以防止產(chǎn)生泌水，并將內(nèi)部的氣泡與水都排除干凈。

（2）在裂縫防治過程中，對新完成澆筑的混凝土實施早期養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要，通過良好的養(yǎng)護(hù)，能有效減少早期裂縫的產(chǎn)生。重點是要對濕潤養(yǎng)護(hù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，尤其是對大體積混凝土而言，在條件允許的情況下，應(yīng)使用蓄水法或流水法來養(yǎng)護(hù)，并使養(yǎng)護(hù)持續(xù)14-28d的時間。

（3）當(dāng)混凝土的體積和厚度都很大時，在施工過程中應(yīng)對水泥發(fā)生的水化熱進(jìn)行充分考慮，制定有效措施進(jìn)行降溫，如通水排熱與設(shè)置散熱孔。在澆筑和振搗完成后，采取有效措施進(jìn)行蓄水保溫，并在表面覆蓋一層塑料膜或濕麻袋，避免因內(nèi)外溫差太大導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生。

（4）混凝土灌注施工不可在降雨時或大風(fēng)天氣下進(jìn)行。

（5）地下結(jié)構(gòu)應(yīng)及時進(jìn)行混凝土的回填，以此減少裂縫的產(chǎn)生。

（6）在夏季施工中，應(yīng)密切注意澆筑溫度，降低入模溫度和養(yǎng)護(hù)溫度，并在必要的情況下使用冰塊來降溫。

3 結(jié)語

綜上所述，裂縫是橋梁常見質(zhì)量通病，其產(chǎn)生原因十分復(fù)雜，需要引起相關(guān)人員的高度重視，在明確裂縫產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，制定有效措施加以處理，以確保橋梁處在良好狀態(tài)。