分析鐵路橋梁墩身混凝土開裂原因及施工監(jiān)理措施

【摘要】針對(duì)鐵路橋梁墩身施工中最容易產(chǎn)生的問題——混凝土裂縫，在闡述常見裂縫形式及其危害的基礎(chǔ)上，對(duì)裂縫的產(chǎn)生原因及防控施工監(jiān)理措施進(jìn)行深入分析，旨在為實(shí)際施工中有效預(yù)防裂縫的產(chǎn)生提供參考借鑒，保證墩身施工質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】鐵路橋梁;墩身裂縫;裂縫成因;施工監(jiān)理控制

在鐵路橋梁工程施工中，墩身混凝土施工是重要環(huán)節(jié)，但由于受到不同因素的影響，可能會(huì)是墩身產(chǎn)生裂縫，這也是墩身施工最常見的一種質(zhì)量通病。如果墩身產(chǎn)生裂縫，將花費(fèi)高昂的費(fèi)用用于后期修補(bǔ)，而且修補(bǔ)難度還很大。因此，在施工中就要通過監(jiān)理控制來預(yù)防墩身混凝土產(chǎn)生裂縫，保證整個(gè)墩身的施工質(zhì)量。

1、墩身裂縫形式與危害分析

在鐵路橋梁中，墩身裂縫主要包含以下幾種形式，不同形式裂縫的危害如下：

（1）從整個(gè)墩身結(jié)構(gòu)中縱貫的深層裂縫。這種裂縫大多在雙線墩模板拆除以后的1-10d時(shí)間范圍內(nèi)產(chǎn)生，縫寬一般不小于0.2mm，裂縫深度超過10cm，嚴(yán)重時(shí)將穿透整個(gè)墩身結(jié)構(gòu)，在嚴(yán)寒地區(qū)若事先未加控制，則會(huì)經(jīng)常發(fā)生。因這種裂縫的寬度與深度都很大，所以會(huì)對(duì)墩身結(jié)構(gòu)安全帶來極大的影響。如果產(chǎn)生裂縫，則裂縫的深度、長(zhǎng)度與寬度都將不斷增長(zhǎng)，在修補(bǔ)之前應(yīng)做好長(zhǎng)期觀測(cè)，經(jīng)觀測(cè)確認(rèn)裂縫停止發(fā)展后，由專業(yè)人員進(jìn)行驗(yàn)算，在確定不會(huì)對(duì)整體結(jié)構(gòu)受力造成影響后，開始修補(bǔ)裂縫。若裂縫的深度與寬度持續(xù)擴(kuò)展，已經(jīng)對(duì)墩身結(jié)構(gòu)受力造成影響，需進(jìn)行返工處理[1]。

（2）墩身混凝土表面產(chǎn)生龜裂。部分橋墩在拆除模板一段時(shí)間后，其表面會(huì)產(chǎn)生很多不規(guī)則裂縫，這些裂縫的寬度一般不超過0.2mm，這種裂縫就是龜裂，是墩身最常見的一種裂縫形式。該裂縫的長(zhǎng)度不盡相同，但深度較小，數(shù)量多，面積大。開裂初期，會(huì)對(duì)墩身混凝土外觀造成影響，因開裂面積會(huì)不斷增大，使墩身內(nèi)部受到雨雪的侵襲，在嚴(yán)寒地區(qū)將導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)一定凍脹應(yīng)力，使墩身產(chǎn)生剝落等病害，影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。

（3）在墩身的護(hù)面鋼筋上產(chǎn)生縱向與環(huán)向裂縫。該裂縫僅產(chǎn)生于護(hù)面鋼筋的外緣，寬度不小于0.2mm，長(zhǎng)度有所不同，縫深和鋼筋保護(hù)層實(shí)際厚度直接相關(guān)。導(dǎo)致這種裂縫產(chǎn)生的原因相對(duì)單一，控制難度低，產(chǎn)生數(shù)量并不多。但如果產(chǎn)生，且未能及時(shí)有效的處理，將導(dǎo)致鋼筋產(chǎn)生銹蝕，影響混凝土和鋼筋之間的粘結(jié)，最終降低混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。

2、墩身裂縫產(chǎn)生原因

以上幾種常見墩身裂縫形式的產(chǎn)生原因?yàn)椋?/p>

（1）對(duì)于從整個(gè)墩身結(jié)構(gòu)中縱貫的深層裂縫，其產(chǎn)生原因包括：其一，大體積混凝土產(chǎn)生內(nèi)部溫度應(yīng)力。在混凝土中，水泥和水發(fā)生水化反應(yīng)會(huì)放出很大水化熱，尤其是大體積混凝土，水化熱很高，中心溫度能達(dá)到50℃以上，這樣會(huì)在混凝土中產(chǎn)生一定溫度拉應(yīng)力，由于混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，所以溫度拉應(yīng)力很容易超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。基本上所有鐵路橋梁的橋墩都屬于大體積混凝土，所以以上是導(dǎo)致墩身產(chǎn)生從整個(gè)墩身結(jié)構(gòu)中縱貫的深層裂縫的主要原因;其二，在墩身還沒有形成足夠強(qiáng)度時(shí)就承受荷載。通過施工監(jiān)理可知，施工單位一般會(huì)對(duì)墩身、托盤及頂帽進(jìn)行分次澆筑，每次澆筑施工的時(shí)間間隔在72h以內(nèi)的墩身都產(chǎn)生了裂縫，而實(shí)際的時(shí)間間隔達(dá)到72h及以上的，均未產(chǎn)生裂縫。通過計(jì)算得出，托盤與頂帽總方量超過100t，對(duì)于C30混凝土，其3d齡期抗壓強(qiáng)度只有8.3MPa，還不足設(shè)計(jì)要求的30%，而且劈裂強(qiáng)度只有0.77MPa[2]。在這種情況下直接承受荷載，盡管不會(huì)使墩身由于受壓而開裂，但如果加上其它因素的作用，很容易使墩身產(chǎn)生裂縫，橋墩支承墊石與頂帽裂紋如圖1所示;其三，混凝土的坍落度不合格，或施工操作不當(dāng)?shù)?。在墩身施工中，很多施工單位都?huì)用到串筒進(jìn)行混凝土澆筑，串筒位置一般為與中心軸線相距3m的兩側(cè)。如果施工中所用混凝土的坍落度相對(duì)較大，則在澆筑過程中粗骨料將堆積于串筒兩側(cè)，而細(xì)骨料和水泥漿將向相對(duì)較遠(yuǎn)的地方流動(dòng)，此時(shí)倘若振搗操作不當(dāng)，使振搗不均勻、不到位，將在中心軸線產(chǎn)生粗骨料小但水泥漿很多的實(shí)際情況，此處結(jié)構(gòu)強(qiáng)度必定受到很大影響，成為整個(gè)墩身上的薄弱環(huán)節(jié)。另外，這一部位還是核心部位，水化熱最高，所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力很大，極易產(chǎn)生從整個(gè)墩身結(jié)構(gòu)中縱貫的深層裂縫[3]。

（2）對(duì)于墩身表面龜裂，其主要產(chǎn)生原因?yàn)椴鸪０搴笫彝猸h(huán)境有很大的溫差，在混凝土的表面連續(xù)產(chǎn)生熱脹冷縮，使表面產(chǎn)生很多細(xì)微的裂縫。此外，如果空氣干燥，且后期養(yǎng)護(hù)不到位或操作不當(dāng)，將導(dǎo)致這種裂縫的數(shù)量不斷增多[4]。

（3）對(duì)于在墩身護(hù)面鋼筋上產(chǎn)生的縱向與環(huán)向裂縫，其產(chǎn)生原因包括：其一，鋼筋的保護(hù)層厚度未能達(dá)到要求，施工中沒有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行保護(hù)層墊層的留置，或在澆筑過程中對(duì)護(hù)面筋進(jìn)行的定位不準(zhǔn)確、不牢固，導(dǎo)致墊塊產(chǎn)生脫落，使鋼筋向模板處產(chǎn)生移位，導(dǎo)致保護(hù)層的實(shí)際厚度未能達(dá)到要求，在混凝土表面產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致漏筋;其二，在完成對(duì)混凝土的澆筑施工后，混凝土達(dá)到終凝前，鋼筋因?yàn)槭艿饺藶閿_動(dòng)而和混凝土之間產(chǎn)生脫離，導(dǎo)致開裂[5]。

3、墩身裂縫防控施工監(jiān)理措施

以上幾種常見墩身裂縫形式，需采用以下施工監(jiān)理措施進(jìn)行防控：

（1）對(duì)于從整個(gè)墩身結(jié)構(gòu)中縱貫的深層裂縫，應(yīng)采取下列施工監(jiān)理措施來防控：其一，監(jiān)理單位應(yīng)和施工單位一同對(duì)試驗(yàn)人員進(jìn)行抽調(diào)，在施工中于墩身內(nèi)埋設(shè)傳感器與測(cè)力元件，以此對(duì)混凝土內(nèi)部溫度、澆筑溫度等進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)定與記錄，并留置混凝土試件在相同條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。從相關(guān)測(cè)試結(jié)果可知，在澆筑72h之后，內(nèi)部溫度不在上升，保持穩(wěn)定;澆筑120h后，溫度開始下降;混凝土試件的5d齡期抗壓強(qiáng)度在16MPa左右，劈裂強(qiáng)度在1.62MPa左右，可見，上述壓強(qiáng)已經(jīng)超過墩身實(shí)際受到的壓強(qiáng)。在施工安排方面，需將分次澆筑過程中的時(shí)間間隔按照120h以上控制;其二，對(duì)混凝土的坍落度進(jìn)行嚴(yán)格控制，旁站監(jiān)理應(yīng)和施工單位的專業(yè)試驗(yàn)人員一同對(duì)混凝土做坍落度檢測(cè)，同時(shí)做好相應(yīng)的記錄。對(duì)不滿足坍落度要求的混凝土，應(yīng)報(bào)廢處理，禁止在施工中使用;施工單位應(yīng)對(duì)施工工藝進(jìn)行改進(jìn)，比如在墩身的軸心增設(shè)串筒等;振搗操作人員必須持證上崗，上崗前對(duì)他們的上崗證進(jìn)行檢查與核對(duì)，并做好登記，確保所有施工人員均合格、熟練;在施工中加強(qiáng)旁站監(jiān)理，對(duì)操作人員予以嚴(yán)格監(jiān)督，防止由于振搗不到位導(dǎo)致薄弱環(huán)節(jié)的形成[6]。

（2）對(duì)于墩身表面龜裂，施工單位應(yīng)先做好模板拆除前的準(zhǔn)備工作，以此盡可能縮短模板拆除所需時(shí)間。完成對(duì)墩身的模板拆除后，應(yīng)立即通過三層包裹來養(yǎng)護(hù)，即按照從內(nèi)到外的次序分別包裹塑料薄膜、棉被和厚塑料布。通過這樣的養(yǎng)護(hù)處理，能隔離混凝土和室外環(huán)境，避免混凝土表面受到環(huán)境溫差的作用和影響，降低或避免熱脹冷縮作用造成的不利影響。模板的拆除必須在混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求時(shí)進(jìn)行。對(duì)于托盤和頂帽處的混凝土，應(yīng)使用棉被進(jìn)行覆蓋，并定期澆水，實(shí)際養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)達(dá)到28d以上。通過養(yǎng)護(hù)，能減少或避免其內(nèi)部水分蒸發(fā)與散失，防止龜裂的產(chǎn)生[7]。

（3）對(duì)于在墩身護(hù)面鋼筋上產(chǎn)生的縱向與環(huán)向裂縫，應(yīng)采取下列施工監(jiān)理措施來防控：其一，施工單位要對(duì)自檢程序進(jìn)行完善，質(zhì)檢人員和監(jiān)理工程師需要在開盤之前做好護(hù)面鋼筋的綁扎及模板安裝情況檢查，經(jīng)檢查確認(rèn)合格后進(jìn)行簽認(rèn)，之后即可開盤。在澆筑施工中，質(zhì)檢與監(jiān)理人員應(yīng)做好實(shí)時(shí)監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)墊塊產(chǎn)生脫落或鋼筋發(fā)生移位，應(yīng)要求操作人員立即進(jìn)行整改和糾正;其二，在分段澆筑施工完成，且達(dá)到終凝后，要求現(xiàn)場(chǎng)的操作人員不能晃動(dòng)和攀爬鋼筋，同時(shí)做好覆蓋與看守，避免人為破壞或其它自然因素對(duì)混凝土造成擾動(dòng)，導(dǎo)致混凝土開裂。在發(fā)現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)立即采取有效措施加以處理，避免裂縫進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大，造成更嚴(yán)重的損壞。

結(jié)語：

綜上所述，嚴(yán)抓施工和監(jiān)理在不同施工環(huán)節(jié)中防裂措施的制定與落實(shí)，尤其是要嚴(yán)抓細(xì)小環(huán)節(jié)的相關(guān)措施，從根本上保證墩身質(zhì)量，避免裂縫問題的產(chǎn)生，為橋梁的上部結(jié)構(gòu)施工和橋梁正常與安全運(yùn)營(yíng)奠定良好基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

顧忠坤，男，本科，主要從事：工程監(jiān)理方面。