橋梁施工裂縫成因及防控措施分析

周海波 董 亞

浙江交工集團(tuán)股份有限公司第五分公司 浙江 杭州 310051

我國建筑工程總量逐年遞增，為快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供基礎(chǔ)。而橋梁建筑為交通運輸?shù)忍峁┝藯l件，因此是極為重要的建筑類型。橋梁的質(zhì)量由多個復(fù)雜因素共同決定，溫度、濕度等自然條件均可能影響橋梁的開裂情況。雖然橋梁裂縫是施工中不可避免的，但是通過技術(shù)手段減少橋梁裂縫所帶來的安全危險是可能的。通過對橋梁裂縫的人為技術(shù)控制，可以減少橋梁安全事故的發(fā)生，避免行人、車輛的財產(chǎn)和生命安全收到損害。除此之外，防控橋梁裂縫還可以延長橋梁的使用壽命，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。加強(qiáng)對橋梁裂縫的防控，是橋梁施工中應(yīng)該被重點關(guān)注的問題。

1 橋梁施工裂縫的安全風(fēng)險

橋梁裂縫直接決定了橋梁工程質(zhì)量的高低，橋梁裂縫的數(shù)量和大小對橋梁工程的不良影響體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，橋梁工程通常有承重要求，而橋梁裂縫會影響橋梁的最大承重量。橋梁無法承載預(yù)期的重量，甚至可能出現(xiàn)橋梁塌陷等嚴(yán)重的安全事故。第二，橋梁工程的裂縫會影響橋梁內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。橋梁開裂后，內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)暴露在空氣中，可能受雨水、陽光影響加速其老化腐壞。一旦橋梁的鋼筋結(jié)構(gòu)被破壞，其穩(wěn)定性則會大大降低。且內(nèi)部結(jié)構(gòu)的受損是不易修復(fù)的，一旦發(fā)生對于橋梁的損害是持續(xù)性的。第三，橋梁施工裂縫將降低橋梁使用壽命。橋梁使用壽命關(guān)系到橋梁的經(jīng)濟(jì)效益。若使用壽命無法達(dá)到預(yù)期，則難以收獲預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，使橋梁整體的商業(yè)價值大大降低。

2 橋梁施工裂縫的產(chǎn)生原因

2.1 混凝土材料以次充好

混凝土是橋梁建筑的基礎(chǔ)材料，是橋梁的重要組成部分。因此混凝土的質(zhì)量高低直接決定了橋梁質(zhì)量的好壞。在選擇混凝土材料時，如果水泥、骨料與外加劑的比例不合理，則容易產(chǎn)生混凝土開裂的現(xiàn)象。除此之外，用不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的混凝土材料也是導(dǎo)致橋梁開裂的原因之一。次品混凝土材料的定價較低，施工時為了節(jié)約成本而不顧安全風(fēng)險?；炷敛牧系囊源纬浜么蠓黾恿藰蛄菏┕ち芽p的數(shù)量。

2.2 施工過程中的不科學(xué)荷載

橋梁在施工前均會設(shè)計預(yù)期荷載以及在施工過程中的最大荷載。但是在施工過程中，實際荷載極有可能會超過計劃最大荷載。一方面是由于計劃最大荷載是按照理論上均勻荷載來計算的，但實際的施工過程中荷載并不是均勻施加的。施工設(shè)備和建筑材料在橋梁上放置的位置不同會導(dǎo)致較大差距的荷載值，最終導(dǎo)致實際荷載值超過計劃最大荷載導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生裂縫。另一方面，未能按照圖紙進(jìn)行嚴(yán)格施工導(dǎo)致橋梁建筑結(jié)構(gòu)與預(yù)期不同。橋梁的實際最大荷載低于預(yù)期最大荷載，按照原計劃施工后會發(fā)生超載而導(dǎo)致橋梁開裂。除此之外，隨著建設(shè)工程的推進(jìn)，在機(jī)械設(shè)備的疲勞度對荷載也會產(chǎn)生影響。通常這種影響在設(shè)計過程中容易被忽視而計算出錯誤的結(jié)果。這幾種情況都會產(chǎn)生直接應(yīng)力裂縫，這是由于超載所導(dǎo)致的裂縫的一種。直接應(yīng)力裂縫是橋梁施工裂縫中較為常見的一種裂縫。橋梁實際荷載量超過預(yù)期后，橋梁沒有承受超出重量的能力，從而產(chǎn)生直接應(yīng)力裂縫。

2.3 混凝土收縮導(dǎo)致裂縫

1) 內(nèi)外收縮不均勻。橋梁施工過程中最為重要的程序是混凝土澆筑。澆筑后的混凝土在外加劑的作用下逐漸硬化干燥。而在干燥的過程中，混凝土內(nèi)部和外部干燥的速度存在差異。在混凝土外部已經(jīng)干燥時，內(nèi)部水分由于缺少揮發(fā)的途徑，仍舊處于潮濕狀態(tài)，所需要的干燥時間更長。由于混凝土內(nèi)外部干燥情況不同，導(dǎo)致混凝土外部的張力增大。且由于各個區(qū)域的混凝土干燥狀態(tài)不可能完全相同，不僅內(nèi)部混凝土對外部產(chǎn)生拉力，外部混凝土的不同位置之間也會產(chǎn)生拉力。在多重拉力的作用下，混凝土表面的承受力不足以抵抗，就會導(dǎo)致混凝土開裂的現(xiàn)象發(fā)生。除了內(nèi)外的水分蒸發(fā)不均勻外，混凝土外部的不同區(qū)域之間的干濕程度也同樣存在差異，也是導(dǎo)致混凝土開裂的原因之一。不同比例的原料混合方式也會導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部張力過大，例如配筋率超過3%的混凝土?xí)纬杉?xì)小的龜裂狀的裂痕。

2) 混凝土發(fā)生塑性變形。塑性變形是混凝土較為常見的變形之一，發(fā)生率高達(dá)1%。而且塑性變形對混凝土質(zhì)量的影響較大，容易形成較為嚴(yán)重的裂縫。塑性變形是混凝土的水化反應(yīng)過于劇烈所導(dǎo)致的。在過短的時間內(nèi)完成了混凝土的分子鏈反應(yīng)，同時混凝土表面的水分流失速度過快，導(dǎo)致了混凝土較大幅度的形變。塑性形變通常發(fā)生在混凝土澆筑后的五小時，一旦發(fā)生塑性形變，混凝土中的骨料下沉的風(fēng)險急劇升高。一旦下沉骨料與鋼筋相遇，則鋼筋方向會導(dǎo)致較大程度的開裂。

3) 溫度變化較為劇烈。混凝土在澆筑后，由于水泥的液化過程會產(chǎn)生大量的熱量，使得混凝土的溫度短時間內(nèi)迅速升高。在澆筑后的24小時內(nèi)，這種升溫會持續(xù)進(jìn)行。混凝土內(nèi)部缺乏有效的散熱途徑，熱量集中在混凝土內(nèi)部，而混凝土外部散熱速度較快，因此導(dǎo)致內(nèi)外溫差較大。由于熱漲冷縮，混凝土在散熱的同時發(fā)生收縮。不同散熱速度所導(dǎo)致的混凝土收縮速度不同，由此產(chǎn)生的張力是產(chǎn)生混凝土裂縫的原因。不同溫度所導(dǎo)致的收縮程度不同。而這種裂縫與溫度的關(guān)系十分緊密，內(nèi)外溫差越高所形成的橋梁裂縫越嚴(yán)重?；炷恋臏囟茸兓粌H表現(xiàn)在液化反應(yīng)過程中，高溫環(huán)境和陽光直射同樣會導(dǎo)致混凝外部的溫度升高從而形成溫差。而橋梁施工如果在夏季進(jìn)行，這一高溫風(fēng)險將尤為突出。受自然環(huán)境影響所產(chǎn)生的高溫是持續(xù)不斷的，因此產(chǎn)生的橋梁裂縫可能不斷增多加深，應(yīng)當(dāng)?shù)玫匠浞种匾暋?/p>

4) 施工及養(yǎng)護(hù)質(zhì)量不合格。在施工方面，混凝土的質(zhì)量取決于施工材料的質(zhì)量與各原材料的配比。在選擇混凝土材料時，存在為了降低成本以次充好的情況發(fā)生。不合格質(zhì)量的原材料所建成的混凝土質(zhì)量必然不符合標(biāo)準(zhǔn)。即便原材料符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，也存在各原材料的選擇互斥的情況?；炷潦怯啥鄠€材料配比形成的，各材料均有多種類型可選，但不同類型間可能存在融合困難的問題。不同橋梁施工的狀況均存在差異，需要根據(jù)施工現(xiàn)場的環(huán)境情況來科學(xué)的確定各材料的混合比例。若不考慮實際情況，死板的采用固定的配比方式，極易導(dǎo)致混凝土的開裂。而鋼筋失去混凝土的包裹后，在空氣中暴露會加速其老化腐蝕的速度，增加其斷裂的安全風(fēng)險。在養(yǎng)護(hù)方面，對橋梁的及時養(yǎng)護(hù)是維持橋梁增加橋梁使用壽命的有效手段。通過對橋梁已經(jīng)出現(xiàn)裂縫的修復(fù)，減少橋梁裂縫所帶來的安全風(fēng)險。橋梁裂縫修復(fù)工作中常見問題為錯誤的修復(fù)材料選擇不當(dāng)，修復(fù)材料與橋梁原本的混凝土材料不相容導(dǎo)致修復(fù)后的部分更容易脫落。在混凝土澆筑完成后，需要及時對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。否則混凝土暴露在干燥環(huán)境下，快速的收縮會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。養(yǎng)護(hù)工作需要長期且持續(xù)才能夠形成良好的養(yǎng)護(hù)效果，若沒有形成合理的養(yǎng)護(hù)制度和養(yǎng)護(hù)規(guī)范，則難以控制每次的養(yǎng)護(hù)效果并保持固定的養(yǎng)護(hù)周期。

3 橋梁施工裂縫的技術(shù)防控手段

3.1 嚴(yán)格控制混凝土材料的質(zhì)量

混凝土材料的質(zhì)量是橋梁施工質(zhì)量的基礎(chǔ)，嚴(yán)格控制材料的質(zhì)量才能夠使后續(xù)的施工符合標(biāo)準(zhǔn)。保證混凝土材料的質(zhì)量可以從兩個方面操作，一方面增設(shè)質(zhì)量監(jiān)控的崗位，聘用了解混凝土材料的施工人員對材料進(jìn)行挑選和質(zhì)量分析。既能夠控制材料的成本，又能夠確保選擇最為合適的材料類型。另一方面，增加材料使用人員和材料選擇人員的溝通，根據(jù)實際的使用需求選擇材料，保證混凝土材料的配比產(chǎn)生最為牢固的施工效果。

3.2 精細(xì)化荷載設(shè)計

對橋梁荷載的設(shè)計需要充分考慮多方因素。首先，根據(jù)鋼筋直徑大小合理的布局鋼筋間距能夠有效提高橋梁荷載，鋼筋直徑越小應(yīng)該排布的間距越小。其次，混凝土外加劑的合理使用能夠有效提高混凝土的硬度，能夠有效避免鋼筋暴露的問題發(fā)生。最后，設(shè)計荷載時應(yīng)充分考慮橋梁實際使用時的各種情況，在不同的施工設(shè)備、車輛的排布下計算出橋梁荷載量。橋梁的實際使用中，經(jīng)常會出現(xiàn)超載車輛的情況，要將這類常見情形予以充分考慮，使橋梁最大荷載量高于實際荷載量。

3.3 重視橋梁的早期養(yǎng)護(hù)

上文所述的橋梁塑性收縮所導(dǎo)致的裂縫問題，最佳的解決方式是加強(qiáng)橋梁的早期養(yǎng)護(hù)。在水凝圖澆筑完成后一段時間內(nèi)的養(yǎng)護(hù)工作即為早期養(yǎng)護(hù)，其重點在于控制水凝土中的水分蒸發(fā)速率。第一，合理利用吸水材料。覆蓋在混凝土外部的吸水材料能夠有效形成保護(hù)層，減緩水分蒸發(fā)的速率，使各部分的水分揮發(fā)速率更為平均，避免塑性形變的發(fā)生。第二，注意季節(jié)的影響。在夏天時，需要注意的是對干燥速度較快的部分進(jìn)行及時補(bǔ)水，施工人員應(yīng)保持對混凝土表面狀態(tài)的觀察，以保持不同區(qū)域的相同揮發(fā)速率。在冬天時，更加注重溫度的控制，保暖材料的使用能夠有效保證混凝土的溫度平衡，從而避免各區(qū)域間過大的溫差所導(dǎo)致的混凝土開裂。第三，澆筑的過程精細(xì)化操作?；炷恋膹?qiáng)度與骨料的密度和粒度直接相關(guān)，在材料振搗時應(yīng)該盡量控制材料密度。但需要綜合考慮材料振搗對整體工程的影響，避免過于追求高密度而影響混凝土的整體效果。在振搗過程中，要及時清理混凝土表面，避免雜質(zhì)和多余的水分殘留影響混凝土的整體硬度。在設(shè)置鋼筋時，要注意鋼筋密度的合理性。鋼筋數(shù)量過少所產(chǎn)生的裂縫通常較為嚴(yán)重，因此要盡量設(shè)置數(shù)量充足的鋼筋[1]。

3.4 合理控制溫度

混凝土澆筑過程中的溫度，是影響混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵因素?；炷翝仓髸尫艧崃浚鵁崃康牟痪鶆蜥尫艜?dǎo)致混凝土開裂。通過外部噴水的方式，可以減少混凝土的內(nèi)外溫差，讓熱量釋放更加均勻。除了外部降溫外，還可以在施工前預(yù)埋冷水管來達(dá)到內(nèi)部降溫的效果。后者可以降低混凝土內(nèi)部的溫度，為內(nèi)部熱量釋放提供途徑。在澆筑完成后及時保證管內(nèi)的冷水流動，有效減少溫度不均勻所導(dǎo)致的混凝土開裂[2]。

3.5 完善養(yǎng)護(hù)技術(shù)

對混凝土裂縫的及時修補(bǔ)和養(yǎng)護(hù)是維持混凝土良好狀態(tài)的必然工作。可以通過以下幾種方式來對裂縫進(jìn)行處理。

(1) 填充已有裂縫。對于已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫來說，最簡單的處理方式是對其進(jìn)行填充。但是對寬度過小的裂縫來說，填充物難以進(jìn)入裂縫中。在實際操作中發(fā)現(xiàn)，寬度大于0.3 mm 的裂縫能夠采用填充法進(jìn)行修補(bǔ)。而小于這一標(biāo)準(zhǔn)的裂縫只能開槽拓寬后才能夠填充[3]。

(2) 處理裂縫表面。這一處理方式僅通過涂抹、粘貼等方式對修補(bǔ)裂縫表面。這種方法通常適用于寬度細(xì)小的裂縫，以及適用于對雨水累積的避免。在混凝土出現(xiàn)大面積裂縫后，如果沒有漏水的情況發(fā)生，則可以使用表面涂抹劑對裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。需要注意，若裂縫的深度較深，則不能夠使用表面處理法。

(3) 補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)。這種處理方式能夠從根本上解決橋梁因為過載而產(chǎn)生的裂縫。當(dāng)橋梁處于過載狀態(tài)產(chǎn)生裂縫后，橋梁的承重結(jié)構(gòu)受到了破壞。此時僅對裂縫表面修補(bǔ)不足以彌補(bǔ)裂縫所帶來的損害。因此需要重新計算混凝土結(jié)構(gòu)，從增強(qiáng)承重的角度對裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。相比于其他修補(bǔ)方式，結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)能夠從根本上延長橋梁的使用壽命，增加橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

(4) 灌漿法。在裂縫中重新灌入混凝土漿，是較為常見的修補(bǔ)方法。適用范圍廣泛，操作簡單，經(jīng)濟(jì)成本低，因此在橋梁施工中被廣泛采用。

3.6 加強(qiáng)施工管理

橋梁施工僅有理論支撐是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，更重要的是保證實際的施工效果。而常見的工程問題如偷工減料、不規(guī)范操作等在橋梁施工中同樣存在。因此需要加強(qiáng)施工中的管理，可以從以下幾個方面進(jìn)行。第一，嚴(yán)把材料質(zhì)量關(guān)。材料質(zhì)量是橋梁質(zhì)量的基石，因此對材料質(zhì)量的監(jiān)管應(yīng)當(dāng)形成科學(xué)的監(jiān)管體系。在材料采購前，形成公開的采購文件。材料進(jìn)場前進(jìn)行專業(yè)人員的抽檢，確保材料質(zhì)量符合預(yù)期。在施工過程中定期對材料進(jìn)行抽檢，確保材料質(zhì)量的穩(wěn)定性。第二，設(shè)計人員深入?yún)⑴c施工過程。設(shè)計人員僅完成設(shè)計是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還應(yīng)該根據(jù)實際施工的情況及時修改設(shè)計。設(shè)計人員與施工人員應(yīng)及時溝通，了解施工的程序和進(jìn)度。根據(jù)施工的情況調(diào)整設(shè)計方案，使其更加適合于現(xiàn)狀。充分參考施工人員的反饋意見，若發(fā)生橋面開裂現(xiàn)象較多時，調(diào)整材料配比以增加其穩(wěn)定性。第三，建立暢通的溝通機(jī)制。設(shè)計部門和施工部門由于立場不同，容易發(fā)生沖突。因此應(yīng)當(dāng)合理的設(shè)置溝通方案，使設(shè)計人員能夠及時了解施工情況，施工人員提高對設(shè)計圖紙的理解。同時能夠確保施工人員在理解設(shè)計意圖的情況下進(jìn)行施工，對施工中所發(fā)生的突發(fā)情況更加有效的應(yīng)對。

4 結(jié)語

橋梁工程關(guān)涉到運輸業(yè)甚至國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，具有重要的戰(zhàn)略意義。應(yīng)充分確保橋梁工程的安全性和可靠性，避免產(chǎn)生橋梁塌陷等重大安全事故的發(fā)生。這不僅是巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還可能造成生命安全的重大損害。因此應(yīng)充分排除橋梁施工中的安全隱患，其中最為常見的混凝土裂縫是排查的重點?；炷劣捎谄洳牧咸攸c，無法避免的會產(chǎn)生裂縫。雖無法避免裂縫的產(chǎn)生，但可以盡量減少裂縫的數(shù)量以及裂縫產(chǎn)生后的不利影響。本文在分析裂縫產(chǎn)生的具體原因后，有針對性的提出了防控裂縫的多角度措施。包括嚴(yán)控材料質(zhì)量、精細(xì)化荷載設(shè)計、注重早期養(yǎng)護(hù)、合理控制溫度、加強(qiáng)施工管理等多方面，系統(tǒng)化的減少橋梁裂縫可能產(chǎn)生的重大安全風(fēng)險，避免橋梁塌陷等安全事故的產(chǎn)生。通過本文的系統(tǒng)化分析，以期對橋梁的實際施工提供技術(shù)參考。增強(qiáng)橋梁的穩(wěn)固性和使用壽命，更好的為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。