公路橋梁施工中混凝土裂縫原因和處置措施

文 / 安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司 邵昀琦

前言

從我國現(xiàn)階段橋梁施工情況來看，仍然存在各方面的問題，甚至在某些方面根本無法滿足人們的要求，再加上水泥自身所攜帶的特點，很容易受到惡劣天氣和運營環(huán)境的影響，一旦保護工作不及時，會給橋表面帶來不同程度的裂縫。

針對這一情況，亟需有關(guān)方面在設(shè)計、施工、運營等階段開展研究，再根據(jù)實際問題制定正確的補救措施，從而提高橋梁的穩(wěn)定性和安全性。而如果建筑企業(yè)忽略對橋梁混凝土裂縫的研究，不僅會影響橋梁外觀美，還會給橋梁結(jié)構(gòu)安全性帶來致命隱患，在我國所有橋梁事故中，結(jié)構(gòu)裂縫所造成事故的比例要遠超過總事故比例，所以不難發(fā)現(xiàn)混凝土橋梁裂縫是影響橋梁安全耐久性的重要因素。

案例分析

工程概況

四川某告國道，其結(jié)構(gòu)形式是利用預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁；限定車速在120km/h；橋梁設(shè)計荷載掛車不能超過120級、汽車不能超20級，可通行凈高為6m，。當完成標高段施工后，要對橋梁某些部分進行檢查，查看混凝土表面是否存在不規(guī)則裂縫，發(fā)現(xiàn)其表面出現(xiàn)形狀不規(guī)則裂縫（如圖1所示）。

橋梁裂縫形成的原因

根據(jù)目前研究內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，造成裂縫出現(xiàn)原因有兩個方面：一方面，工程技術(shù)人員太注重橋梁裂縫加工和修補工作，并未從裂縫形成的根源出發(fā)進行分析，對橋梁裂縫的產(chǎn)生機理并未提出可行理論依據(jù)。另一方面，全球?qū)蛄毫芽p形成中，具有不同方法準則和理論知識，無法在最短時間內(nèi)形成統(tǒng)一，缺乏健全的理論體系。因此，我國目前很多關(guān)于橋梁裂縫只有少量自主成果，急需補充。

溫度變化引起的裂縫

溫度變化所引起的裂縫，是由于混凝土結(jié)構(gòu)受到周圍溫度、陽光照射、水泥水化放熱等方面因素影響，出現(xiàn)熱脹冷縮的現(xiàn)象，在混凝土內(nèi)外形成應(yīng)力差，在內(nèi)外應(yīng)力差超過一定界限的情況下，橋梁表面產(chǎn)生的裂縫。

在正常情況下，通常溫度裂縫產(chǎn)生有下面幾種原因：

第一，在某些地區(qū)全年溫差值差異性較大，很容易導致橋梁縱向移動，一旦這時縱向移動受定位構(gòu)件的限制，在不同部位產(chǎn)生受力差異，則會產(chǎn)生溫度裂縫。第二，日照溫度過高，會影響局部拉應(yīng)力，當拉應(yīng)力超過標準值后，就會產(chǎn)生裂縫。

第三，早晚溫差大，由于溫差過大溫度變化快，會給橋梁結(jié)構(gòu)表面造成溫度變化，但橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度相對穩(wěn)定、變化速率也較慢，這種溫度差異很容易產(chǎn)生溫度梯度變化，從而產(chǎn)生裂縫。

第四，水泥水化熱的影響，這方面影響通常出現(xiàn)在施工階段，混凝土構(gòu)件澆筑后，水泥膠結(jié)材料自身、凝膠與其所裹覆的骨料表面發(fā)生反應(yīng)，水化放熱，越是構(gòu)件核心其水化熱越易積累，導致混凝土內(nèi)化溫差，若養(yǎng)護不到位，極易產(chǎn)生裂縫。

荷載引起的裂縫

在橋梁施工過程中會受到不同載體作用，如動力荷載、靜力荷載、各種次應(yīng)力荷載等，在這些荷載的共同作用下，會導致橋梁出現(xiàn)一定損傷，最終產(chǎn)生不同程度的裂縫。一般這種裂縫分為二次應(yīng)力裂縫和直接應(yīng)力裂縫兩種類型。同時，橋梁在施工期間會由于個別原因，造成橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接應(yīng)力裂縫。

如設(shè)計計算時，由于計算模型選擇不當、荷載計算公式錯誤等，都會造成結(jié)構(gòu)實際受力與理論計算出現(xiàn)嚴重不符，進而導致應(yīng)力超過約束力，最終出現(xiàn)混凝土裂縫。

或者施工過程當中，施工人員不按照設(shè)計圖紙和設(shè)計規(guī)劃進行施工，隨意更改原本的設(shè)計要求和施工順序，都會給橋梁結(jié)構(gòu)受力帶來不利影響，進而誘發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

地基變形引起的裂縫

在橋梁施工時，由于基礎(chǔ)受到多方面的影響，產(chǎn)生多重形變，如水平位移、不均勻沉降等，會給結(jié)構(gòu)受力帶來影響，產(chǎn)生附加應(yīng)力，使橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

目前，基礎(chǔ)不均勻沉降主要原因有：

第一，橋梁勘察設(shè)計過程當中的試驗資料不健全，在進行專業(yè)地質(zhì)勘查時，計算方式不夠精準。

第二，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別較大。在同一橋梁施工過程當中，由于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之間具有較大差異，很容易造成地基出現(xiàn)不均勻沉降。

第三，地基地質(zhì)方面具有較大差異，如建造河谷區(qū)域的橋梁時，在山坡處的地基和河谷處的地基方面具有差異性。

第四，地基凍漲，在北方冬季溫度較低，地基土內(nèi)由于存在大量結(jié)合水類物質(zhì)，很容易出現(xiàn)冰凍膨脹現(xiàn)象；隨著氣溫上升，凍土會逐漸融化，冰凍膨脹現(xiàn)象會逐漸消失，從而讓地基軟化收縮產(chǎn)生下降，從而出現(xiàn)沉降。

第五，施工階段，對地基處理不當，未嚴格按照施工方案進行基礎(chǔ)處理，導致明顯的工后沉降。

混凝土收縮引起的裂縫

混凝土收縮主要包括塑性收縮和縮水收縮兩種類型?？s水收縮是指混凝土隨著強度不斷增加，表面水分會逐漸蒸發(fā)，濕度越來越低，從而導致其體積減少。其內(nèi)部收縮要比外部收縮幅度小的多，會讓混凝土表面產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，甚至出現(xiàn)收縮性裂縫。

而在施工過程當中，混凝土通常在5個小時后，會產(chǎn)生強烈的水化反應(yīng)，混凝土內(nèi)部水分會迅速減少，甚至會出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。而混凝土骨料伴隨時間不斷增多向下沉，這時混凝土內(nèi)部還未徹底硬化，從而造成塑性收縮現(xiàn)象。

因此，在施工過程當中，要根據(jù)實際情況嚴格控制水灰比和攪拌時間，當澆筑豎向變截面處時，可利用分層澆筑方式，在后期對其充分保養(yǎng)，只有完成好上述步驟，才能降低塑性收縮現(xiàn)象出現(xiàn)的概率。

防治策略

加強混凝土養(yǎng)護

當混凝土靜置時間結(jié)束后，可利用專業(yè)工具在混凝土表面噴灑上足夠的水分，從而保持混凝土濕度能滿足要求。

在正常情況下，混凝土靜置時間在12-18小時后，養(yǎng)護時間要持續(xù)28小時。具體時間要根據(jù)實際情況調(diào)整。混凝土養(yǎng)護在整個工作流程中具有至關(guān)重要的作用，一旦操作不當，就會給混凝土質(zhì)量帶來嚴重影響，增加混凝土裂縫幾率。尤其是在溫度較高的夏天，更要注重混凝土養(yǎng)護工作。要經(jīng)常在混凝土上噴灑水，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免混凝土出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

增加輻射筋

在施工過程中，增加負筋能避免出現(xiàn)裂縫，這是因為裂縫應(yīng)用作用方向和輻射筋一直，通過負筋能限制裂縫產(chǎn)生，所以在一些重要的工程部位可利用增加輻射筋的方式，來降低裂縫產(chǎn)生。同時，可利用外包鋼加固法，這種方式通常是將鋼材包在原有橋梁結(jié)構(gòu)外，再合理進行加固處理。

這種方式通常使用在構(gòu)建截面較大且混凝土結(jié)構(gòu)承載力不足的橋梁上面，采用干式外包鋼加固和濕式外包鋼加固兩種。該方式優(yōu)點在于施工作業(yè)難度低，加固后整體結(jié)構(gòu)受力均勻，與其他加固方式相比，具有較好的效果。

加大負筋混凝土厚度

通過混凝土墊塊對負筋所在位置進行加工，減少施工人員數(shù)量和行人踐踏數(shù)量，降低板面鋼筋下沉程度，加強保護層厚度，避免出現(xiàn)混凝土開裂的問題。

此外，可利用增大構(gòu)件截面加固法，該種方式是以橋梁結(jié)構(gòu)為切入點，澆筑大量混凝土，提高橋梁截面面積和結(jié)構(gòu)整體承載能力。這種方面是現(xiàn)階段最為實用的解決方法，是通過主梁梁底來進行施工，提高構(gòu)建截面積和截面鋼筋面積，并對結(jié)構(gòu)表面進行專業(yè)處理，從而確保截面承載性能。

這種方法在目前已被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，對橋梁結(jié)構(gòu)截面剛度和承載能力具有非常重要的作用，并且其計算方式也比較簡單。

總結(jié)

綜上所述，公路橋梁施工作為一種難度系數(shù)較高的系統(tǒng)性工程，其涉及范圍較廣，只有所有環(huán)節(jié)質(zhì)量都滿足要求，才能確保整個工程項目的質(zhì)量。

而混凝土裂縫作為目前公路橋梁中最常見的問題，同樣是目前急需解決的問題。因此，政府層面和企業(yè)層面都要提高對橋梁建設(shè)的重視程度，從勘察設(shè)計、施工、養(yǎng)護各個階段不同環(huán)節(jié)著手，提高對橋梁結(jié)構(gòu)裂縫控制的重視程度，避免出現(xiàn)橋梁裂縫現(xiàn)象，提高橋梁本身的質(zhì)量，使橋梁能發(fā)揮其真正作用，推動經(jīng)濟向前發(fā)展。

要從橋梁裂縫問題的源頭出發(fā)，認知到引發(fā)橋梁裂縫的原因，根據(jù)不同原因采用不同的修補方式，從而有效延長橋梁使用壽命，減少橋梁裂縫問題的產(chǎn)生。