小型農(nóng)村公路混凝土裂縫成因分析及防治措施

張善華 郭春伶 陳敏

(1.嘉興市秀洲區(qū)交通工程質(zhì)量安全管理服務中心 浙江嘉興 314000;2.交通運輸部公路科學研究院 北京 100088)

1 裂縫形式及產(chǎn)生原因

混凝土是一種由骨料、膠凝材料、砂、水及外加劑等組成的復合材料，由于各種原材料的物理性能不同，導致混凝土內(nèi)部存在一些孔洞、微裂縫等原始缺陷。而這些缺陷位置通常是混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應力集中的位置，當拉應力大于當時混凝土內(nèi)部抗拉強度時，即會產(chǎn)生微裂紋。因此，混凝土這種材料的特殊性，使得它比較容易產(chǎn)生各種微觀及宏觀的裂縫[1]。通過對嘉興地區(qū)在建工地的日常檢查發(fā)現(xiàn)，小型農(nóng)村公路路面及橋梁常見的混凝土裂縫有表面不規(guī)則收縮裂縫、路面縱向通長裂縫、路面橫向裂縫、橋面縱向長裂縫、橋梁伸縮縫混凝土裂縫以及橋面連續(xù)縫裂等幾種形式。

1.1 表面不規(guī)則收縮裂縫

部分混凝土橋面及混凝土路面，在澆筑完成不久后會出現(xiàn)如圖1所示的不規(guī)則裂縫，裂縫無固定走向，較多較密，裂縫深度較淺，部分可發(fā)展成淺型通長裂縫。這種裂縫形成的原因跟混凝土材料本身的特殊性有關(guān)?；炷良氂^層次上是由集料、砂漿及其兩者的交界面等三相組成的復合材料，砂漿的收縮性能是混凝土早期收縮性能的原動力，由于集料和砂漿的力學性能和收縮性能的不同，在水泥水化過程中，砂漿的收縮變形受到集料的約束，導致集料和砂漿的界面處出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，當拉應力超過混凝土中最薄弱處的抗拉強度時，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)微裂縫[2]，隨著砂漿收縮變形的累積，微裂縫開始擴展和匯集，導致混凝土宏觀裂縫的產(chǎn)生[3]。

圖1 表面不規(guī)則收縮裂縫

1.2 混凝土路面縱向通長裂縫

日常檢查中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)混凝土路面出現(xiàn)縱向通長裂縫[4]主要有兩種情況。

1.2.1 新建路段縱向通長裂縫

出現(xiàn)新建路段縱向通長裂縫的原因，是由于進行路基的施工時，未按設計要求進行分層壓實，或者填方路基對原地面處理不到位，原地面壓實度不符合設計要求。這兩種原因都導致路面承受荷載時，路基產(chǎn)生不均勻沉降，導致混凝土路面由于地基變形而破壞，如圖2所示。

圖2 新建路縱向通長裂縫

1.2.2 改建拓寬路段縱向通長裂縫

嘉興地區(qū)小型農(nóng)村公路對于老路拓寬的設計方法通常是對原有混凝土路面進行破碎并壓實，與拓寬部分的路基統(tǒng)一加鋪混凝土路面。這種路段的裂縫一般在新老路面交界處出現(xiàn)，裂縫呈縱向，長度一般較長，如圖3所示。出現(xiàn)這種裂縫的原因與上面一種情況類似，由于拓寬路段與原有路段的路基缺乏整體性和一致性，導致路面承受荷載時，不同部位的路基產(chǎn)生的變形沉降不一致，從而導致混凝土路面被拉裂。

圖3 改建路段縱向通長裂縫

1.3 混凝土路面橫向裂縫

在項目完工，質(zhì)量評定核查時發(fā)現(xiàn)，較多的水泥混凝土路面在完工不久后即出現(xiàn)橫向裂縫，裂縫一般較深，混凝土板塊沿路面橫向部分斷裂[5]或整塊斷裂。如圖4所示。出現(xiàn)這種裂縫的原因一般是由于未及時對路面縮縫進行切割或者未在規(guī)定位置設置脹縫引起，在澆筑完成后，由于混凝土自身熱脹冷縮的特性，路線較長的混凝土路面會產(chǎn)生拉裂現(xiàn)象。還有一種情況是，在混凝土強度達到設計強度之前，過早開放交通，或者混凝土路面承受的荷載超過了混凝土設計強度，導致混凝土板塊在荷載作用下斷裂。

圖4 混凝土路面橫向裂縫

1.4 混凝土橋面縱向長裂縫

混凝土橋面縱向裂縫通常出現(xiàn)在梁板鉸縫位置，裂縫長度一般較長，裂縫深度一般較淺，部分可發(fā)展成貫通橋面的縱向裂縫。出現(xiàn)這種裂縫的原因一般有以下幾種：（1）梁板鉸縫鋼筋未焊接；（2）鉸縫混凝土未振搗充分；（3）在鉸縫混凝土未達到設計強度時過早承受荷載。這3種原因都導致混凝土梁板無法形成整體協(xié)同受力，因此在承受荷載時，會在較薄弱的位置即鉸縫位置產(chǎn)生裂縫。

1.5 橋梁伸縮縫混凝土裂縫

橋梁伸縮縫混凝土裂縫一般呈規(guī)則性分布，出現(xiàn)在伸縮縫箍筋的位置，裂縫沿箍筋走向，深度一般較淺，如圖5所示。出現(xiàn)這種裂縫的原因有以下兩種。

圖5 混凝土橋面伸縮縫裂縫

（1）混凝土拌合物在振搗以后，由于骨料和水泥漿密度的差異，從而使得水泥漿只能漂浮在上面，而鋼筋上方的骨料由于受到鋼筋的阻擋，不能夠完全地下沉到內(nèi)部，導致鋼筋上部的混凝土受拉而產(chǎn)生裂縫。

（2）伸縮縫混凝土摻加纖維含量不足。國外有關(guān)研究結(jié)合有限元法分析了纖維混凝土在約束條件下早期收縮應力的發(fā)展趨勢，表明纖維混凝土可以提高混凝土的應力松弛和延遲混凝土的開裂時間，而當混凝土中摻加的纖維含量不夠時，則無法有效地起到阻擋混凝土開裂的作用。

1.6 混凝土橋面連續(xù)縫裂縫

混凝土橋面連續(xù)縫裂縫沿橋梁橫向方向，出現(xiàn)在連續(xù)縫混凝土附近，裂縫深度一般較淺，呈貫通狀。出現(xiàn)這種裂縫的原因是施工人員未按設計要求及時對連續(xù)縫進行切割或者未嚴格按施工圖和施工規(guī)范要求進行連續(xù)縫的施工，后期梁板混凝土伸縮變形導致橋面混凝土在連續(xù)縫位置附近被拉裂。

2 常見裂縫防治辦法

2.1 原材料控制

原材料的選取在混凝土裂縫的防控中是一個重要的角色，是裂縫及其他質(zhì)量通病控制的源頭。原材料的選取首先要符合規(guī)范和設計要求，例如：路基填料的種類，宕渣粒徑的控制及級配；混凝土拌制所用的砂石料以及外加劑，尤其是特殊部位混凝土例如伸縮縫處混凝土處外加劑的含量、混凝土配合比等。另外，施工單位應積極采用新型材料，優(yōu)化配合比控制，以減少混凝土內(nèi)部的初始微裂縫及初期的收縮裂縫。

2.2 施工過程控制

施工過程是混凝土裂縫及其他質(zhì)量通病控制的重中之重。通過日常檢查總結(jié)出，對于嘉興地區(qū)小型農(nóng)村公路路面及橋梁，從施工過程的角度進行裂縫控制的一個重要之處在于按設計要求進行施工。施工人員在施工前應熟悉圖紙，明確各部位的施工要求及施工方法。例如：按照圖紙要求進行混凝土路面縮縫、脹縫及橋面連續(xù)縫的設置；進行路基的分層碾壓、路基拼接處的臺階預留等。嚴格按照設計要求進行施工，可以有效地避免大多數(shù)較嚴重的混凝土裂縫。而對于混凝土表面收縮裂縫的控制，應進一步提高施工工藝。國外學者Elie El Hindy 和Buquan Miao 等通過試驗分析了養(yǎng)護時間、養(yǎng)護條件、硅粉含量以及水膠比等參數(shù)對混凝土干燥收縮變形的影響，結(jié)果也表明，延長養(yǎng)護時間可以有效降低混凝土的干燥收縮變形[6]。因此施工單位在進行混凝土施工時，應加強對混凝土的振搗和養(yǎng)護，并結(jié)合施工環(huán)境適當增加養(yǎng)護時間，可有效減少混凝土收縮裂縫[7]。

2.3 加強監(jiān)督管理

作為監(jiān)督管理人員，從以下兩個方面探討了如何從管理的角度進行混凝土裂縫的控制[8]。

（1）從管理方面確保原材料的選用符合規(guī)范及設計要求，保證質(zhì)量源頭。嚴格執(zhí)行原材料施工單位[9]自檢，監(jiān)理單位抽檢的制度，抽檢的頻率、批次等應符合規(guī)范要求。監(jiān)督管理單位應加強對施工單位自檢報告、監(jiān)理抽檢報告以及檢測單位的管理[10]。

（2）應加強中間交驗制度的監(jiān)督管理。中間交驗制度是隱蔽工程質(zhì)量控制的重要抓手。對隱蔽工程，應按照設計要求進行施工，并按照規(guī)范要求及時進行各項指標的檢測。作為社會監(jiān)督的監(jiān)理單位，應落實監(jiān)督管理的責任，對不符合要求的分項工程不應進行中間交驗的簽字通過。作為政府監(jiān)督機構(gòu)，應加大監(jiān)督管理力度，對重要的隱蔽工程中間驗收時，可采取突擊檢查的方式，督促各參建單位提高施工質(zhì)量。

3 結(jié)語

混凝土裂縫是嘉興地區(qū)小型農(nóng)村公路路面及橋梁常見的質(zhì)量通病之一，對結(jié)構(gòu)物的耐久性有著不良影響。不同位置、類別的裂縫形成的原因各異，施工人員及管理人員應從各自職責出發(fā)，從原材料選取、施工工程過程及施工管理等方面采取措施，以有效控制混凝土裂縫的產(chǎn)生。