刍议桥梁施工裂缝成因分析及处治措施

王化禹

摘要: 近几年来，随着我国交通基础建设得到迅猛发展，各地兴建了大量的混凝土桥梁。在桥梁工程施工中，裂缝的产生将会严重影响桥梁施工质量，以及桥梁的使用寿命，因此全面分析桥梁混凝土裂缝产生的原因，采取积极有效的解决方案，意义重大。文章简要论述了混凝土裂缝产生的成因与及相关预防措施。以便施工中做出行之有效的控制方法，合理有效控制裂缝,消除隐患, 保证工程质量。

关键词：桥梁施工；混凝土；裂缝；成因；处治对策

桥梁建设是交通建设中重要的组成部分，而桥梁施工的质量问题也就显得尤为重要。在桥梁施工过程中,很容易出现裂缝。裂缝的出现不仅影响工程质量甚至还会导致桥梁垮塌；并且已成为影响工程结构使用寿命的重要影响因素之一。其实，如果采取有效的施工技术措施和管理措施,很多裂缝是可以克服和控制的。为了避免工程中出现危害较大的裂缝, 文章试对混凝土桥梁在施工过程中产生裂缝的原因作较为全面的分析、总结,并提出相应的预防措施,以便在设计和施工时有效地控制裂缝的产生,以保证施工质量和结构使用安全。

1 桥梁施工混凝土的应用分析

随着我国桥梁技术的突飞猛进，大体积混凝土在桥梁结构中的应用也越来越广泛。混凝土是应用最广泛最重要的工程材料之一，具有取材广泛、价格低廉、抗压强度高、耐火性好、不易风化、养护费用低等优点，可以预计随着我国基础设施建设规模的迅猛发展，其应用领域还会进一步拓宽。在应用混凝土材料进行建筑结构、公路、桥梁及隧道等工程建设中，人们也发现，混凝土开裂是最常见的一种病害，并且已成为影响工程结构使用寿命的重要影响因素之一。在混凝土桥梁结构上产生的各种各样的裂缝，形成的原因也是千差万别，因此其危害性也会有显着的差异，在桥梁施工中，混凝土裂缝是常见的问题，然而，裂缝的产生对桥梁寿命的影响是巨大的。在施工中，全面分析裂缝产生机理，控制施工温度，对于产生的裂缝必须采取积极有效的措施，一定要严格施工管理，采用合理科学的施工措施，正确选择原材料，就提高混凝土本身抗拉性能，减少混凝土裂缝的产生，确保工程质量，避免由于出现裂缝而影响工程的质量，从而避免桥梁裂缝的产生，保质保量地完成桥梁混凝土的施工，为桥梁建设事业发挥有效措施，在实际施工中由于所处的环境变化大施工难度不一，会碰到许多复杂的新难题、有待同行们努力钻研、共同克服施工难题。

2桥梁混凝土裂缝的成因

2.1荷载作用产生的裂缝

钢筋混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝,又可细分为直接应力裂缝、次应力裂缝两种。承受拉(轴)力和弯矩的钢筋混凝土构件在横截面会产生一维的拉应力,承受剪力和扭矩及其他复合受力结构则会出现主拉应力,它们都可能会在垂直于主拉应力的方向产生裂缝。裂缝一般沿构件宽度方向贯通部分截面或全截面。根据截面形状的不同,荷载裂缝的形态也会有所不同。

2.2 混凝土收缩引起的裂缝

在实际工程中,混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因。

塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后4～5 h左右,此时水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大,可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。

缩水收缩(干缩)。混凝土结硬以后,随着表层水分逐渐蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失很快,内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。

2.3温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质,当外部环境或结构内部温度发生变化,混凝土将发生变形,若变形遭到约束,则在结构内将产生应力,当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中,温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别于其他裂缝的最主要特征是随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化的主要施工因素有以下方面。

1)水化热。出现在施工过程中,大体积混凝土(厚度超过2.0 m)浇筑之后由于水泥水化放热,致使内部温度很高,内外温差太大,致使表面出现裂缝。施工中应根据实际情况,尽量选择水化热低的水泥品种,限制水泥单位用量,减少骨料人模温度,降低内外温差,并缓慢降温,必要时可采用循环冷却系统进行内部散热,或采用薄层连续浇筑以加快散热。2)蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当,混凝土骤冷骤热,内外温度不均,易出现裂缝。

2.4基础变形引起的裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,使结构中产生附加应力,超出混凝土结构的抗拉能力,导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有：1）地基地质差异太大,地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降2）结构荷载差异太大。在不改变条件地质情况下，各部分基础荷载差异太大时,有可能引起不均匀沉降。3）结构基础类型差别大,也可能引起地基不均匀沉降。4）地基冻胀。在低于零度的条件下含水率较高的地基土因冰冻膨胀；一旦温度回升，冻土融化，地基下沉。因此地基的冰冻或融化均可造成不均匀沉降。5）桥梁基础置于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时,可能造成不均匀沉降。6）拱桥等产生水平推力的结构物,对地质情况掌握不够、设计不合理和施工时破坏了原有地质条件是产生水平位移,导致结构开裂。

2.5施工工艺质量引起的裂缝

1)混凝土保护层过厚,或乱踩已绑扎的上层钢筋,承受负弯矩的受力筋保护层加厚,导致构件的有效高度小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。2)混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。3)混凝土浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝,既塑性收缩裂缝。4)混凝土搅拌、运输时间过长,使水分蒸发过多,引起混凝土塌落度过低,使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。5)混凝土初期养护时急剧干燥,使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。6)用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,导致混凝土凝结硬时收缩量增加,使得混凝土体积上出现不规则裂缝。7)混凝土分层或分段浇筑时,接头部位处理不好,易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如混凝土分层浇筑时,后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑,引起层面之间的水平裂缝;采用分段现浇时,先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好,新旧混凝土之间粘结力小。或后浇混凝土养护不到位,导致混凝土收缩而引起裂缝。8)混凝土早期受冻,使构件表面出现裂纹,或局部剥落,或脱模后出现空鼓现象。9)施工时模板刚度不足,在浇筑混凝土时,由于側压力的作用使得模板变形。产生与模板变形一致的裂缝。10)施工时拆模过早。混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。11)施工前对支架压实不足或支架刚度不足,浇筑混凝土后支架不均匀下沉,导致混凝土出现裂缝。12)安装顺序不正确。对产生的后果认识不足,导致产生裂缝。如钢筋混凝土连续梁满堂支架现浇施工时,钢筋混凝土墙式护栏若与主梁同时浇筑,拆架后墙式护栏往往产生裂缝;拆架后再浇筑护栏,则裂缝不易出现。13)施工质量控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料计量不准,结果造成混凝土强度不足和其他性能(和易性、密实度)下降,导致结构开裂。

3桥梁混凝土裂缝的施工防治措施

3.1材料的控制

施工工艺是保证混凝土构件质量的关键、除施工的施工操作应严格按照施工技术规范的有关规定进行,对原材料钢筋、水泥、砂、碎石、水等都应进行严格的抽样检验。对混凝土配合比应进行对比试验。在高温下或雨后施工对砂、碎石应进行含水量实验,及时调整施工配合比,确保混凝土的施工质量。

3.2温度的控制

1)改善骨料级配,采用干硬性混凝土、加添加剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;拌和混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;在混凝土中埋设水管,通入冷水降温;规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度变化;施工中长期暴露的混凝土浇筑体表面或薄壁结构,在寒冷季节采用保温等措施。2)合理地分缝分块,避免基础过大起伏;合理地安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露。另外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力。防止表面干缩。特别是保证混凝土的质量对防止裂缝十分重要。应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的。因此,施工中应以预防其贯穿性裂缝的发生为主。

3. 3非结构性裂缝防止措施

防止塑性沉降裂缝的措施有基础处理、支架搭设进行科学设计、严格施工。对支架进行全面积预压以消除非弹性变形;混凝土中加减水剂减少混凝土泌水,确保混凝土保护层厚度、混凝土施工时进行二次抹面。防止塑性收缩裂缝的措施有加强早期混凝土养护以降低混凝土中水份蒸发速率。方法是结构外露面覆盖麻袋、海绵等浇水湿治养护。防止温差裂缝的措施有合理安排混凝土浇注顺序及浇筑速度,在混凝土浇注的过程中消除部分温差。夏季施工时骨料要洒水降温,冬季施工时混凝土表面应覆盖保温。

防止干缩裂缝的措施有设计部门布设足够的控制裂縫的分布筋。施工配合比设计时减小水灰比。尽量增加骨料用量、增大骨料粒径。施工完成后加强混凝土的湿治养护。防止龟裂的措施有配合比设计时水泥用量不宜过多。振捣要密实而不过振,混凝土表面泌水及浮浆要及时清除并注意及时养护。

4结语

总而言之,在桥梁施工过程中,只要严格控制好材料质量、施工工艺、以及现场的施工管理,根据现场条件,材料特点,气温等多种因素,采取合理的措施,就能有效地控制裂缝的产生,确保工程质量。

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