分析铁路桥梁墩身混凝土开裂原因及施工监理措施

【摘要】针对铁路桥梁墩身施工中最容易产生的问题——混凝土裂缝，在阐述常见裂缝形式及其危害的基础上，对裂缝的产生原因及防控施工监理措施进行深入分析，旨在为实际施工中有效预防裂缝的产生提供参考借鉴，保证墩身施工质量。

【关键词】铁路桥梁;墩身裂缝;裂缝成因;施工监理控制

在铁路桥梁工程施工中，墩身混凝土施工是重要环节，但由于受到不同因素的影响，可能会是墩身产生裂缝，这也是墩身施工最常见的一种质量通病。如果墩身产生裂缝，将花费高昂的费用用于后期修补，而且修补难度还很大。因此，在施工中就要通过监理控制来预防墩身混凝土产生裂缝，保证整个墩身的施工质量。

1、墩身裂缝形式与危害分析

在铁路桥梁中，墩身裂缝主要包含以下几种形式，不同形式裂缝的危害如下：

（1）从整个墩身结构中纵贯的深层裂缝。这种裂缝大多在双线墩模板拆除以后的1-10d时间范围内产生，缝宽一般不小于0.2mm，裂缝深度超过10cm，严重时将穿透整个墩身结构，在严寒地区若事先未加控制，则会经常发生。因这种裂缝的宽度与深度都很大，所以会对墩身结构安全带来极大的影响。如果产生裂缝，则裂缝的深度、长度与宽度都将不断增长，在修补之前应做好长期观测，经观测确认裂缝停止发展后，由专业人员进行验算，在确定不会对整体结构受力造成影响后，开始修补裂缝。若裂缝的深度与宽度持续扩展，已经对墩身结构受力造成影响，需进行返工处理[1]。

（2）墩身混凝土表面产生龟裂。部分桥墩在拆除模板一段时间后，其表面会产生很多不规则裂缝，这些裂缝的宽度一般不超过0.2mm，这种裂缝就是龟裂，是墩身最常见的一种裂缝形式。该裂缝的长度不尽相同，但深度较小，数量多，面积大。开裂初期，会对墩身混凝土外观造成影响，因开裂面积会不断增大，使墩身内部受到雨雪的侵袭，在严寒地区将导致混凝土出现一定冻胀应力，使墩身产生剥落等病害，影响混凝土结构耐久性。

（3）在墩身的护面钢筋上产生纵向与环向裂缝。该裂缝仅产生于护面钢筋的外缘，宽度不小于0.2mm，长度有所不同，缝深和钢筋保护层实际厚度直接相关。导致这种裂缝产生的原因相对单一，控制难度低，产生数量并不多。但如果产生，且未能及时有效的处理，将导致钢筋产生锈蚀，影响混凝土和钢筋之间的粘结，最终降低混凝土结构耐久性。

2、墩身裂缝产生原因

以上几种常见墩身裂缝形式的产生原因为：

（1）对于从整个墩身结构中纵贯的深层裂缝，其产生原因包括：其一，大体积混凝土产生内部温度应力。在混凝土中，水泥和水发生水化反应会放出很大水化热，尤其是大体积混凝土，水化热很高，中心温度能达到50℃以上，这样会在混凝土中产生一定温度拉应力，由于混凝土的抗拉强度很低，所以温度拉应力很容易超过混凝土极限抗拉强度，导致混凝土产生裂缝。基本上所有铁路桥梁的桥墩都属于大体积混凝土，所以以上是导致墩身产生从整个墩身结构中纵贯的深层裂缝的主要原因;其二，在墩身还没有形成足够强度时就承受荷载。通过施工监理可知，施工单位一般会对墩身、托盘及顶帽进行分次浇筑，每次浇筑施工的时间间隔在72h以内的墩身都产生了裂缝，而实际的时间间隔达到72h及以上的，均未产生裂缝。通过计算得出，托盘与顶帽总方量超过100t，对于C30混凝土，其3d龄期抗压强度只有8.3MPa，还不足设计要求的30%，而且劈裂强度只有0.77MPa[2]。在这种情况下直接承受荷载，尽管不会使墩身由于受压而开裂，但如果加上其它因素的作用，很容易使墩身产生裂缝，桥墩支承垫石与顶帽裂纹如图1所示;其三，混凝土的坍落度不合格，或施工操作不当等。在墩身施工中，很多施工单位都会用到串筒进行混凝土浇筑，串筒位置一般为与中心轴线相距3m的两侧。如果施工中所用混凝土的坍落度相对较大，则在浇筑过程中粗骨料将堆积于串筒两侧，而细骨料和水泥浆将向相对较远的地方流动，此时倘若振捣操作不当，使振捣不均匀、不到位，将在中心轴线产生粗骨料小但水泥浆很多的实际情况，此处结构强度必定受到很大影响，成为整个墩身上的薄弱环节。另外，这一部位还是核心部位，水化热最高，所产生的温度应力很大，极易产生从整个墩身结构中纵贯的深层裂缝[3]。

（2）对于墩身表面龟裂，其主要产生原因为拆除模板后室外环境有很大的温差，在混凝土的表面连续产生热胀冷缩，使表面产生很多细微的裂缝。此外，如果空气干燥，且后期养护不到位或操作不当，将导致这种裂缝的数量不断增多[4]。

（3）对于在墩身护面钢筋上产生的纵向与环向裂缝，其产生原因包括：其一，钢筋的保护层厚度未能达到要求，施工中没有严格按照设计要求进行保护层垫层的留置，或在浇筑过程中对护面筋进行的定位不准确、不牢固，导致垫块产生脱落，使钢筋向模板处产生移位，导致保护层的实际厚度未能達到要求，在混凝土表面产生裂缝，严重时将导致漏筋;其二，在完成对混凝土的浇筑施工后，混凝土达到终凝前，钢筋因为受到人为扰动而和混凝土之间产生脱离，导致开裂[5]。

3、墩身裂缝防控施工监理措施

以上几种常见墩身裂缝形式，需采用以下施工监理措施进行防控：

（1）对于从整个墩身结构中纵贯的深层裂缝，应采取下列施工监理措施来防控：其一，监理单位应和施工单位一同对试验人员进行抽调，在施工中于墩身内埋设传感器与测力元件，以此对混凝土内部温度、浇筑温度等进行严格测定与记录，并留置混凝土试件在相同条件下进行养护。从相关测试结果可知，在浇筑72h之后，内部温度不在上升，保持稳定;浇筑120h后，温度开始下降;混凝土试件的5d龄期抗压强度在16MPa左右，劈裂强度在1.62MPa左右，可见，上述压强已经超过墩身实际受到的压强。在施工安排方面，需将分次浇筑过程中的时间间隔按照120h以上控制;其二，对混凝土的坍落度进行严格控制，旁站监理应和施工单位的专业试验人员一同对混凝土做坍落度检测，同时做好相应的记录。对不满足坍落度要求的混凝土，应报废处理，禁止在施工中使用;施工单位应对施工工艺进行改进，比如在墩身的轴心增设串筒等;振捣操作人员必须持证上岗，上岗前对他们的上岗证进行检查与核对，并做好登记，确保所有施工人员均合格、熟练;在施工中加强旁站监理，对操作人员予以严格监督，防止由于振捣不到位导致薄弱环节的形成[6]。

（2）对于墩身表面龟裂，施工单位应先做好模板拆除前的准备工作，以此尽可能缩短模板拆除所需时间。完成对墩身的模板拆除后，应立即通过三层包裹来养护，即按照从内到外的次序分别包裹塑料薄膜、棉被和厚塑料布。通过这样的养护处理，能隔离混凝土和室外环境，避免混凝土表面受到环境温差的作用和影响，降低或避免热胀冷缩作用造成的不利影响。模板的拆除必须在混凝土强度达到要求时进行。对于托盘和顶帽处的混凝土，应使用棉被进行覆盖，并定期浇水，实际养护时间应达到28d以上。通过养护，能减少或避免其内部水分蒸发与散失，防止龟裂的产生[7]。

（3）对于在墩身护面钢筋上产生的纵向与环向裂缝，应采取下列施工监理措施来防控：其一，施工单位要对自检程序进行完善，质检人员和监理工程师需要在开盘之前做好护面钢筋的绑扎及模板安装情况检查，经检查确认合格后进行签认，之后即可开盘。在浇筑施工中，质检与监理人员应做好实时监控，若发现垫块产生脱落或钢筋发生移位，应要求操作人员立即进行整改和纠正;其二，在分段浇筑施工完成，且达到终凝后，要求现场的操作人员不能晃动和攀爬钢筋，同时做好覆盖与看守，避免人为破坏或其它自然因素对混凝土造成扰动，导致混凝土开裂。在发现裂缝的现象时，现场施工人员应立即采取有效措施加以处理，避免裂缝进一步发展和扩大，造成更严重的损坏。

结语：

综上所述，严抓施工和监理在不同施工环节中防裂措施的制定与落实，尤其是要严抓细小环节的相关措施，从根本上保证墩身质量，避免裂缝问题的产生，为桥梁的上部结构施工和桥梁正常与安全运营奠定良好基础。

参考文献：

[1]姚维轩.试述铁路桥梁墩身混凝土裂缝成因及其控制措施[J].建筑技術开发，2019，46（21）：115-116.

[2]向晋.桥梁墩台大体积混凝土施工裂缝及预防措施[J].城市建设理论研究（电子版），2019，10（10）：109.

[3]纪晓.注浆加固法在石砌桥梁墩台裂缝病害处治中的应用[J].山东工业技术，2019，10（08）：117-118.

[4]乔红彦.试述铁路桥梁墩身混凝土裂缝成因及其控制措施[J].工程建设与设计，2018，11（09）：192-193+196.

[5]岳新兴，邓翀，赵志刚，胡勇.东非热带季风区铁路桥梁墩身大体积混凝土温度裂缝控制技术[J].施工技术，2016，45（S2）：323-325.

[6]范忠明.桥梁墩台大体积混凝土施工裂缝及预防措施[J].科技展望，2016，26（06）：114-116+256.

[7]罗斌.高速铁路桥梁墩台温度裂缝的产生原因及控制措施[J].湖南交通科技，2014，40（04）：99-101.

作者简介：

顾忠坤，男，本科，主要从事：工程监理方面。