道桥混凝土裂缝应对攻略

杨剑宇

摘要：混凝土是现今道桥项目建设中应用最多的原料之一，主要用于桩基、路面及梁体灌注。混凝土施工质量的好坏直接影响到桩基承载力、路面梁体的耐磨性及稳固程度。实际施工中混凝土开裂现象较多，对建筑结构的安全性造成较大的影响。浅表层的裂缝对工程的力学结构不会造成影响，但较深或较宽的裂缝会在公路桥梁的使用过程中不断扩大加深，引发混凝土质量问题，造成严重的安全隐患，缩短道桥的使用年限。 本文针对道桥施工中混凝土裂缝原因进行了分析探讨，并提出了相应的防治措施。

关键词：道桥施工   混凝土裂缝   应对攻略

中图分类号：U416.1       文献标识码：A

1.引言

近几年来，随着国民经济的快速发展，我国的交通建设得到了很大发展，道路桥梁建设数量越来越多，规模越来越大。在路桥工程施工中，混凝土因其价格低廉、耐磨损程度强、施工便利、装饰性强、整体质量水平高应用十分广泛。但在混凝土施工过程中，由于受多种因素的影响，会出现裂缝。混凝土裂缝的存在，不仅影响工程外观，严重的还会影响工程整体安全。比如较严重的裂缝会导致路桥坍塌、变形，不仅影响了工程的质量，还对其结构安全造成比较大的隐患。道桥施工中出现的裂缝不但影响工程进度，还会造成一定的经济损失及安全隐患。在道桥工程建设中，应采取积极预防措施，从设计、选材和施工养护等环节入手，提高混凝土施工质量，控制混凝土裂缝，减少造成严重危害级别裂缝的发生几率。确保路桥使用过程中的安全性和稳定性，强化道桥安全性能的保障工作[1]。

2. 道桥施工中混凝土裂缝形成的原因

道桥工程所用混凝土主要是由水泥、掺合料、砂石骨料、外加剂、水通过一定的比例混合制成的一种脆性施工原料。自身特性及施工现场影响硬化成型的混凝土内部会存在一些微孔隙或气穴。一般情况，轻微的裂缝不会对混凝土的承载力及防渗力造成不良影响。若是受到一些外界因素的影响，比如温度差异、地表沉降、内部钢筋锈蚀、材料质量亦或是混凝土在拌合、浇筑、施工过程中操作不规范等多种因素地影响，细微裂缝会发生明显扩张、连通现象，促使裂缝加深加宽。随着裂缝的加深，就会造成钢筋裸露，内部钢筋结构腐蚀，破坏桥梁结构，造成严重的安全隐患，缩短桥梁的使用年限[2]。

2.1温度变化造成的裂缝

目前，钢筋混凝土是道桥工程常用的施工材料。混凝土具有热胀冷缩的特性，施工過程中外界环境、内部环境发生的点滴变化，都会引起混凝土形态改变，造成结构上应力的变化，导致混凝土出现裂缝，且随温度变化不断活动。如日照时间、季节变化，早晚温差及天气的变化，都会加剧裂缝危害。水泥在使用过程中会出现水化热现象，导致混凝土结构内部温度远高于外界温度，在表面形成拉应力，当拉应力超过了混凝土结构表面承受力，导致裂缝产生[3]。比如，混凝土的浇筑厚度过大，就会造成水泥水化热反应生成的热量无法充分释放，导致混泥土结构内外温差过大，产生裂缝危害。

（1）混凝土内部温度变化造成的裂缝。道桥混凝土进行浇筑施工时，结构出现散热的现象，内部散热速度远远小于外部，大量的热能聚集于构件内部，致使同一结构的内外温差太大，当构件内部热量不能及时释放时，混泥土构件就会受到应力作用，对结构稳定性造成破坏，引发裂缝问题发生[4]。施工完成之后，混凝土构件会慢慢凝结硬化，水泥在凝结硬化过程中会释放大量的水，同时释放大量热能，导致混凝土体积增大，相应在结构上产生拉应力， 若拉应大于抗裂力，裂缝就出现了。

（2）温度变化导致混凝土裂缝。混凝土浇筑温度、水化热绝热温度、结构散热温度皆影响混凝土结构内部的温度变化。外界的气温越高，浇筑温度越高，加速混凝土结构内部的水分蒸发，引发裂缝。如昼夜温差过大导致的气温骤升骤降，极易引起混凝土开裂[9]。若环境温度低于 0℃，浇筑后的混凝土材料受冻结冰导致体积膨，严重影响到混凝土的强度，导致裂缝出现。此外，湿度也会引发混凝土的裂缝，湿度相对较低时就会引起混凝土的干缩，产生裂缝。若道桥工程在冬季施工，后期采用蒸汽养护的方式对混凝土结构养护，养护停止后，就会造成混凝土结构温度持续下降，造成裂缝危害。

2.2荷载过大引起的裂缝

混凝土结构是道桥工程重要结构，需承担比较大的荷载。在实际施工中极易因力学结构设计的不合理导致开裂。虽然混凝土结构本身具有良好的负载和耐磨损性能，但在使用过程中，因反复加压、摩擦也会产生老化或开裂[1]。荷载导致的裂缝，是指道桥混凝土结构在正常使用过程中，承受常规动静荷载或次应力而引起的，有直接应力裂缝、次应力裂缝。

（1）直接应力裂缝。在工程施工阶段，形成的相应荷载与预算荷载之间存在不吻合，荷载预算存在不足。既在工程设计时没有进行合理的预算，形成的预算荷载与实际不相吻合，造成道桥设计、施工阶段出现计算问题，造成荷载计算量不足。再加上施工阶段材料大量堆积荷载超标导致裂缝发生。

（2）次应力裂缝。是道路桥梁在设计阶段荷载预算不足或出现遗漏导致的混凝土裂缝。此外，若混凝土的结构当中出现了凿槽、开洞、设置牛腿等情况，套用常规的计算方法模拟计算会有困难，常常会依靠经验进行受力钢筋的设置、挖孔，导致力流绕射现象发生，且在孔洞周边产生极大的集中应力，导致受力构件变形或在混凝土结构转角处产生裂缝[5]。

2.3材料质量导致的裂缝

混凝土是由水泥、骨料、外加剂与掺合料等材料依据一定配合比配置成的混合材料。道桥施工时，其质量受多种因素的影响，引发了裂缝危害的产生。

（1）原材料的质量不合格，其强度和韧性不能满足工程方案的要求。如原材料的采买没有按照工程方案的要求进行，砂石的直径尺寸、水泥材料的品牌等没有满足要求，导致原材料与方案要求不匹配，在后续建设或使用中导致开裂问题出现。如对混凝土添加骨料时，若其质量达不到标准要求，会导致混凝土强度降低，使荷载力下降，并对混凝土搅拌过程中水的用量产生影响，使混凝土的收缩性能受到影响，导致混泥土出现结构性裂缝。对混凝土添加外加剂时，如其质量有问题则会造成外加剂、骨料、水之间的化学反应，造成混凝土裂缝危害[5]。

（2）各类原材料的混合比例不准确。在混凝土的拌和过程当中，若原材料混合比例不合适，或拌和时间没有掌握好，都会影响材料性能，引发裂缝问题。比如混凝土搅拌时水泥与水的比例不准确，不论水多了还是少了都会影响混凝土收缩性能，导致塑性式裂縫出现。再者，混凝土属于绝热材料，水泥是其重要组成成分，水泥发生水化反应会产生大量热能，若热能没有在短时间内迅速释放，混凝土内部就会形成温度梯度，导致裂缝的出现[4]。若在混凝土的配置中没有控制好水泥用量，也会影响混凝土材料应用效果，尤其在水泥添加过多的情况下，裂缝出现的几率就会提升。其次，混凝土材料在配置完成后运输、储存过程中若没有得到有效的控制，使之出现了离析或其它变质问题，也会影响后续浇筑效果，导致裂缝病害的出现[3]。

因此，为了使混凝土施工质量得到保障，在进行混泥土浇筑作业前，要对混凝土进行养护测试，记录不同材料比例下混凝土强度变化，从中选择最适合施工当地实际情况的方案开展施工工作，并选择价格适中，质量可靠、水化热程度较低的水泥、含泥量较低的粗细骨料作为原材料，避免混凝土开裂问题的出现，维护道桥建设质量。

2.4施工工艺引起的裂缝

（1）人为原因导致混凝土裂缝。在实际施工中，部分施工人员未严格参照设计图纸与施工规划进行施工，出现实际施与工程结构设计不相符合的情况，降低了工程质量，混凝土出现脱水，导致裂缝出现。或者高空浇筑的时候，烈日暴晒，风速过大，使混凝土收缩值进一步变大而导致裂缝[6]。

（2） 施工不当导致混凝土裂缝。在道路桥梁工程施工期间，混凝土保护层的厚度过大，钢筋各方向的保护层厚度加大，垂直方向的混凝土结构出现裂缝;在混凝土材料的运输过程中，没有选择专用泵运输机具，造成混凝土材料长期闲置，容易形成离析问题，混凝土材料应用性能受损，容易出现裂缝;在混凝土现场浇筑处理中，没有切实做好导管运用及振捣工作，材料的浇筑不均匀，振捣不严实引发空洞，孔道灌浆填充不实，削弱灌浆强度，混凝土构件的受力荷载失衡，造成预应力钢筋锈蚀，混凝土出现裂缝[3]。

（3）完工之后养护不及时不到位引发的裂缝。在完工之后不加养护，没有及时对表面进行覆盖，致使混凝土出现水分蒸发、干缩现象，引起裂缝问题;或混凝土结构在后续的养护过程中，养护周期不足，混凝土结构性能受到影响，结构表面收缩明显，出现裂缝。

2.5地基质量导致的裂缝

（1）地基不牢固引起的裂缝。在道桥工程施工过程中，地基结构是非常重要的一个组成部分。若地基质量存在差异，如地基的质量差、土质较松软、而回填的密实度又不够;亦或模板的刚度设计不达标，模板支撑的间距没有控制好，造成底部松动等，都会引起整个工程的地基不稳，混凝土结构产生裂缝。此外，施工时外界环境条件比较恶劣、分期建设都可能影响地基质量，导致裂缝问题发生。

（2）地基沉降导致混凝土裂缝。一方面，在塑性状态下，混凝土基础以及支架会发生不均匀的沉降现象，在混凝土结构局部发生变形或者受到约束力的情况下产生混凝土裂缝。另一方面，大体积的混凝土在重力作用下也会出现程度不同的下沉，同时水泥浆出现上浮现象，当混凝土下沉到特定程度，在钢筋和模板的共同作用下，裂缝出现了[3]。此外，施工过程中若混凝土遭受长时间的水分侵泡，在水的侵蚀作用下，导致结构发生不均匀沉降，最终导致裂缝问题出现。

3. 道桥施工中应对混凝土裂缝的措施

3.1应对温度裂缝的措施

应对温度裂缝的措施有以下几种：

（1）依据工程的实际情况选择性能良好的水泥、粉煤灰、高效能减水剂等材料，确定好粗集料粒径，搞好混凝土的试验工作，对混凝土的配合比进行优化，预防温度裂缝产生。

（2）随时关注温度变化，避免因温度原因导致的道桥混凝土结构破坏。依据大体积混凝土施工规范（GB50496-2009）要求。大体积的混凝土工程在施工之前，要对施工段大体积的混凝土浇筑体温度及温度应力、收缩应力进行试算，且确定其浇筑体升温峰值，里表温差以及降温速率控制指标，进而制定相应的温控措施。温控指标应符合如下规定：混凝土浇筑体在入模温度基础上温升值宜小于等于50℃，浇筑体里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）宜小于等于25℃，且混凝土浇筑体降温速率宜小于等于2.0℃/d，浇筑体表面温度与大气温度之差宜小于等于20℃[10]。在夏季炎热季节施工入模温度不宜高于30摄氏度，冬期施工时入模温度不宜低于5摄氏度。当外界环境温度过高或过低，不适合混凝土施工时，施工方可暂停施工[7]。

（3）合理的施工工艺。施工时采用全面分层法和斜面分层法相结合的方式或分块方式进行混凝土浇筑，可以解决混凝土早期散热问题，加快混凝土结构的散热速度，缩小内外温差，降低温度裂缝发生几率[7]。

（4）施工过程中对温度进行严格控制：一般情况下，入模温度控制在（5 ℃～28 ℃）;内部温度峰值不大于75 ℃，与入模温度相比，两者差值不大于50 ℃;大气温度与混凝土表面之间温差小于等于20 ℃。在混凝土结构内部设置冷却管、通过冷却水循环实现热交换，缩小内外温差。冷却水的温度，一般控制在（20～25）℃。此外还可以在混凝土内部设置温度监控点，对温度变化实行信息化掌控，实时进行动态监控，及时调整措施，使混凝土处于良好的温度湿度条件下，有效控制裂缝出现[7]。

（5）施工结束混凝土终凝前，应当做好养护工作，利用塑料薄膜、麻袋、聚乙烯泡沫板、海绵等保温材料对混凝土结构表面覆盖，若在冬季施工应延长养护时间（一般不少于3周）。因为冬季气温低，水化慢，水分散失快，温度湿度要满足养护条件，必须进行洒水养护，保证结构表面湿润。 此外合理安排拆模时间，在拆除模板前，先确定环境温度与混凝土表层温度的差值，一般情况下温差不超过20 ℃，方可进行拆模。拆模后，仍需进行保温洒水养护，防止混凝土温度裂缝产生[7]。

3.2荷载裂缝的应对措施

影响道桥结构安全的荷载裂缝主要有：施工及使用阶段的静荷载、动荷载引起的裂缝。比如施工过程中制作、脱模、养护、堆放、运输、吊装等引起的裂缝属于荷载裂缝。钢筋混凝土结构，在使用荷载的作用下，截面的混凝土拉应力变大，超越了混凝土拉伸极限值，引发截面的弯矩、剪力、轴向拉力以及扭矩荷载效应，导致构件裂缝产生。

施工前合理设计荷载，必要时借助BIM高科技手段，确保道桥承载力满足实际荷载需求，计划施工所需的钢筋种类及数量，使混凝土具有足够的荷载力，避免荷载裂缝出现。在道桥施中，对裂缝易发区布设少量斜筋，承担一定的拉应力，有效控制混凝土裂缝。通过调整施工设备、设施的荷载，确保混凝土强度能够有效承载实际荷载，控制施工过程中的混凝土裂缝。钢筋保护层厚度适度，避免裂缝产生。

优化道桥工程力学结构设计，特别对一些特殊的地质结构尤为重要。比如一些地下水系分布比较复杂或存在岩溶情况的区域。必须使用高强度、高承重能力的混凝土灌注材料加强桩基建设，增加道桥的稳定性。对一些在梁体路面使用大面积灌注法施工的混凝土材料，着重关注其表面张力、内部应力等受力情况，避免因负重过大而开裂。

3.3材料裂缝的应对措施

有效控制材料裂缝，必须严格控制原材料质量。混凝土整体抗裂强度的提升，有赖于抗压强度、水泥的质量。原材料进入施工现场之前，必须对其进行质量性能检测，并高度重视水泥的选择储存。只有水泥质量过关、型号恰当，安定性良好（比如硅酸盐水泥PⅡ52.5R）。按工程设计要求施工，才能确保混凝土有效承载荷载，减少质量产生的事故。具体措施如下：

（1）施工中，尽量选择水化热低的水泥，充分利用混凝土后期强度，减少水泥的用量。原材料购进时，选择业内口碑、风评较好的供应商，保证质量符合工程施工要求。或者选择新型抗裂材料（比如钢纤维混凝土），阻裂效应非常有效，可以有效降低，甚至消除混凝土的原始裂纹和收缩性，较适宜大面积混凝土施工。也可以通过在混凝土中掺合纤维，提高混凝土性能，减少早期收缩裂缝出现概率，达到良好施工效果，确保工程建设质量。

（2）加入适量掺合料。在混凝土中掺入适量的矿物细掺料（比如硅灰、粉煤灰），可降低温升，改善工作性能，增进后期强度，改善混凝土内部结构，提高抗腐蚀能力，减少水泥用量，降低水化热，缩小构件内外温差，防止裂缝出现。矿物细掺料在水泥中的掺量要适量，否则起不到应有的作用。比如火山灰质硅酸盐水泥中火山灰质材料占比为20-50%，矿渣硅酸盐水泥中矿渣占比为20-70%，粉煤灰硅酸盐水泥中粉煤灰占比为20-40%。水泥和矿物掺合料的总量小于等于600 kg/m?，外加剂小于5%，砂率要求34-44%。

（3）混凝土粗骨料尽量选择级配优良、粒径较大的材料，而且必须是金属的矿石颗粒，粒径不大于 40mm。（比如HPC国际标准C60骨料最大粒径不大于31.5mm，而高于C60骨料最大粒径不大于25mm）。大粒径粗集料的使用增大了混凝土内部的骨料体积，极大的减少了水泥使用量。再加上石块对热量的吸收，有效的降低了水泥水化热的产生。

（4）减水剂的合理使用。在混凝土配制过程中合理使用外加剂，可以达到增塑减水作用。在保持混凝土的强度、坍落度不变的前提下，适当减少拌和用水，可延迟混凝土放热峰值出现的时间，有效降低绝热温升，降低裂缝出现频率。

（5）优化混凝土配比。在混凝土配制过程中，要根据道桥所处的实际环境，设计混凝土原材料的最佳配比，使施工效果达到预期标准（比如某高速公路DS2标段，原材料每立方用量（kg/m?）中，水泥、水、砂子、碎石、外加剂分别是420、172、632、1226、7.56;原材料重量配合比中水泥、水、砂子、碎石、外加剂是1：0.41：1.5：2.92：0.018）。此外在实际搅拌中，要注意各类外部因素，严格按照标准操作，减少混凝土形变，提升其抗裂性能。

3.4裂缝处理措施

3.4.1混凝土裂缝修补方法

道橋混凝土裂缝不仅影响结构的刚度和整体性，而且引发钢筋锈蚀、加快混凝土碳化、减弱混凝土抗渗能力和耐久性。为保证道桥的安全使用，应及时处理。裂缝修补方法主要有灌浆法、表面修补法、结构加固法，嵌逢封堵法、混凝土置换法等。

（1）表面修补法是一种比较常见的简单裂缝的修补方法，主要使用于稳定及对结构承载力没有产生影响的深进裂缝和表面裂缝的处理，既宽度小于0.2mm的细小裂缝。具体措施是在裂缝表面涂抹环氧胶泥、水泥浆或在混凝土的表面刷沥青、油漆等防腐材料。为了防止混凝土持续开裂，防护同时在裂缝表面贴粘玻璃纤维布等。

（2）灌浆法适用于影响结构整体性或者有防渗要求混凝土裂缝修补，方法是利用压力将胶结材料压入裂缝中，胶结材料硬化之后和混凝土形成了一个整体，进而起到封堵加固之目的。常用胶结材料有环氧树脂、聚氨酯、甲基丙烯酸酯、水泥浆等，主要适用于修补宽度为0.2-0.3mm的裂缝。

（3）嵌缝法是裂缝封堵中比较常用的一种方法，通常做法是沿着裂缝凿槽，在槽中嵌填刚性或塑性止水材料，进而达到封闭裂缝之目的。常用刚性止水材料是聚合物水泥砂浆;常用塑性材料有塑料油膏、聚氯乙烯胶泥、丁基橡胶等等。主要适用于修补宽度大于0.5mm的较宽裂缝。

（4）结构加固法：当混凝土裂缝对其结构性能造成影响时采取该法。方法常用的如下：在构件角部外包型钢、粘贴钢板加固、加大结构截面面积，增设支点加固、采用预应力加固、喷射混凝土补强加固。

（5）混凝土置换法是处理混凝土遭到严重损坏的有效方法，具体做法是先将损坏之混凝土剔除，之后再置入新的混凝土或者其它材料。常用置换材料是：水泥砂浆、普通混凝土、砂浆、改性聚合物混凝土。

3.4.2裂缝具体修补措施（以压力灌浆法为例）

裂缝修补灌浆法，是利用空气压力将环氧浆液注入裂缝深处的一种修补方法。当裂缝宽度超过0.15mm，用此法修补裂缝。具体步骤如下[8] ：

（1）钻孔：在裂缝交叉处的钻孔，对深孔在裂缝表面实施骑缝钻孔，作为后续灌浆导向孔。

（2） 清缝：用高压空气对孔眼进行吹洗，沿裂缝从上到下的顺序，将两侧3-4cm 范围以内的浮浆及灰尘清理干净，将构件表面修凿平整。通常情况下表面处理深于3mm，之后用丙酮溶液擦洗，清理干净裂缝周围油污，注意裂缝堵塞[8]。

（3）粘贴灌浆嘴：用砂纸清除压浆嘴底盘的铁锈，用丙酮清洗干净。用502胶水把底盘对准裂缝粘贴，或清理干净灌浆嘴表面之后，在其周围均匀涂抹1-2mm 胶泥，把灌浆嘴牢靠粘在裂缝表面。灌浆嘴的间距一般以20-50cm为宜，依据裂缝宽度长度进行调整，缝宽宜稀缝窄宜密。每处裂缝皆设一排气孔，便于浆液流动通畅[8]。

（4）裂缝表面封闭：为使浆液填满裂缝，压力十足且不外渗， 需对已经处理过的裂缝表面（除孔眼和嘴子之外）用环氧树脂胶泥沿裂缝走向进行封闭，形成宽度6-8cm的封闭带[8]。

（5）密封检查：待封闭带固化之后，进行气密性检查。在封闭带和压浆嘴周围摸上肥皂水，用0.15-0.3Mpa压缩气体通过压浆嘴，通气后若封闭带某处出现泡沫，则说明该处漏气需重新封闭[8]。

（6）压力灌浆：检查完密封性之后，根据裂缝的长度宽度部位及施工现场温度，配置环氧树脂压浆液，既配即用，每次不超过1kg。将配置好的浆液倒入压浆罐内加压，待压力达到0.15-0.2 Mpa出浆灌注，若进浆不顺畅，可适当提高泵压。压力灌浆顺序是：水平方向裂缝，从低到高的顺序灌浆;竖直方向裂缝，从下到上的顺序灌浆 。从一端开始压浆后，当另一端排出和灌入端浓度一致的浆液，即可停止压浆，在不卸压的情况下封堵压浆嘴[8]。

（7）裂缝表面处理：灌缝完毕，待浆液凝固后拆除灌浆嘴，并将灌浆嘴处树脂胶泥弄平整，在裂缝表面涂抹一层水泥浆，将裂缝封闭严密。

4.结束语

总之，道桥施工中混凝土裂缝主要是材料质量、荷载设计、温度及施工等原因导致的。预防道桥混凝土裂缝应从施工设计、材料组成、工序流程、养护等方面加强监管，已经产生的裂缝，采用适宜的方法（比如灌浆等）修补，提升道桥整体质量及抗裂强度，更好的服务于社会经济。

参考文献

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