桥梁施工裂缝成因及防控措施分析

周海波 董 亚

浙江交工集团股份有限公司第五分公司 浙江 杭州 310051

我国建筑工程总量逐年递增，为快速的经济发展提供基础。而桥梁建筑为交通运输等提供了条件，因此是极为重要的建筑类型。桥梁的质量由多个复杂因素共同决定，温度、湿度等自然条件均可能影响桥梁的开裂情况。虽然桥梁裂缝是施工中不可避免的，但是通过技术手段减少桥梁裂缝所带来的安全危险是可能的。通过对桥梁裂缝的人为技术控制，可以减少桥梁安全事故的发生，避免行人、车辆的财产和生命安全收到损害。除此之外，防控桥梁裂缝还可以延长桥梁的使用寿命，带来更大的经济效益。加强对桥梁裂缝的防控，是桥梁施工中应该被重点关注的问题。

1 桥梁施工裂缝的安全风险

桥梁裂缝直接决定了桥梁工程质量的高低，桥梁裂缝的数量和大小对桥梁工程的不良影响体现在以下几个方面：第一，桥梁工程通常有承重要求，而桥梁裂缝会影响桥梁的最大承重量。桥梁无法承载预期的重量，甚至可能出现桥梁塌陷等严重的安全事故。第二，桥梁工程的裂缝会影响桥梁内部钢筋结构的稳定性。桥梁开裂后，内部钢筋结构暴露在空气中，可能受雨水、阳光影响加速其老化腐坏。一旦桥梁的钢筋结构被破坏，其稳定性则会大大降低。且内部结构的受损是不易修复的，一旦发生对于桥梁的损害是持续性的。第三，桥梁施工裂缝将降低桥梁使用寿命。桥梁使用寿命关系到桥梁的经济效益。若使用寿命无法达到预期，则难以收获预期的经济效益，使桥梁整体的商业价值大大降低。

2 桥梁施工裂缝的产生原因

2.1 混凝土材料以次充好

混凝土是桥梁建筑的基础材料，是桥梁的重要组成部分。因此混凝土的质量高低直接决定了桥梁质量的好坏。在选择混凝土材料时，如果水泥、骨料与外加剂的比例不合理，则容易产生混凝土开裂的现象。除此之外，用不符合质量标准的混凝土材料也是导致桥梁开裂的原因之一。次品混凝土材料的定价较低，施工时为了节约成本而不顾安全风险。混凝土材料的以次充好大幅增加了桥梁施工裂缝的数量。

2.2 施工过程中的不科学荷载

桥梁在施工前均会设计预期荷载以及在施工过程中的最大荷载。但是在施工过程中，实际荷载极有可能会超过计划最大荷载。一方面是由于计划最大荷载是按照理论上均匀荷载来计算的，但实际的施工过程中荷载并不是均匀施加的。施工设备和建筑材料在桥梁上放置的位置不同会导致较大差距的荷载值，最终导致实际荷载值超过计划最大荷载导致桥梁产生裂缝。另一方面，未能按照图纸进行严格施工导致桥梁建筑结构与预期不同。桥梁的实际最大荷载低于预期最大荷载，按照原计划施工后会发生超载而导致桥梁开裂。除此之外，随着建设工程的推进，在机械设备的疲劳度对荷载也会产生影响。通常这种影响在设计过程中容易被忽视而计算出错误的结果。这几种情况都会产生直接应力裂缝，这是由于超载所导致的裂缝的一种。直接应力裂缝是桥梁施工裂缝中较为常见的一种裂缝。桥梁实际荷载量超过预期后，桥梁没有承受超出重量的能力，从而产生直接应力裂缝。

2.3 混凝土收缩导致裂缝

1) 内外收缩不均匀。桥梁施工过程中最为重要的程序是混凝土浇筑。浇筑后的混凝土在外加剂的作用下逐渐硬化干燥。而在干燥的过程中，混凝土内部和外部干燥的速度存在差异。在混凝土外部已经干燥时，内部水分由于缺少挥发的途径，仍旧处于潮湿状态，所需要的干燥时间更长。由于混凝土内外部干燥情况不同，导致混凝土外部的张力增大。且由于各个区域的混凝土干燥状态不可能完全相同，不仅内部混凝土对外部产生拉力，外部混凝土的不同位置之间也会产生拉力。在多重拉力的作用下，混凝土表面的承受力不足以抵抗，就会导致混凝土开裂的现象发生。除了内外的水分蒸发不均匀外，混凝土外部的不同区域之间的干湿程度也同样存在差异，也是导致混凝土开裂的原因之一。不同比例的原料混合方式也会导致混凝土的内部张力过大，例如配筋率超过3%的混凝土会形成细小的龟裂状的裂痕。

2) 混凝土发生塑性变形。塑性变形是混凝土较为常见的变形之一，发生率高达1%。而且塑性变形对混凝土质量的影响较大，容易形成较为严重的裂缝。塑性变形是混凝土的水化反应过于剧烈所导致的。在过短的时间内完成了混凝土的分子链反应，同时混凝土表面的水分流失速度过快，导致了混凝土较大幅度的形变。塑性形变通常发生在混凝土浇筑后的五小时，一旦发生塑性形变，混凝土中的骨料下沉的风险急剧升高。一旦下沉骨料与钢筋相遇，则钢筋方向会导致较大程度的开裂。

3) 温度变化较为剧烈。混凝土在浇筑后，由于水泥的液化过程会产生大量的热量，使得混凝土的温度短时间内迅速升高。在浇筑后的24小时内，这种升温会持续进行。混凝土内部缺乏有效的散热途径，热量集中在混凝土内部，而混凝土外部散热速度较快，因此导致内外温差较大。由于热涨冷缩，混凝土在散热的同时发生收缩。不同散热速度所导致的混凝土收缩速度不同，由此产生的张力是产生混凝土裂缝的原因。不同温度所导致的收缩程度不同。而这种裂缝与温度的关系十分紧密，内外温差越高所形成的桥梁裂缝越严重。混凝土的温度变化不仅表现在液化反应过程中，高温环境和阳光直射同样会导致混凝外部的温度升高从而形成温差。而桥梁施工如果在夏季进行，这一高温风险将尤为突出。受自然环境影响所产生的高温是持续不断的，因此产生的桥梁裂缝可能不断增多加深，应当得到充分重视。

4) 施工及养护质量不合格。在施工方面，混凝土的质量取决于施工材料的质量与各原材料的配比。在选择混凝土材料时，存在为了降低成本以次充好的情况发生。不合格质量的原材料所建成的混凝土质量必然不符合标准。即便原材料符合质量标准，也存在各原材料的选择互斥的情况。混凝土是由多个材料配比形成的，各材料均有多种类型可选，但不同类型间可能存在融合困难的问题。不同桥梁施工的状况均存在差异，需要根据施工现场的环境情况来科学的确定各材料的混合比例。若不考虑实际情况，死板的采用固定的配比方式，极易导致混凝土的开裂。而钢筋失去混凝土的包裹后，在空气中暴露会加速其老化腐蚀的速度，增加其断裂的安全风险。在养护方面，对桥梁的及时养护是维持桥梁增加桥梁使用寿命的有效手段。通过对桥梁已经出现裂缝的修复，减少桥梁裂缝所带来的安全风险。桥梁裂缝修复工作中常见问题为错误的修复材料选择不当，修复材料与桥梁原本的混凝土材料不相容导致修复后的部分更容易脱落。在混凝土浇筑完成后，需要及时对其进行养护。否则混凝土暴露在干燥环境下，快速的收缩会导致裂缝的产生。养护工作需要长期且持续才能够形成良好的养护效果，若没有形成合理的养护制度和养护规范，则难以控制每次的养护效果并保持固定的养护周期。

3 桥梁施工裂缝的技术防控手段

3.1 严格控制混凝土材料的质量

混凝土材料的质量是桥梁施工质量的基础，严格控制材料的质量才能够使后续的施工符合标准。保证混凝土材料的质量可以从两个方面操作，一方面增设质量监控的岗位，聘用了解混凝土材料的施工人员对材料进行挑选和质量分析。既能够控制材料的成本，又能够确保选择最为合适的材料类型。另一方面，增加材料使用人员和材料选择人员的沟通，根据实际的使用需求选择材料，保证混凝土材料的配比产生最为牢固的施工效果。

3.2 精细化荷载设计

对桥梁荷载的设计需要充分考虑多方因素。首先，根据钢筋直径大小合理的布局钢筋间距能够有效提高桥梁荷载，钢筋直径越小应该排布的间距越小。其次，混凝土外加剂的合理使用能够有效提高混凝土的硬度，能够有效避免钢筋暴露的问题发生。最后，设计荷载时应充分考虑桥梁实际使用时的各种情况，在不同的施工设备、车辆的排布下计算出桥梁荷载量。桥梁的实际使用中，经常会出现超载车辆的情况，要将这类常见情形予以充分考虑，使桥梁最大荷载量高于实际荷载量。

3.3 重视桥梁的早期养护

上文所述的桥梁塑性收缩所导致的裂缝问题，最佳的解决方式是加强桥梁的早期养护。在水凝图浇筑完成后一段时间内的养护工作即为早期养护，其重点在于控制水凝土中的水分蒸发速率。第一，合理利用吸水材料。覆盖在混凝土外部的吸水材料能够有效形成保护层，减缓水分蒸发的速率，使各部分的水分挥发速率更为平均，避免塑性形变的发生。第二，注意季节的影响。在夏天时，需要注意的是对干燥速度较快的部分进行及时补水，施工人员应保持对混凝土表面状态的观察，以保持不同区域的相同挥发速率。在冬天时，更加注重温度的控制，保暖材料的使用能够有效保证混凝土的温度平衡，从而避免各区域间过大的温差所导致的混凝土开裂。第三，浇筑的过程精细化操作。混凝土的强度与骨料的密度和粒度直接相关，在材料振捣时应该尽量控制材料密度。但需要综合考虑材料振捣对整体工程的影响，避免过于追求高密度而影响混凝土的整体效果。在振捣过程中，要及时清理混凝土表面，避免杂质和多余的水分残留影响混凝土的整体硬度。在设置钢筋时，要注意钢筋密度的合理性。钢筋数量过少所产生的裂缝通常较为严重，因此要尽量设置数量充足的钢筋[1]。

3.4 合理控制温度

混凝土浇筑过程中的温度，是影响混凝土质量的关键因素。混凝土浇筑后会释放热量，而热量的不均匀释放会导致混凝土开裂。通过外部喷水的方式，可以减少混凝土的内外温差，让热量释放更加均匀。除了外部降温外，还可以在施工前预埋冷水管来达到内部降温的效果。后者可以降低混凝土内部的温度，为内部热量释放提供途径。在浇筑完成后及时保证管内的冷水流动，有效减少温度不均匀所导致的混凝土开裂[2]。

3.5 完善养护技术

对混凝土裂缝的及时修补和养护是维持混凝土良好状态的必然工作。可以通过以下几种方式来对裂缝进行处理。

(1) 填充已有裂缝。对于已经出现的裂缝来说，最简单的处理方式是对其进行填充。但是对宽度过小的裂缝来说，填充物难以进入裂缝中。在实际操作中发现，宽度大于0.3 mm 的裂缝能够采用填充法进行修补。而小于这一标准的裂缝只能开槽拓宽后才能够填充[3]。

(2) 处理裂缝表面。这一处理方式仅通过涂抹、粘贴等方式对修补裂缝表面。这种方法通常适用于宽度细小的裂缝，以及适用于对雨水累积的避免。在混凝土出现大面积裂缝后，如果没有漏水的情况发生，则可以使用表面涂抹剂对裂缝进行修补。需要注意，若裂缝的深度较深，则不能够使用表面处理法。

(3) 补强混凝土结构。这种处理方式能够从根本上解决桥梁因为过载而产生的裂缝。当桥梁处于过载状态产生裂缝后，桥梁的承重结构受到了破坏。此时仅对裂缝表面修补不足以弥补裂缝所带来的损害。因此需要重新计算混凝土结构，从增强承重的角度对裂缝进行修补。相比于其他修补方式，结构的补强能够从根本上延长桥梁的使用寿命，增加桥梁结构的稳定性。

(4) 灌浆法。在裂缝中重新灌入混凝土浆，是较为常见的修补方法。适用范围广泛，操作简单，经济成本低，因此在桥梁施工中被广泛采用。

3.6 加强施工管理

桥梁施工仅有理论支撑是远远不够的，更重要的是保证实际的施工效果。而常见的工程问题如偷工减料、不规范操作等在桥梁施工中同样存在。因此需要加强施工中的管理，可以从以下几个方面进行。第一，严把材料质量关。材料质量是桥梁质量的基石，因此对材料质量的监管应当形成科学的监管体系。在材料采购前，形成公开的采购文件。材料进场前进行专业人员的抽检，确保材料质量符合预期。在施工过程中定期对材料进行抽检，确保材料质量的稳定性。第二，设计人员深入参与施工过程。设计人员仅完成设计是远远不够的，还应该根据实际施工的情况及时修改设计。设计人员与施工人员应及时沟通，了解施工的程序和进度。根据施工的情况调整设计方案，使其更加适合于现状。充分参考施工人员的反馈意见，若发生桥面开裂现象较多时，调整材料配比以增加其稳定性。第三，建立畅通的沟通机制。设计部门和施工部门由于立场不同，容易发生冲突。因此应当合理的设置沟通方案，使设计人员能够及时了解施工情况，施工人员提高对设计图纸的理解。同时能够确保施工人员在理解设计意图的情况下进行施工，对施工中所发生的突发情况更加有效的应对。

4 结语

桥梁工程关涉到运输业甚至国家经济的发展，具有重要的战略意义。应充分确保桥梁工程的安全性和可靠性，避免产生桥梁塌陷等重大安全事故的发生。这不仅是巨大的经济损失，还可能造成生命安全的重大损害。因此应充分排除桥梁施工中的安全隐患，其中最为常见的混凝土裂缝是排查的重点。混凝土由于其材料特点，无法避免的会产生裂缝。虽无法避免裂缝的产生，但可以尽量减少裂缝的数量以及裂缝产生后的不利影响。本文在分析裂缝产生的具体原因后，有针对性的提出了防控裂缝的多角度措施。包括严控材料质量、精细化荷载设计、注重早期养护、合理控制温度、加强施工管理等多方面，系统化的减少桥梁裂缝可能产生的重大安全风险，避免桥梁塌陷等安全事故的产生。通过本文的系统化分析，以期对桥梁的实际施工提供技术参考。增强桥梁的稳固性和使用寿命，更好的为我国的经济建设贡献力量。