芻議橋梁施工裂縫成因分析及處治措施

王化禹

摘要: 近幾年來，隨著我國交通基礎建設得到迅猛發展，各地興建了大量的混凝土橋梁。在橋梁工程施工中，裂縫的產生將會嚴重影響橋梁施工質量，以及橋梁的使用壽命，因此全面分析橋梁混凝土裂縫產生的原因，采取積極有效的解決方案，意義重大。文章簡要論述了混凝土裂縫產生的成因與及相關預防措施。以便施工中做出行之有效的控制方法，合理有效控制裂縫,消除隱患, 保證工程質量。

關鍵詞：橋梁施工；混凝土；裂縫；成因；處治對策

橋梁建設是交通建設中重要的組成部分，而橋梁施工的質量問題也就顯得尤為重要。在橋梁施工過程中,很容易出現裂縫。裂縫的出現不僅影響工程質量甚至還會導致橋梁垮塌；并且已成為影響工程結構使用壽命的重要影響因素之一。其實，如果采取有效的施工技術措施和管理措施,很多裂縫是可以克服和控制的。為了避免工程中出現危害較大的裂縫, 文章試對混凝土橋梁在施工過程中產生裂縫的原因作較為全面的分析、總結,并提出相應的預防措施,以便在設計和施工時有效地控制裂縫的產生,以保證施工質量和結構使用安全。

1 橋梁施工混凝土的應用分析

隨著我國橋梁技術的突飛猛進，大體積混凝土在橋梁結構中的應用也越來越廣泛?；炷潦菓米顝V泛最重要的工程材料之一，具有取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、耐火性好、不易風化、養護費用低等優點，可以預計隨著我國基礎設施建設規模的迅猛發展，其應用領域還會進一步拓寬。在應用混凝土材料進行建筑結構、公路、橋梁及隧道等工程建設中，人們也發現，混凝土開裂是最常見的一種病害，并且已成為影響工程結構使用壽命的重要影響因素之一。在混凝土橋梁結構上產生的各種各樣的裂縫，形成的原因也是千差萬別，因此其危害性也會有顯著的差異，在橋梁施工中，混凝土裂縫是常見的問題，然而，裂縫的產生對橋梁壽命的影響是巨大的。在施工中，全面分析裂縫產生機理，控制施工溫度，對于產生的裂縫必須采取積極有效的措施，一定要嚴格施工管理，采用合理科學的施工措施，正確選擇原材料，就提高混凝土本身抗拉性能，減少混凝土裂縫的產生，確保工程質量，避免由于出現裂縫而影響工程的質量，從而避免橋梁裂縫的產生，保質保量地完成橋梁混凝土的施工，為橋梁建設事業發揮有效措施，在實際施工中由于所處的環境變化大施工難度不一，會碰到許多復雜的新難題、有待同行們努力鉆研、共同克服施工難題。

2橋梁混凝土裂縫的成因

2.1荷載作用產生的裂縫

鋼筋混凝土橋梁在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫,又可細分為直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。承受拉(軸)力和彎矩的鋼筋混凝土構件在橫截面會產生一維的拉應力,承受剪力和扭矩及其他復合受力結構則會出現主拉應力,它們都可能會在垂直于主拉應力的方向產生裂縫。裂縫一般沿構件寬度方向貫通部分截面或全截面。根據截面形狀的不同,荷載裂縫的形態也會有所不同。

2.2 混凝土收縮引起的裂縫

在實際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發生混凝土體積變形的主要原因。

塑性收縮。發生在施工過程中、混凝土澆筑后4～5 h左右,此時水泥水化反應激烈,分子鏈逐漸形成,出現泌水和水分急劇蒸發,混凝土失水收縮，同時骨料因自重下沉,因此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產生量級很大,可達1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。

縮水收縮(干縮)?；炷两Y硬以后,隨著表層水分逐漸蒸發,濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失很快,內部損失慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時,便產生收縮裂縫。

2.3溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質,當外部環境或結構內部溫度發生變化,混凝土將發生變形,若變形遭到約束,則在結構內將產生應力,當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中,溫度應力可以達到甚至超出活載應力。溫度裂縫區別于其他裂縫的最主要特征是隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化的主要施工因素有以下方面。

1)水化熱。出現在施工過程中,大體積混凝土(厚度超過2.0 m)澆筑之后由于水泥水化放熱,致使內部溫度很高,內外溫差太大,致使表面出現裂縫。施工中應根據實際情況,盡量選擇水化熱低的水泥品種,限制水泥單位用量,減少骨料人模溫度,降低內外溫差,并緩慢降溫,必要時可采用循環冷卻系統進行內部散熱,或采用薄層連續澆筑以加快散熱。2)蒸汽養護或冬季施工時施工措施不當,混凝土驟冷驟熱,內外溫度不均,易出現裂縫。

2.4基礎變形引起的裂縫

由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結構中產生附加應力,超出混凝土結構的抗拉能力,導致結構開裂?；A不均勻沉降的主要原因有：1）地基地質差異太大,地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降2）結構荷載差異太大。在不改變條件地質情況下，各部分基礎荷載差異太大時,有可能引起不均勻沉降。3）結構基礎類型差別大,也可能引起地基不均勻沉降。4）地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰凍膨脹；一旦溫度回升，凍土融化，地基下沉。因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。5）橋梁基礎置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質時,可能造成不均勻沉降。6）拱橋等產生水平推力的結構物,對地質情況掌握不夠、設計不合理和施工時破壞了原有地質條件是產生水平位移,導致結構開裂。

2.5施工工藝質量引起的裂縫

1)混凝土保護層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,承受負彎矩的受力筋保護層加厚,導致構件的有效高度小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。2)混凝土振搗不密實、不均勻,出現蜂窩、麻面、空洞,導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。3)混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易在澆筑數小時后發生裂縫,既塑性收縮裂縫。4)混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分蒸發過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現不規則的收縮裂縫。5)混凝土初期養護時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現不規則的收縮裂縫。6)用泵送混凝土施工時,為保證混凝土的流動性,增加和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,導致混凝土凝結硬時收縮量增加,使得混凝土體積上出現不規則裂縫。7)混凝土分層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫。如混凝土分層澆筑時,后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑,引起層面之間的水平裂縫;采用分段現澆時,先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結力小?；蚝鬂不炷琉B護不到位,導致混凝土收縮而引起裂縫。8)混凝土早期受凍,使構件表面出現裂紋,或局部剝落,或脫模后出現空鼓現象。9)施工時模板剛度不足,在澆筑混凝土時,由于側壓力的作用使得模板變形。產生與模板變形一致的裂縫。10)施工時拆模過早?；炷翉姸炔蛔?使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。11)施工前對支架壓實不足或支架剛度不足,澆筑混凝土后支架不均勻下沉,導致混凝土出現裂縫。12)安裝順序不正確。對產生的后果認識不足,導致產生裂縫。如鋼筋混凝土連續梁滿堂支架現澆施工時,鋼筋混凝土墻式護欄若與主梁同時澆筑,拆架后墻式護欄往往產生裂縫;拆架后再澆筑護欄,則裂縫不易出現。13)施工質量控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料計量不準,結果造成混凝土強度不足和其他性能(和易性、密實度)下降,導致結構開裂。

3橋梁混凝土裂縫的施工防治措施

3.1材料的控制

施工工藝是保證混凝土構件質量的關鍵、除施工的施工操作應嚴格按照施工技術規范的有關規定進行,對原材料鋼筋、水泥、砂、碎石、水等都應進行嚴格的抽樣檢驗。對混凝土配合比應進行對比試驗。在高溫下或雨后施工對砂、碎石應進行含水量實驗,及時調整施工配合比,確?；炷恋氖┕べ|量。

3.2溫度的控制

1)改善骨料級配,采用干硬性混凝土、加添加劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;拌和混凝土時用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;在混凝土中埋設水管,通入冷水降溫;規定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發生急劇的溫度變化;施工中長期暴露的混凝土澆筑體表面或薄壁結構,在寒冷季節采用保溫等措施。2)合理地分縫分塊,避免基礎過大起伏;合理地安排施工工序,避免過大的高差和側面長期暴露。另外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力。防止表面干縮。特別是保證混凝土的質量對防止裂縫十分重要。應特別注意避免產生貫穿裂縫,出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的。因此,施工中應以預防其貫穿性裂縫的發生為主。

3. 3非結構性裂縫防止措施

防止塑性沉降裂縫的措施有基礎處理、支架搭設進行科學設計、嚴格施工。對支架進行全面積預壓以消除非彈性變形;混凝土中加減水劑減少混凝土泌水,確?；炷帘Ｗo層厚度、混凝土施工時進行二次抹面。防止塑性收縮裂縫的措施有加強早期混凝土養護以降低混凝土中水份蒸發速率。方法是結構外露面覆蓋麻袋、海綿等澆水濕治養護。防止溫差裂縫的措施有合理安排混凝土澆注順序及澆筑速度,在混凝土澆注的過程中消除部分溫差。夏季施工時骨料要灑水降溫,冬季施工時混凝土表面應覆蓋保溫。

防止干縮裂縫的措施有設計部門布設足夠的控制裂縫的分布筋。施工配合比設計時減小水灰比。盡量增加骨料用量、增大骨料粒徑。施工完成后加強混凝土的濕治養護。防止龜裂的措施有配合比設計時水泥用量不宜過多。振搗要密實而不過振,混凝土表面泌水及浮漿要及時清除并注意及時養護。

4結語

總而言之,在橋梁施工過程中,只要嚴格控制好材料質量、施工工藝、以及現場的施工管理,根據現場條件,材料特點,氣溫等多種因素,采取合理的措施,就能有效地控制裂縫的產生,確保工程質量。

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