桥梁施工混凝土裂缝成因与治理措施

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【摘 要】桥梁是高速公路建设中的一个不可或缺的重要组成部分,桥梁质量的好坏,对其使用性能和使用寿命的影响是十分明显的.本人结合山平（山西省山阴至平鲁）高速公路建设的实际,分析了混凝土桥梁工程中常见裂缝的种类及成因,论述了怎样全面防治混凝土桥梁施工裂缝,以确保桥梁使用安全及使用寿命.

【关 键 词 】混凝土；桥梁；裂缝

混凝土开裂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著的差异.为此,本文首先概述了裂缝的种类和成因,而后从设计和施工两个方面论述了怎样防治混凝土桥梁的施工裂缝.

1 概述

裂缝是钢筋混凝土结构、圬工结构在正常使用过程中的一个相当普遍的现象.就微观角度来讲,混凝土结构内的裂缝是不可避免的,如骨料与水泥石粘接面上的裂缝、水泥浆中的裂缝、骨料本身的裂缝等.

从设计的角度看,几乎所有钢筋混凝土构件都是允许带有微观裂缝工作的,若构件的裂缝是在规定的容许范围内,且没有其它额外的特殊因素干扰的情况,一般对结构不会产生大的病害.但是在桥梁结构的实际应用期间内,总会有各种综合因素使得构件的裂缝超限且不断发展,并且会与其它危害产生相互影响,最终造成构件的使用性能降低而影响整个桥梁的工作性能,严重的还会酿成恶性的事故,给国家和人民的生命和财产造成不可挽回的重大损失.

桥梁构件裂缝归根到底是其各种病害产生的突出代表,它就像“晴雨表”一样,警示着桥梁整体的使用性能.

2 裂缝的种类及成因分析

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.混凝土收缩所产生的裂缝是最常见的一种裂缝,包括塑性收缩、缩水收缩、自生收缩和碳化收缩等,实际,以前两种收缩裂缝为主.混凝土浇筑4~5h后,水泥水化反应激烈,逐渐形成分子链,水分急剧蒸发,骨料下沉,混凝土硬化尚未完成,此时发生的收缩称为塑性收缩.骨料下沉,受到钢筋阻挡,形成沿钢筋方向的裂缝,此即为塑性收缩裂缝.混凝土初步硬化完成后,表层水分逐渐蒸发,湿度逐渐降低,混凝土体积逐渐减小,称为缩水收缩.混凝土内外收缩不均匀,表面收缩大,因此会受到内部混凝上的约束,表面混凝土将会承受拉力,超过抗拉强度后,便会产生收缩裂缝.

2.3 温度变化引起的裂缝.混凝土桥梁属于大体积混凝土工程,在浇筑过程中,混凝土内会产生较大的水化热,如果采取的措施不当,会造成混凝土内外的温差过大,产生较大的温差应力,从而导致混凝土产生裂缝.

2.4 基础变形引起的裂缝.桥梁工程一般跨度大,宽度窄,基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,即使是很小的数值也会在结构中引起较大的附加应力,一旦超出结构的抗拉能力,就会发生开裂.基础沉降变形的主要原因有地质差异太大或勘察不详、结构荷载或基础类型差别太大等.

2.5 施工工艺质量引起的裂缝.①支架地基未压实、基础承载力不够,浇筑混凝土后支架产生不均匀沉降；②支架刚度、强度、稳定性不足或模板刚度不足,浇筑混凝土中,混凝土自重及侧向压力迫使模板变形；过旱拆模或野蛮拆模引起的裂缝；③混凝土搅拌、运输时间民,引起混凝土坍落度过低,和易性不好；④混凝土配合比不符合规范要求,水泥、碎石、砂、外加剂、外掺料等不符合规范要求；⑤擅自更改设计水灰比,从而导致混凝土凝结硬化时收缩量增加；⑥混凝土未能严格按规范要求分层、分段浇筑,混凝土浇筑不连续；施工缝处理不到位；⑦混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻而、空洞等,削弱了截而承载力,引起钢筋锈蚀等；⑧混凝土养护措施不当,使得混凝土的结构强度未达到设计目标.

2.6 钢筋锈蚀引起的裂缝.一般桥梁结构都处在自然环境下,若构件保护层过薄、密实性较差或防腐措施不当,混凝土中的钢筋就会锈蚀,引起体积膨胀,导致混凝土顺筋胀裂.这种先锈后裂的纵向裂缝一旦发生,就会逐步恶化,最终导致混凝土保护层成片剥落甚至钢筋锈断.

2.7 构件不能自由仲缩引起的裂缝.现浇桥梁混凝土达到一定强度时支座临时锁定未及时解除,造成梁体不能自由伸缩引起的裂缝.除了以上所列的几种裂缝以外,施工材料缺陷、气候变化等也会对桥梁裂缝的产生有影响,需要结合具体工程条件及施工过程中的变化,做好动态控制的各项准备.

3 裂缝防治措施

3.1 设计防裂控制措施.为尽量避免荷载裂缝的出现,应尽量避免结构突变或断面突变；如果结构突变不可避免,则应做好细部处理,如转角处做圆角,突变处做成渐变过渡,同时加强构造配筋或斜向钢筋等.为防止混凝土收缩和温度变化引起的裂缝,可增加构造配筋,以提高混凝土的抗裂性,尤其是薄壁结构.为防止筋锈蚀引起的裂缝,设计中应严格按照规范要求控制裂缝宽度,采用足够的保护层厚度及防腐混凝土.

3.2 施工防裂控制措施.

3.2.1 钢筋绑扎：绑扎钢筋之前,首先应进行彻底的除锈上作以确保使用的钢筋质量.钢筋在加上场集,加上成型后运至现场进行安装,安装时严格把握钢筋的间距.钢筋规格、型号、数量、间距、几何尺寸、接头位置及质量等均应符合设计图纸和施工规范的要求,并严格做好原材料和接头试验.钢筋层间距对混凝土构件的受力性能影响显著,但钢筋保护层厚度不够却严重影响桥梁的使用寿命,尤其是在复杂恶劣的腐蚀环境下,因此,在钢筋层间应留有足够的间距,钢筋外层与模板间应设置具备一定厚度的混凝土垫块.

3.2.2 模板的安装与拆除：针对具体工程,应对模板及其支架的承载能力、刚度和稳定性进行校核,不能盲目依照经验和类似工程照搬使用.支架（脚手架或其他火具）应牢固可靠,施工前必须对支架进行预压,以消除支架非弹性形变和测出弹性形变值以便立模预留预拱度.安装模板时应确保构造紧密、不漏浆、不渗水,形状规则,能保证混凝上的均匀性.模板及其支架的拆除顺序应按施工技术方案执行,未达到混凝土预定强度要求不得拆除.

3.2.3 混凝土的浇筑：浇筑之前首先要对模板及支架、钢筋及其保护层厚度、预理件、预留孔洞等进行检查,确认无误后方可进行浇筑.混凝土的拌和运输等必须满足连续浇筑要求.浇筑还要防止钢筋、模板、定位筋、垫块及预理管适的移动和变形.大体积混凝土浇筑还要满足分层浇筑、分层振捣的要求,并应采取一定的散热措施,有效降低混凝土内外的温差,从而减少温度裂缝的产生.振捣要密实,确保混凝土能填充到各个角落,同时也要避免过振引起塑性裂缝和干缩裂缝.

3.2.4 混凝土的养护：混凝土终凝后应及时采用覆盖、洒水、喷雾或薄膜保湿等措施进行养护,避免急剧干燥、温度急剧变化、振动以及外力干扰等.对于硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土,养护时间不得少于7天,对于有抗渗要求或设计有明确要求的混凝土,养护时间不得少于14 天.冬季施工,不得向裸露部位的混凝土直接浇水养护,应用塑料薄膜或其他保温材料进行保温、保湿养护.

3.2.5 其他措施：桥梁结构设计中考虑了施工顺序对内力的影响,施工中应严格按照制定的方案进行,不得随意更改施工顺序,以免引起不必要的附加应力导致结构开裂.施工技术方案中,应做好入模混凝土的温度控制、浇筑后混凝土温度控制、养护及拆除模板后的养护等措施,施工前做好施工技术交底,落实各项施工任务,分配专人进行技术指导和质量监督.

4 结论

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.