基于工程實踐的薄壁式橋臺裂縫的原因及預防處理措施分析

摘 要:本文基于筆者多年從事橋梁設計工作，結合工程實踐，以工程實例為研究對象，論文首先分析了大多數薄壁式橋臺裂縫的狀況，進而探討了其成因，在此基礎上，給出了具體的預防措施，最后，筆者探討了處理思路，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，希望能給從事相關工作的同行提供參考和借鑒。

關鍵詞:薄壁式橋臺裂縫預防處理

中圖分類號:U442文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0054-02

薄壁式橋臺作為一種輕型橋臺結構型式，相對于重力式、柱式、肋板式橋臺，具有基坑開挖土方少、混凝土材料使用少、臺前防護工程量少等優點。但是薄壁式橋臺在施工過程中對混凝土澆筑和養護等方面有一定要求，否則很容易出現豎向裂縫。雖然這種豎向裂縫的產生雖不至于影響結構的安全，但是會導致水分的侵入，引起內部鋼筋銹蝕、膨脹進而造成混凝土剝落，形成惡性循環，大大降低橋梁結構的耐久性。為解決這一問題，設計上可采取加密鋼筋、加大鋼筋直徑以及采用螺紋鋼等措施，更多的還是要加強施工控制，如降低混凝土水灰比、合理選擇混凝土澆筑時間和加強養護等。

1裂縫狀況

1.1 工程實例

海門市大新河橋跨徑布置為2×10+16+2×10m，橋梁總寬26米，分上下行兩幅橋，單幅橋寬12.50m。該橋上部結構為混凝土簡支板梁，下部結構為樁柱式橋墩、薄壁式橋臺，灌注樁基礎。

橋臺承臺斷面為1.60×1.0m，臺身厚0.60m，高度為3.588～3.848m，臺身和承臺全長26m，中間設置一道伸縮縫。

兩座橋臺臺身在澆筑后一周開始發現裂縫，先澆筑的東側臺身兩側均出現7道裂縫，后澆筑的西側橋臺一側7道裂縫，另一側是6道裂縫，裂縫最小間距2.30m，最大間距3.88m，平均間距在3m左右。裂縫由臺身與承臺交接面開始，呈下寬上窄，說明該裂縫是由下而上發展的。通過檢測，裂縫均為表層裂縫，裂縫寬度在0.05～0.15mm之間，裂縫深度在0.21～0.25mm之間，裂縫在臺身兩側基本對稱，但除個別裂縫為通縫外，基本未貫通臺身厚度。

1.2 裂縫狀況

薄壁式橋臺臺身裂縫由基礎或承臺頂部開始，由下而上延伸。裂縫寬度不等，一般在0.1～0.5mm之間，下寬上窄長度約為構造物高度的1/3～2/3;也有少數通縫現象，但均發生在高度較矮的構造物上，這時構造物高度一般小于3m。構造物越長，裂縫的數量越多，裂縫間距在3m左右，起始橋臺與終點橋臺或箱涵涵身(兩側墻)的裂縫位置相互對應。

2 裂縫產生的原因

鋼筋混凝土裂縫不外乎以下幾種，即沉縮裂縫、溫度裂縫、干縮裂縫、化學作用裂縫和結構性裂縫，結構性裂縫又分為應力裂縫和施工因素裂縫。鋼筋混凝土薄壁式橋臺豎向裂縫的形成可歸為溫度影響、混凝土收縮及特定的施工因素等共同作用的結果。

上述工程實例的臺身豎向裂縫是在臺身混凝土澆筑完成后，但其上部構件(臺帽)尚示澆筑且臺后基本無填土的情況下產生的，由此可知，該臺身豎向裂縫不是因外荷載引起的。若是因地基(承臺)不均勻沉降引起的豎向裂縫，此類裂縫通常是貫通整個臺身厚度的，但根據裂縫檢測，該臺身裂縫為表層裂縫，未貫通臺身厚度，由此推測，該裂縫也不是由不均勻沉降引起的。

2.1 混凝土澆筑施工環境溫度高

關于熱期混凝土施工溫度限制以前強調的不多。在這方面日本規定是宜低于30℃，并不得高于35℃;美國規定是不得高于32℃;我國新公路橋涵施工規范規定:混凝土的澆筑溫度應控制在32℃以下，宜選用在一天溫度較低的時間內進行。上述原則被有些施工部門忽視或突破。鋼筋混凝土薄壁式橋臺這種結構大體積混凝土的特性較為明顯，雖然可不必采取在結構內設冷水管用以降低大體積混凝土內由于水泥水化熱而升高溫度的措施，即使沒有突破上述規定而在溫度較高時澆筑混凝土時也應采取相應的降低施工環境溫度的措施，這一點并沒使所有施工部門引起注意，上述工程實例的施工季節時值初夏，澆筑橋臺前兩天又正值突然升溫，當時白天最高氣溫達30℃左右，且施工單位是在下午2點進行的臺身混凝土澆筑，給結構裂縫的產生留下隱患。

2.2 混凝土水化熱和干縮的影響

鋼筋混凝土薄壁式橋臺的臺身厚度一般為50～70cm，高度大于2m，長度一般都大于10m，此類結構可視為直立大面積混凝土厚板，這類構造物大體積混凝土特性比較明顯，由于其內部水泥水化熱導致的混凝土升溫是不能忽視的，它給熱期施工的混凝土起到熱上加溫的效果。混凝土的線脹系數約為5.4-14.4×10-6/℃，一般可取10.8×10-6/℃，較高溫度的現澆混凝土在硬化時將產生很大的溫差，這將導致結構物產生較大的收縮，甚至中午澆筑的混凝土晚上即可因收縮而開裂，一般混凝土收縮值在0.03%～0.04%時就會引起開裂。

硬化后的混凝土在干燥時的收縮率為0.05%～0.06%，水灰比大的混凝土收縮更大。當混凝土的收縮率為0.05%時， 6m長的構件會收縮3mm，處于受約束的構件則會開裂;彈性模量約2.1×105kgf/cm2的混凝土在應變0.05%時將產生相當于混凝土極限拉應力的3倍。

由于上述的大溫差和干縮共同導致的混凝土開裂單靠所配置的鋼筋去解決是十分困難的。更主要的因素是臺身是澆筑在已成品的承臺上，當混凝土降溫及收縮時受到承臺的約束，其內部產生很大的拉應力，因而導致結構產生裂縫。由于在這個過程中受約束的是結構物下部，其上部仍處于自由狀態，因此其產生的裂縫是由下而上、并且下寬上窄。

2.3 水泥用量過多

由于薄壁式橋臺厚度相對小，高度較大，鋼筋設置又較密，給混凝土澆筑搗實增加了難度，易使薄壁墩(臺)出現蜂窩、麻面、露筋甚至爛根的事件，以至有些構造物不得不推倒重來。施工部門為克服上述現象，通常都增大新拌混凝土的流動性。混凝土拌和物的流動性隨著溫度的升高而減小，溫度升高10℃坍落度大約減小20～40mm，熱期施工這一矛盾更為突出。為了解決上述問題，保證混凝土拌和物能有令人滿意的流動性，就必須增加水泥漿用量，進而導致水和水泥用量的加大。水泥用量的加大直接結果就是水化熱加強而導致混凝土升溫，這就為溫差裂縫的產生創造了條件。而水和水泥的用量增多，又增大了混凝土收縮的可能性。

3 預防措施

3.1 設計

鋼筋混凝土薄壁式橋臺臺身尺寸較大，是大體積混凝土特性較明顯的大面積混凝土板，混凝土溫度變形和收縮變形對其影響是極不利的，更主要的是在高溫干燥環境下施工，其變形又受基礎和承臺的約束，因此易產生裂縫也是不奇怪的。為防止裂縫的產生，首先設計上要采取相應措施。

3.1.1 設定施工要求

設計文件中應強調這種結構施工過程中一些必須滿足的要求，尤其要強調混凝土澆筑時間、混凝土的水灰比要求以及養護的具體施工要求。面對目前中小橋涵施工隊伍較雜、技術水平參差不齊的現實，這種強調是必要的。

3.1.2 設置抗裂鋼筋和伸縮縫

設置抗裂鋼筋和伸縮縫是防止鋼筋混凝土開裂的一般做法。配置分布均勻的細鋼筋比同樣含鋼量的大間距粗鋼筋更有好的效果。設置伸縮縫主要是放松基礎約束的一種措施伸縮縫的長度可由基礎和承臺頂表面開始至臺(墩)身頂部(不含臺帽)。這既可保證橋涵下部的整體受力特性，又可防止臺身裂縫的產生。有資料表明:混凝土結構自身收縮程度與其體積和表面積之比值成反比關系，這一特性在混凝土齡期14d以前尤為明顯。也就是說，對于薄壁式鋼筋混凝土橋臺結構來說，其厚度較小者比較大者易因混凝土收縮而產生開裂，橋臺設計時應充分考慮鋼筋配置、伸縮縫設置及施工難易等因素，厚度70cm優于50cm。

3.2 施工

(1)避開高溫下施工高溫下施工現澆混凝土既有很多潛在的不利因素又增加施工過程的內容和施工成本，因此在做施工組織計劃時盡量使薄壁式構件現澆混凝土施工避免在高溫干燥季節時進行。如果客觀條件不允許，具體施工時也應避開一日之內的高溫時間，而在一日內溫度最低時進行，如可在夜間進行。

(2)采取降溫措施在高溫下現澆混凝土應有全面的組織計劃、準備工作充分、施工設備有足夠的備件并事前做好檢修及保養，保證連續進行;從拌和機到入倉的傳遞時間及澆筑時間要盡量縮短，并盡快開始養護。

澆筑及拌和場地應遮蔭以降低模板、鋼筋、拌和機械、骨料、水泥的溫度，不得使用剛出廠的水泥;在澆筑前可在模板、鋼筋和地基上噴水以降溫，但在澆筑時不能有附著水;用冷水或有條件亦可用冰水拌和混凝土;也可結合大體積混凝土施工的一些要求進行施工，并加快澆筑后混凝土的散熱。

(3)降低水泥水化熱升溫及改善混凝土品質。降低水泥水化熱的常規措施是:選用礦渣或火山灰質早期低熱水泥，最好是礦渣水泥;利用混凝土后期增長強度，減少早期升溫;摻粉煤灰混合料減少水泥用量;摻減水劑等外加劑復合使用，防止高溫下坍落度的損失，避免增加水和水泥的用量。

4 裂縫的處理

(1)惡劣工作環境下的裂縫修補

所謂惡劣環境是有腐蝕氣體、液體侵入可能;潮濕或沿海地區;有反復凍融的條件等。裂縫的存在給氣體、液體侵入形成一個通道，因此在惡劣條件下必須修補這些裂縫以阻斷這些通道，保證構件的防腐蝕能力。①當裂縫寬度小于0.2mm時，此時裂縫可用環氧樹脂漿液或水泥漿液進行表面封閉，即涂抹法;裂縫很深時，宜用甲基丙烯酸脂類漿液或低粘度環氧樹脂漿液灌注。②當裂縫寬度大于等于0.2mm時，此時宜用環氧樹脂漿液灌注。③當裂縫寬度大于1mm時，可用微膨脹水泥漿液修補。修補前，應在裂縫表面涂刷一層水泥漿界面劑。

(2)一般工作環境下的裂縫修補

所謂一般工作環境是有別于上述惡劣工作環境的客觀條件，此時裂縫的處理可放寬一些。當裂縫小于0.05mm時，可不做處理，但對裂縫較深或處理并不難時，還是用涂抹法封閉處理為好。當裂縫寬度小于0.3mm時，此時處理方法同上述。①所述方法相同。當裂縫大于等于0.3mm時，此時處理方法同上述。②所述方法相同。當裂縫寬度大于1mm時，此時處理方法同上述。③所述方法相同。對于活動裂縫，即處于繼續發展而未穩定的裂縫，應在裂縫停止發展后進行修補處理。至于裂縫修補的材料和施工的具體要求可遵循目前土木工程行業習慣使用的方法即可。

5 結語

總之，薄壁橋臺的豎向裂縫產生是多種因素綜合作用的結果。這些裂縫的存在雖然目前乃至以后一段時間內不會影響其結構功能及承載能力，但是這些裂縫如不能停止發展或得到妥善處理，必將對構造物的耐久性造成不利影響，特別是當構造物受到有害氣、液體侵蝕或處于潮濕、冰凍環境及沿海地區這一矛盾顯得更為突出。一些發達國家因為混凝土構造物的耐久性缺陷每年消耗巨資用于構造物的養護足以證明這一問題的重要。因此，此類裂縫還應引起各部門的重視，只要在施工時采取適當完善的措施，此類裂縫是可以避免發生的。

參考文獻

[1]張文江.鋼筋混凝土薄壁式橋臺裂縫成因分析[J].科技資訊，2009(2).

[2]李軍，剌建東.鋼筋混凝土薄壁式橋臺的計算與應用[J].科技創新導報，1994(1).