淺析橋梁承臺大體積混凝土裂紋成因及防治技術

■鄭 明

(南平市高速公路有限責任公司，南平 353000)

0 前言

近年來，福建省高速公路發展迅猛，興建了大量的鋼筋混凝土橋梁結構，作為橋梁的下部結構，大型橋墩、承臺等構件屢見不鮮。在此類大型構件的大體積混凝土施工過程中，混凝土的開裂一直是一個讓工程技術人員困擾的問題。如何防治及處理這些裂紋，將直接影響混凝土構件的耐久性。本文結合福建省高速公路建設中某特大橋承臺施工過程中混凝土裂紋的防治經驗，淺要談談混凝土裂紋的控制要點和處理措施。

1 項目概況

福建省高速公路某特大橋，上部結構采用5×35mPC連續剛構T梁+(81+3×150+81)m變截面懸澆剛構箱梁+(5×40+5×35)mPC連續剛構T梁。下部結構4#、5#承臺在陸地，承臺尺寸為18.30m×18.30m×4.00m，混凝土強度C30，樁基礎采用9根Φ3.1m鉆孔灌注樁，墩身為圓端型實心墩。

2 裂紋的出現及特征

施工過程中，該橋4#墩承臺在混凝土澆筑完成后，次日拆模時發現在承臺頂面及側面出現了數條裂紋，頂面裂紋成平面形狀，深度、寬度均較淺 (寬度小于0.30mm)，在墩身預埋鋼筋周邊較明顯；側面裂紋互不連貫，長短不一，最長178cm，最短26.2cm，最寬處1.00mm。隨后我們對這些裂紋進行標記，并觀測7天，每天早中晚記錄裂紋的變化，發現裂紋并未繼續發展。如何確保后續的混凝土澆筑質量，杜絕裂紋的再次出現，成為亟待解決的問題。

3 裂紋原因分析

針對該橋4#墩承臺出現的裂紋，我們進行了初步分析，認為產生裂紋的原因主要有以下幾個方面：

3.1 大體積混凝土的水化熱大

每個承臺需要混凝土1340m3，厚度超過2.0m，是典型的大體積混凝土。由于混凝土是熱的不良導體，混凝土凝結硬化過程中產生大量水化熱，大量熱量積聚在混凝土內部不易散出，使混凝土表面與內部形成溫度差。在混凝土凝結初期，溫度差引起的應力大于混凝土抗拉強度時，就容易產生裂紋。

3.2 施工配合比不合理

混凝土出現裂紋往往和配合比有很大關系。經試驗室核查，該承臺混凝土澆筑中，配合比存在如下問題：(1)水灰比過大，在試驗得出理論配合比后，施工配合比未及時根據地材的含水量進行調整，造成配合比不準確，水灰比過大；(2)配合比中細骨料偏多，造成混凝土收縮，導致結構出現裂紋。

3.3 水分蒸發干縮造成

水泥漿中水分的蒸發會產生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內部濕度變化較小，變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束，產生相對拉應力而產生裂縫。

本地區為多風天氣，這加劇了混凝土表面干燥的速度，使表面產生較大拉應力，進而導致混凝土產生裂紋。

3.4 塑性收縮因素

混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，或者混凝土剛剛終凝而強度很小時，受高溫或較大風力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細管中產生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產生龜裂。

3.5 振搗養生影響

混凝土澆筑時漏振、過振，導致混凝土的密實性不夠，容易造成混凝土裂紋；混凝土終凝后進行二次抹面，會造成混凝土的收縮裂紋；混凝土養護不及時，也會造成混凝土表面干燥而出現干燥裂紋。

4 裂紋的預防措施

通過以上初步分析得出的原因，我們在優化設計配合比、制定施工配合比控制措施、優化原材料的選用、降低水化熱、加強振搗養生等方面，提出了預防裂紋的幾個措施，在后續的大體積混凝土施工過程中加以改進和應用。

4.1 優化配合比，減少水化熱等原材料選用方面

原材料選用措施：一是降低水灰比，在不影響強度的前提下，盡量減少水灰比；二是選用中低熱水泥和粉煤灰水泥，在配合比設計規范允許范圍內盡量摻加粉煤灰，降低水泥的用量；三是優先選用級配良好的集料。有試驗表明：當用連續級配、粒徑為5～40mm的碎石與細度模數為2.3～3.7的中粗砂時，單位體積混凝土水泥與水用量可分別減少28～35kg和20～25kg，綜合效益表現良好。鑒于該經驗，在滿足配合比要求的前提下，盡量增加粗骨料的使用；四是添加適量的減水劑等外加劑，改善混凝土性能。

4.2 混凝土施工措施方面

在大體積混凝土的施工過程中，可以采取以下措施：一是防止干燥收縮。為保證澆注混凝土表面溫度與外界溫度差值控制在25℃之內，澆筑混凝土之前，將基層和模板澆水均勻濕透；二是根據基礎的尺寸采用分層澆搗、斜面推進的原則進行施工 (圖1)。每層厚度控制在400mm左右，斜面坡度控制在 l∶6～1∶8 之間，可以起到加快散熱、減少水化熱、降低內外溫差的作用，避免溫差應力引起的裂紋；三是布設冷卻水管(圖2)。根據基礎厚度的不同，按照每層80cm布置冷卻水管，用水泵抽水保證進水口有足夠的壓力，進水口和出水口之間溫差控制在5～10℃，從基礎澆筑起至澆筑完成后，半個月內不間斷注水，保證水溫。

圖2 冷卻管布設示意圖

4.3 加強振搗養生措施方面

加強混凝土作業工人的培訓，使其掌握插入式振搗器“直上直下，快插慢拔；插點要均勻，切勿漏插點；上下要插動，層層要扣搭；時間掌握好，密實質量佳”的操作要領：①使用插入式振動器時，移動間距不應超過振動器作用半徑的1.5倍，與側模應保持5～10cm距離，應避開預埋件或鋼筋10～15cm，應插入下層混凝土 5～10cm；②對每一部位混凝土必須振動到密實為止，密實的標志是混凝土停止下沉，不再冒氣泡，表面呈平坦、泛漿，確保振搗質量。

表面抹面：初凝時，用木抹子做第一次抹壓，使面層充分達到密實；混凝士終凝前做第二次抹壓，使混凝土面層再次達到密實。

澆筑完成之后7～28d，及時覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片等，保持混凝土終凝前表面濕潤，或者在混凝土表面噴灑養護劑等進行養護，并設置遮陽和擋風設施，防止混凝土表面水分散失過快而產生裂紋。

5 裂紋的治理

因該承臺的頂面標高在漲水期水位以下，為保證承臺的耐久使用，針對出現的裂紋，采用如下處理方案。

5.1 表面修補法

針對承臺頂面，對于墩身預埋鋼筋周邊5cm范圍內的裂紋，采用鑿除處理，適當加大鑿除深度；對于頂面其他位置的裂紋，采用在其表面涂抹瀝青的方式處理。

5.2 注漿法

對已形成的縫寬大于0.30mm、縫深較深的承臺側面混凝土裂紋，我們采用裂縫灌環氧樹脂、表面涂刷瀝青的方案。首先用高壓氣槍對裂紋進行吹掃，隨后用自動注膠器將環氧樹脂從裂紋一端向另一端進行灌填，確保裂紋中沒有氣泡，待灌縫膠凝結硬化后，表面涂抹瀝青(圖3)。

圖3 注漿示意圖

6 結束語

通過對配合比、原材料、操作人員培訓、施工工藝等方面進行總結和改進，并在橋梁施工過程中進行實時監控，該橋后續的橋墩、承臺等大體積混凝土構件的裂紋情況均能得到有效控制。

雖然大體積混凝土裂縫產生的原因很多，但只要嚴格按照規范施工，認真積極探索裂縫產生的原因，及早采取相應的預防措施，就能有效地控制大體積混凝土結構的裂縫。