分析鐵路橋梁墩身混凝土開裂原因及施工監理措施

【摘要】針對鐵路橋梁墩身施工中最容易產生的問題——混凝土裂縫，在闡述常見裂縫形式及其危害的基礎上，對裂縫的產生原因及防控施工監理措施進行深入分析，旨在為實際施工中有效預防裂縫的產生提供參考借鑒，保證墩身施工質量。

【關鍵詞】鐵路橋梁;墩身裂縫;裂縫成因;施工監理控制

在鐵路橋梁工程施工中，墩身混凝土施工是重要環節，但由于受到不同因素的影響，可能會是墩身產生裂縫，這也是墩身施工最常見的一種質量通病。如果墩身產生裂縫，將花費高昂的費用用于后期修補，而且修補難度還很大。因此，在施工中就要通過監理控制來預防墩身混凝土產生裂縫，保證整個墩身的施工質量。

1、墩身裂縫形式與危害分析

在鐵路橋梁中，墩身裂縫主要包含以下幾種形式，不同形式裂縫的危害如下：

（1）從整個墩身結構中縱貫的深層裂縫。這種裂縫大多在雙線墩模板拆除以后的1-10d時間范圍內產生，縫寬一般不小于0.2mm，裂縫深度超過10cm，嚴重時將穿透整個墩身結構，在嚴寒地區若事先未加控制，則會經常發生。因這種裂縫的寬度與深度都很大，所以會對墩身結構安全帶來極大的影響。如果產生裂縫，則裂縫的深度、長度與寬度都將不斷增長，在修補之前應做好長期觀測，經觀測確認裂縫停止發展后，由專業人員進行驗算，在確定不會對整體結構受力造成影響后，開始修補裂縫。若裂縫的深度與寬度持續擴展，已經對墩身結構受力造成影響，需進行返工處理[1]。

（2）墩身混凝土表面產生龜裂。部分橋墩在拆除模板一段時間后，其表面會產生很多不規則裂縫，這些裂縫的寬度一般不超過0.2mm，這種裂縫就是龜裂，是墩身最常見的一種裂縫形式。該裂縫的長度不盡相同，但深度較小，數量多，面積大。開裂初期，會對墩身混凝土外觀造成影響，因開裂面積會不斷增大，使墩身內部受到雨雪的侵襲，在嚴寒地區將導致混凝土出現一定凍脹應力，使墩身產生剝落等病害，影響混凝土結構耐久性。

（3）在墩身的護面鋼筋上產生縱向與環向裂縫。該裂縫僅產生于護面鋼筋的外緣，寬度不小于0.2mm，長度有所不同，縫深和鋼筋保護層實際厚度直接相關。導致這種裂縫產生的原因相對單一，控制難度低，產生數量并不多。但如果產生，且未能及時有效的處理，將導致鋼筋產生銹蝕，影響混凝土和鋼筋之間的粘結，最終降低混凝土結構耐久性。

2、墩身裂縫產生原因

以上幾種常見墩身裂縫形式的產生原因為：

（1）對于從整個墩身結構中縱貫的深層裂縫，其產生原因包括：其一，大體積混凝土產生內部溫度應力。在混凝土中，水泥和水發生水化反應會放出很大水化熱，尤其是大體積混凝土，水化熱很高，中心溫度能達到50℃以上，這樣會在混凝土中產生一定溫度拉應力，由于混凝土的抗拉強度很低，所以溫度拉應力很容易超過混凝土極限抗拉強度，導致混凝土產生裂縫。基本上所有鐵路橋梁的橋墩都屬于大體積混凝土，所以以上是導致墩身產生從整個墩身結構中縱貫的深層裂縫的主要原因;其二，在墩身還沒有形成足夠強度時就承受荷載。通過施工監理可知，施工單位一般會對墩身、托盤及頂帽進行分次澆筑，每次澆筑施工的時間間隔在72h以內的墩身都產生了裂縫，而實際的時間間隔達到72h及以上的，均未產生裂縫。通過計算得出，托盤與頂帽總方量超過100t，對于C30混凝土，其3d齡期抗壓強度只有8.3MPa，還不足設計要求的30%，而且劈裂強度只有0.77MPa[2]。在這種情況下直接承受荷載，盡管不會使墩身由于受壓而開裂，但如果加上其它因素的作用，很容易使墩身產生裂縫，橋墩支承墊石與頂帽裂紋如圖1所示;其三，混凝土的坍落度不合格，或施工操作不當等。在墩身施工中，很多施工單位都會用到串筒進行混凝土澆筑，串筒位置一般為與中心軸線相距3m的兩側。如果施工中所用混凝土的坍落度相對較大，則在澆筑過程中粗骨料將堆積于串筒兩側，而細骨料和水泥漿將向相對較遠的地方流動，此時倘若振搗操作不當，使振搗不均勻、不到位，將在中心軸線產生粗骨料小但水泥漿很多的實際情況，此處結構強度必定受到很大影響，成為整個墩身上的薄弱環節。另外，這一部位還是核心部位，水化熱最高，所產生的溫度應力很大，極易產生從整個墩身結構中縱貫的深層裂縫[3]。

（2）對于墩身表面龜裂，其主要產生原因為拆除模板后室外環境有很大的溫差，在混凝土的表面連續產生熱脹冷縮，使表面產生很多細微的裂縫。此外，如果空氣干燥，且后期養護不到位或操作不當，將導致這種裂縫的數量不斷增多[4]。

（3）對于在墩身護面鋼筋上產生的縱向與環向裂縫，其產生原因包括：其一，鋼筋的保護層厚度未能達到要求，施工中沒有嚴格按照設計要求進行保護層墊層的留置，或在澆筑過程中對護面筋進行的定位不準確、不牢固，導致墊塊產生脫落，使鋼筋向模板處產生移位，導致保護層的實際厚度未能達到要求，在混凝土表面產生裂縫，嚴重時將導致漏筋;其二，在完成對混凝土的澆筑施工后，混凝土達到終凝前，鋼筋因為受到人為擾動而和混凝土之間產生脫離，導致開裂[5]。

3、墩身裂縫防控施工監理措施

以上幾種常見墩身裂縫形式，需采用以下施工監理措施進行防控：

（1）對于從整個墩身結構中縱貫的深層裂縫，應采取下列施工監理措施來防控：其一，監理單位應和施工單位一同對試驗人員進行抽調，在施工中于墩身內埋設傳感器與測力元件，以此對混凝土內部溫度、澆筑溫度等進行嚴格測定與記錄，并留置混凝土試件在相同條件下進行養護。從相關測試結果可知，在澆筑72h之后，內部溫度不在上升，保持穩定;澆筑120h后，溫度開始下降;混凝土試件的5d齡期抗壓強度在16MPa左右，劈裂強度在1.62MPa左右，可見，上述壓強已經超過墩身實際受到的壓強。在施工安排方面，需將分次澆筑過程中的時間間隔按照120h以上控制;其二，對混凝土的坍落度進行嚴格控制，旁站監理應和施工單位的專業試驗人員一同對混凝土做坍落度檢測，同時做好相應的記錄。對不滿足坍落度要求的混凝土，應報廢處理，禁止在施工中使用;施工單位應對施工工藝進行改進，比如在墩身的軸心增設串筒等;振搗操作人員必須持證上崗，上崗前對他們的上崗證進行檢查與核對，并做好登記，確保所有施工人員均合格、熟練;在施工中加強旁站監理，對操作人員予以嚴格監督，防止由于振搗不到位導致薄弱環節的形成[6]。

（2）對于墩身表面龜裂，施工單位應先做好模板拆除前的準備工作，以此盡可能縮短模板拆除所需時間。完成對墩身的模板拆除后，應立即通過三層包裹來養護，即按照從內到外的次序分別包裹塑料薄膜、棉被和厚塑料布。通過這樣的養護處理，能隔離混凝土和室外環境，避免混凝土表面受到環境溫差的作用和影響，降低或避免熱脹冷縮作用造成的不利影響。模板的拆除必須在混凝土強度達到要求時進行。對于托盤和頂帽處的混凝土，應使用棉被進行覆蓋，并定期澆水，實際養護時間應達到28d以上。通過養護，能減少或避免其內部水分蒸發與散失，防止龜裂的產生[7]。

（3）對于在墩身護面鋼筋上產生的縱向與環向裂縫，應采取下列施工監理措施來防控：其一，施工單位要對自檢程序進行完善，質檢人員和監理工程師需要在開盤之前做好護面鋼筋的綁扎及模板安裝情況檢查，經檢查確認合格后進行簽認，之后即可開盤。在澆筑施工中，質檢與監理人員應做好實時監控，若發現墊塊產生脫落或鋼筋發生移位，應要求操作人員立即進行整改和糾正;其二，在分段澆筑施工完成，且達到終凝后，要求現場的操作人員不能晃動和攀爬鋼筋，同時做好覆蓋與看守，避免人為破壞或其它自然因素對混凝土造成擾動，導致混凝土開裂。在發現裂縫的現象時，現場施工人員應立即采取有效措施加以處理，避免裂縫進一步發展和擴大，造成更嚴重的損壞。

結語：

綜上所述，嚴抓施工和監理在不同施工環節中防裂措施的制定與落實，尤其是要嚴抓細小環節的相關措施，從根本上保證墩身質量，避免裂縫問題的產生，為橋梁的上部結構施工和橋梁正常與安全運營奠定良好基礎。

參考文獻：

[1]姚維軒.試述鐵路橋梁墩身混凝土裂縫成因及其控制措施[J].建筑技術開發，2019，46（21）：115-116.

[2]向晉.橋梁墩臺大體積混凝土施工裂縫及預防措施[J].城市建設理論研究（電子版），2019，10（10）：109.

[3]紀曉.注漿加固法在石砌橋梁墩臺裂縫病害處治中的應用[J].山東工業技術，2019，10（08）：117-118.

[4]喬紅彥.試述鐵路橋梁墩身混凝土裂縫成因及其控制措施[J].工程建設與設計，2018，11（09）：192-193+196.

[5]岳新興，鄧翀，趙志剛，胡勇.東非熱帶季風區鐵路橋梁墩身大體積混凝土溫度裂縫控制技術[J].施工技術，2016，45（S2）：323-325.

[6]范忠明.橋梁墩臺大體積混凝土施工裂縫及預防措施[J].科技展望，2016，26（06）：114-116+256.

[7]羅斌.高速鐵路橋梁墩臺溫度裂縫的產生原因及控制措施[J].湖南交通科技，2014，40（04）：99-101.

作者簡介：

顧忠坤，男，本科，主要從事：工程監理方面。