橋梁施工裂縫成因及防控措施分析

周海波 董 亞

浙江交工集團股份有限公司第五分公司 浙江 杭州 310051

我國建筑工程總量逐年遞增，為快速的經濟發展提供基礎。而橋梁建筑為交通運輸等提供了條件，因此是極為重要的建筑類型。橋梁的質量由多個復雜因素共同決定，溫度、濕度等自然條件均可能影響橋梁的開裂情況。雖然橋梁裂縫是施工中不可避免的，但是通過技術手段減少橋梁裂縫所帶來的安全危險是可能的。通過對橋梁裂縫的人為技術控制，可以減少橋梁安全事故的發生，避免行人、車輛的財產和生命安全收到損害。除此之外，防控橋梁裂縫還可以延長橋梁的使用壽命，帶來更大的經濟效益。加強對橋梁裂縫的防控，是橋梁施工中應該被重點關注的問題。

1 橋梁施工裂縫的安全風險

橋梁裂縫直接決定了橋梁工程質量的高低，橋梁裂縫的數量和大小對橋梁工程的不良影響體現在以下幾個方面：第一，橋梁工程通常有承重要求，而橋梁裂縫會影響橋梁的最大承重量。橋梁無法承載預期的重量，甚至可能出現橋梁塌陷等嚴重的安全事故。第二，橋梁工程的裂縫會影響橋梁內部鋼筋結構的穩定性。橋梁開裂后，內部鋼筋結構暴露在空氣中，可能受雨水、陽光影響加速其老化腐壞。一旦橋梁的鋼筋結構被破壞，其穩定性則會大大降低。且內部結構的受損是不易修復的，一旦發生對于橋梁的損害是持續性的。第三，橋梁施工裂縫將降低橋梁使用壽命。橋梁使用壽命關系到橋梁的經濟效益。若使用壽命無法達到預期，則難以收獲預期的經濟效益，使橋梁整體的商業價值大大降低。

2 橋梁施工裂縫的產生原因

2.1 混凝土材料以次充好

混凝土是橋梁建筑的基礎材料，是橋梁的重要組成部分。因此混凝土的質量高低直接決定了橋梁質量的好壞。在選擇混凝土材料時，如果水泥、骨料與外加劑的比例不合理，則容易產生混凝土開裂的現象。除此之外，用不符合質量標準的混凝土材料也是導致橋梁開裂的原因之一。次品混凝土材料的定價較低，施工時為了節約成本而不顧安全風險。混凝土材料的以次充好大幅增加了橋梁施工裂縫的數量。

2.2 施工過程中的不科學荷載

橋梁在施工前均會設計預期荷載以及在施工過程中的最大荷載。但是在施工過程中，實際荷載極有可能會超過計劃最大荷載。一方面是由于計劃最大荷載是按照理論上均勻荷載來計算的，但實際的施工過程中荷載并不是均勻施加的。施工設備和建筑材料在橋梁上放置的位置不同會導致較大差距的荷載值，最終導致實際荷載值超過計劃最大荷載導致橋梁產生裂縫。另一方面，未能按照圖紙進行嚴格施工導致橋梁建筑結構與預期不同。橋梁的實際最大荷載低于預期最大荷載，按照原計劃施工后會發生超載而導致橋梁開裂。除此之外，隨著建設工程的推進，在機械設備的疲勞度對荷載也會產生影響。通常這種影響在設計過程中容易被忽視而計算出錯誤的結果。這幾種情況都會產生直接應力裂縫，這是由于超載所導致的裂縫的一種。直接應力裂縫是橋梁施工裂縫中較為常見的一種裂縫。橋梁實際荷載量超過預期后，橋梁沒有承受超出重量的能力，從而產生直接應力裂縫。

2.3 混凝土收縮導致裂縫

1) 內外收縮不均勻。橋梁施工過程中最為重要的程序是混凝土澆筑。澆筑后的混凝土在外加劑的作用下逐漸硬化干燥。而在干燥的過程中，混凝土內部和外部干燥的速度存在差異。在混凝土外部已經干燥時，內部水分由于缺少揮發的途徑，仍舊處于潮濕狀態，所需要的干燥時間更長。由于混凝土內外部干燥情況不同，導致混凝土外部的張力增大。且由于各個區域的混凝土干燥狀態不可能完全相同，不僅內部混凝土對外部產生拉力，外部混凝土的不同位置之間也會產生拉力。在多重拉力的作用下，混凝土表面的承受力不足以抵抗，就會導致混凝土開裂的現象發生。除了內外的水分蒸發不均勻外，混凝土外部的不同區域之間的干濕程度也同樣存在差異，也是導致混凝土開裂的原因之一。不同比例的原料混合方式也會導致混凝土的內部張力過大，例如配筋率超過3%的混凝土會形成細小的龜裂狀的裂痕。

2) 混凝土發生塑性變形。塑性變形是混凝土較為常見的變形之一，發生率高達1%。而且塑性變形對混凝土質量的影響較大，容易形成較為嚴重的裂縫。塑性變形是混凝土的水化反應過于劇烈所導致的。在過短的時間內完成了混凝土的分子鏈反應，同時混凝土表面的水分流失速度過快，導致了混凝土較大幅度的形變。塑性形變通常發生在混凝土澆筑后的五小時，一旦發生塑性形變，混凝土中的骨料下沉的風險急劇升高。一旦下沉骨料與鋼筋相遇，則鋼筋方向會導致較大程度的開裂。

3) 溫度變化較為劇烈。混凝土在澆筑后，由于水泥的液化過程會產生大量的熱量，使得混凝土的溫度短時間內迅速升高。在澆筑后的24小時內，這種升溫會持續進行。混凝土內部缺乏有效的散熱途徑，熱量集中在混凝土內部，而混凝土外部散熱速度較快，因此導致內外溫差較大。由于熱漲冷縮，混凝土在散熱的同時發生收縮。不同散熱速度所導致的混凝土收縮速度不同，由此產生的張力是產生混凝土裂縫的原因。不同溫度所導致的收縮程度不同。而這種裂縫與溫度的關系十分緊密，內外溫差越高所形成的橋梁裂縫越嚴重。混凝土的溫度變化不僅表現在液化反應過程中，高溫環境和陽光直射同樣會導致混凝外部的溫度升高從而形成溫差。而橋梁施工如果在夏季進行，這一高溫風險將尤為突出。受自然環境影響所產生的高溫是持續不斷的，因此產生的橋梁裂縫可能不斷增多加深，應當得到充分重視。

4) 施工及養護質量不合格。在施工方面，混凝土的質量取決于施工材料的質量與各原材料的配比。在選擇混凝土材料時，存在為了降低成本以次充好的情況發生。不合格質量的原材料所建成的混凝土質量必然不符合標準。即便原材料符合質量標準，也存在各原材料的選擇互斥的情況。混凝土是由多個材料配比形成的，各材料均有多種類型可選，但不同類型間可能存在融合困難的問題。不同橋梁施工的狀況均存在差異，需要根據施工現場的環境情況來科學的確定各材料的混合比例。若不考慮實際情況，死板的采用固定的配比方式，極易導致混凝土的開裂。而鋼筋失去混凝土的包裹后，在空氣中暴露會加速其老化腐蝕的速度，增加其斷裂的安全風險。在養護方面，對橋梁的及時養護是維持橋梁增加橋梁使用壽命的有效手段。通過對橋梁已經出現裂縫的修復，減少橋梁裂縫所帶來的安全風險。橋梁裂縫修復工作中常見問題為錯誤的修復材料選擇不當，修復材料與橋梁原本的混凝土材料不相容導致修復后的部分更容易脫落。在混凝土澆筑完成后，需要及時對其進行養護。否則混凝土暴露在干燥環境下，快速的收縮會導致裂縫的產生。養護工作需要長期且持續才能夠形成良好的養護效果，若沒有形成合理的養護制度和養護規范，則難以控制每次的養護效果并保持固定的養護周期。

3 橋梁施工裂縫的技術防控手段

3.1 嚴格控制混凝土材料的質量

混凝土材料的質量是橋梁施工質量的基礎，嚴格控制材料的質量才能夠使后續的施工符合標準。保證混凝土材料的質量可以從兩個方面操作，一方面增設質量監控的崗位，聘用了解混凝土材料的施工人員對材料進行挑選和質量分析。既能夠控制材料的成本，又能夠確保選擇最為合適的材料類型。另一方面，增加材料使用人員和材料選擇人員的溝通，根據實際的使用需求選擇材料，保證混凝土材料的配比產生最為牢固的施工效果。

3.2 精細化荷載設計

對橋梁荷載的設計需要充分考慮多方因素。首先，根據鋼筋直徑大小合理的布局鋼筋間距能夠有效提高橋梁荷載，鋼筋直徑越小應該排布的間距越小。其次，混凝土外加劑的合理使用能夠有效提高混凝土的硬度，能夠有效避免鋼筋暴露的問題發生。最后，設計荷載時應充分考慮橋梁實際使用時的各種情況，在不同的施工設備、車輛的排布下計算出橋梁荷載量。橋梁的實際使用中，經常會出現超載車輛的情況，要將這類常見情形予以充分考慮，使橋梁最大荷載量高于實際荷載量。

3.3 重視橋梁的早期養護

上文所述的橋梁塑性收縮所導致的裂縫問題，最佳的解決方式是加強橋梁的早期養護。在水凝圖澆筑完成后一段時間內的養護工作即為早期養護，其重點在于控制水凝土中的水分蒸發速率。第一，合理利用吸水材料。覆蓋在混凝土外部的吸水材料能夠有效形成保護層，減緩水分蒸發的速率，使各部分的水分揮發速率更為平均，避免塑性形變的發生。第二，注意季節的影響。在夏天時，需要注意的是對干燥速度較快的部分進行及時補水，施工人員應保持對混凝土表面狀態的觀察，以保持不同區域的相同揮發速率。在冬天時，更加注重溫度的控制，保暖材料的使用能夠有效保證混凝土的溫度平衡，從而避免各區域間過大的溫差所導致的混凝土開裂。第三，澆筑的過程精細化操作。混凝土的強度與骨料的密度和粒度直接相關，在材料振搗時應該盡量控制材料密度。但需要綜合考慮材料振搗對整體工程的影響，避免過于追求高密度而影響混凝土的整體效果。在振搗過程中，要及時清理混凝土表面，避免雜質和多余的水分殘留影響混凝土的整體硬度。在設置鋼筋時，要注意鋼筋密度的合理性。鋼筋數量過少所產生的裂縫通常較為嚴重，因此要盡量設置數量充足的鋼筋[1]。

3.4 合理控制溫度

混凝土澆筑過程中的溫度，是影響混凝土質量的關鍵因素。混凝土澆筑后會釋放熱量，而熱量的不均勻釋放會導致混凝土開裂。通過外部噴水的方式，可以減少混凝土的內外溫差，讓熱量釋放更加均勻。除了外部降溫外，還可以在施工前預埋冷水管來達到內部降溫的效果。后者可以降低混凝土內部的溫度，為內部熱量釋放提供途徑。在澆筑完成后及時保證管內的冷水流動，有效減少溫度不均勻所導致的混凝土開裂[2]。

3.5 完善養護技術

對混凝土裂縫的及時修補和養護是維持混凝土良好狀態的必然工作。可以通過以下幾種方式來對裂縫進行處理。

(1) 填充已有裂縫。對于已經出現的裂縫來說，最簡單的處理方式是對其進行填充。但是對寬度過小的裂縫來說，填充物難以進入裂縫中。在實際操作中發現，寬度大于0.3 mm 的裂縫能夠采用填充法進行修補。而小于這一標準的裂縫只能開槽拓寬后才能夠填充[3]。

(2) 處理裂縫表面。這一處理方式僅通過涂抹、粘貼等方式對修補裂縫表面。這種方法通常適用于寬度細小的裂縫，以及適用于對雨水累積的避免。在混凝土出現大面積裂縫后，如果沒有漏水的情況發生，則可以使用表面涂抹劑對裂縫進行修補。需要注意，若裂縫的深度較深，則不能夠使用表面處理法。

(3) 補強混凝土結構。這種處理方式能夠從根本上解決橋梁因為過載而產生的裂縫。當橋梁處于過載狀態產生裂縫后，橋梁的承重結構受到了破壞。此時僅對裂縫表面修補不足以彌補裂縫所帶來的損害。因此需要重新計算混凝土結構，從增強承重的角度對裂縫進行修補。相比于其他修補方式，結構的補強能夠從根本上延長橋梁的使用壽命，增加橋梁結構的穩定性。

(4) 灌漿法。在裂縫中重新灌入混凝土漿，是較為常見的修補方法。適用范圍廣泛，操作簡單，經濟成本低，因此在橋梁施工中被廣泛采用。

3.6 加強施工管理

橋梁施工僅有理論支撐是遠遠不夠的，更重要的是保證實際的施工效果。而常見的工程問題如偷工減料、不規范操作等在橋梁施工中同樣存在。因此需要加強施工中的管理，可以從以下幾個方面進行。第一，嚴把材料質量關。材料質量是橋梁質量的基石，因此對材料質量的監管應當形成科學的監管體系。在材料采購前，形成公開的采購文件。材料進場前進行專業人員的抽檢，確保材料質量符合預期。在施工過程中定期對材料進行抽檢，確保材料質量的穩定性。第二，設計人員深入參與施工過程。設計人員僅完成設計是遠遠不夠的，還應該根據實際施工的情況及時修改設計。設計人員與施工人員應及時溝通，了解施工的程序和進度。根據施工的情況調整設計方案，使其更加適合于現狀。充分參考施工人員的反饋意見，若發生橋面開裂現象較多時，調整材料配比以增加其穩定性。第三，建立暢通的溝通機制。設計部門和施工部門由于立場不同，容易發生沖突。因此應當合理的設置溝通方案，使設計人員能夠及時了解施工情況，施工人員提高對設計圖紙的理解。同時能夠確保施工人員在理解設計意圖的情況下進行施工，對施工中所發生的突發情況更加有效的應對。

4 結語

橋梁工程關涉到運輸業甚至國家經濟的發展，具有重要的戰略意義。應充分確保橋梁工程的安全性和可靠性，避免產生橋梁塌陷等重大安全事故的發生。這不僅是巨大的經濟損失，還可能造成生命安全的重大損害。因此應充分排除橋梁施工中的安全隱患，其中最為常見的混凝土裂縫是排查的重點。混凝土由于其材料特點，無法避免的會產生裂縫。雖無法避免裂縫的產生，但可以盡量減少裂縫的數量以及裂縫產生后的不利影響。本文在分析裂縫產生的具體原因后，有針對性的提出了防控裂縫的多角度措施。包括嚴控材料質量、精細化荷載設計、注重早期養護、合理控制溫度、加強施工管理等多方面，系統化的減少橋梁裂縫可能產生的重大安全風險，避免橋梁塌陷等安全事故的產生。通過本文的系統化分析，以期對橋梁的實際施工提供技術參考。增強橋梁的穩固性和使用壽命，更好的為我國的經濟建設貢獻力量。