橋梁施工技術及裂縫成因的研究新探

文／王楊君 楊丹妮 浙江交工國際工程有限公司 浙江杭州 310051

引言：

近年來我國不斷加大橋梁等基礎交通工程的建設力度，橋梁工程項目的數量和規模都有明顯的增加，客觀上要求橋梁工程的施工建設單位必須充分了解橋梁工程的各項施工技術，準確掌握橋梁工程施工技術特點和相關技術規范要求，積極提高施工技術水平，以適應新時期我國橋梁工程建設的實際需要。同時也必須注意到，裂縫問題在目前的橋梁工程施工中成為了較為常見的質量缺陷，給橋梁工程的整體結構安全帶來了風險隱患，而且也會影響橋梁通行的暢通性和舒適性。因此必須高度重視橋梁工程的裂縫問題，對裂縫成因應進行全面而深入的分析研究，綜合分析各影響要素，并在橋梁工程的施工以及管理維護工作中采取有針對性地防范和治理措施，防止裂縫的形成，并對裂縫進行必要的修復處理，從而保證橋梁工程的質量安全。

1、橋梁施工技術分析

1.1 現階段橋梁工程主要施工技術分析

1.1.1 橋梁工程施工樁基礎技術分析

樁基礎施工技術是橋梁工程中應用較為廣泛的技術之一。目前在橋梁工程的樁基礎施工中可以根據施工現場的實際情況采用鉆孔灌注樁以及人工挖孔樁等技術方法。以現階段最為常見的鉆孔灌注樁技術為例，在施工時應用高精度全站儀確定樁位，并做好保護樁，以便施工過程中隨時糾偏。根據工程地質情況，選擇合理的鉆具并埋設護筒，在開鉆前制備好泥漿，以便在鉆進過程中形成泥漿護壁，避免出現塌孔等問題。當鉆進至設計深度時，施工人員應做好一次清孔，并對鉆孔的直徑、孔深以及孔壁垂直度等進行檢測。在各項指標合格后進行鋼筋籠安裝定位，鋼筋籠安裝過程中應選用合適的起重機械并做好相應的防護工作。鋼筋籠安裝完畢后進行二次清孔，在沉渣厚度及泥漿指標達標后進行混凝土灌注，以保證成孔質量。在混凝土灌注施工時，施工人員應合理確定施工配合比及首灌方量，關注混凝土頂面標高，準確控制導管埋深，并在灌注到樁頂標高后進行適當超灌，確保混凝土灌注飽滿充實，為保證橋梁工程整體結構的安全性和穩定性奠定堅實的基礎。

1.1.2 橋梁工程施工鋼筋連接技術分析

在橋梁工程施工中，鋼筋工程是重要的組成部分，對鋼筋焊接連接技術也提出了較高的要求。施工單位應加強對施工現場環境溫濕度參數的監測，合理選擇焊接技術工藝。焊接施工一般應在晴朗干燥的環境條件下開展施工作業，施工人員應全面清理作業環境，并要做好各項防護措施，以保證焊接施工的質量安全。焊接時可以采取二氧化碳氣保焊等技術方法，并要加強對焊縫質量的監測，確保鋼筋連接符合設計及規范要求。在鋼筋連接施工中也可以采用直螺紋連接方式。施工單位應在橫縱肋筋上進行螺紋滾絲，并利用套筒將鋼筋連接牢固。在應用直螺紋連接技術時，應嚴格控制連接套筒以及鋼筋規格，認真檢查套筒絲扣以及絲頭的潔凈程度。安裝施工時可利用力矩扳手將套筒緊固，并要確保鋼筋連接與軸線相一致。此外，在鋼筋工程的施工中應對保護層厚度進行嚴格的控制，避免出現開裂或銹蝕等問題。

1.1.3 橋梁工程混凝土澆筑施工技術分析

在橋梁工程的施工過程中，混凝土澆搗是核心環節。在混凝土澆筑施工中一般包括混凝土拌制和運輸技術、模板支立施工技術、混凝土澆筑技術、混凝土振搗技術以及養護技術等。施工單位應根據橋梁工程的實際情況制定科學的施工技術方案，并可以采取現場試驗等方式對施工技術參數進行優化，從而提高施工質量和效率。

1.2 特殊橋梁工程施工技術分析

隨著近年來我國橋梁工程建設力度的不斷加大，大跨度橋跨工程項目也相應的增加。在大跨度橋梁工程的施工中，由于橋梁結構跨度大且結構體量也相對較大，對施工技術有較高的要求，一般會涉及超大直徑灌注樁施工技術、平臺支撐技術、剛性導向定位技術和爬模技術等。這也是現代橋梁工程中施工技術發展的重要方向之一。

為加強我國山區等地形條件復雜地區的經濟建設和社會發展，我國近年來加大了山區橋梁工程的建設力度。山區橋梁工程的施工區域由于地形條件復雜，且往往有巖溶或者滑坡等不利地質構造存在，加大了施工技術難度。因此在施工中通常需要應用高墩定位技術以及大型、新型施工機械設備。施工人員必須加強對各項先進橋梁工程施工技術的研究，更好的掌握施工技術要點，才能滿足山區橋梁工程的施工要求。

近年來我國橋梁改進工程項目較多，其施工技術一般包括架空線路便梁架設技術、舊梁拆除技術、移梁技術以及捆梁施工技術等。該類型橋梁工程的施工技術發展已經較為成熟，技術應用經驗比較豐富，但在施工中要加強施工安全技術應用的管理監督。

2、分析橋梁工程裂縫成因

2.1 常見橋梁工程裂縫類型分析

在橋梁工程中，裂縫是比較常見的病害問題，根據橋梁工程裂縫寬度可以將裂縫類型劃分為宏觀裂縫以及微觀裂縫這兩大類。其中宏觀裂縫主要指的是通過肉眼觀察可以發現的裂縫類型，宏觀裂縫的寬度在0.05mm 以上。當宏觀裂縫寬度小于0.2mm 范圍內時，一般不會對橋梁工程的結構安全和通行安全構成威脅；當裂縫寬度達到0.3mm 以上時，會直接影響車輛通行的舒適性和安全性，給橋梁工程的整體結構安全帶來風險隱患，甚至可能存在引發重大安全事故的風險。此外，按照裂縫出現部位的不同，還可以將橋梁工程的裂縫分為鋼筋混凝土梁裂縫、混凝土或者碎石拱裂縫、混凝土預應力梁裂縫以及墩臺裂縫等類型。不同位置的裂縫允許的最大寬度也存在一定的差異。

2.2 橋梁工程裂縫成因分析

2.2.1 橋梁工程裂縫成因中的溫度變化因素

導致橋梁工程產生裂縫的原因有很多，其中溫度變化是誘發裂縫形成的重要成因之一。目前在橋梁工程的施工中，鋼筋混凝土是比較常用的施工材料，而混凝土混合料中的水泥在遇水后會產生水化熱反應，產生大量的熱量，一旦混凝土構件內外溫差較為明顯時，就有可能造成橋梁工程混凝土構件內部的溫度應力較大，并超過其抗拉能力，此時就會在混凝土構件表面形成溫度裂縫。

2.2.2 橋梁工程裂縫成因中的基礎不均勻沉降因素

在橋梁工程的裂縫成因中，橋梁地基的不均勻沉降也是重要的影響因素之一。當橋梁基礎結構發生不均勻沉降后，橋梁工程的橋身、墩身會由于受力不平衡而出現沿垂直方向下沉的現象，而橋梁工程的結構體則往往會在水平方向上發生位移變形，這兩種情形下都會在橋梁結構內部產生應力作用，當應力作用超過了橋梁工程結構的抗拉能力時，就會有裂縫在橋梁工程的結構表面出現。

2.2.3 橋梁工程裂縫成因中的荷載作用因素

荷載也是導致橋梁工程出現裂縫問題的關鍵性成因之一。當橋梁工程荷載超過了其設計荷載時，在應力作用的影響下就會導致橋梁工程產生次應力裂縫或者直接應力裂縫。當應力是由扭矩以及剪力作用所造成時，在相對方向上的橋梁結構上就會有裂縫形成。造成橋梁工程荷載變化以及受力模式改變的原因也有很多，比如在施工過程中作業面上堆放了過多的施工材料，或者施工時所采用的重型機械設備噸位過大，或者在橋梁工程投入運行后有大量重載車輛甚至超載車輛在橋梁上通行等，都可能導致橋梁工程產生荷載裂縫。

2.2.4 橋梁工程裂縫成因中的鋼筋銹蝕因素

當橋梁工程結構中的鋼筋發生銹蝕等現象時，也會導致橋梁工程出現裂縫問題。鋼筋銹蝕一般是由于在橋梁工程的施工過程中未能嚴格控制鋼筋保護層的厚度，使得空氣環境中的酸性物質對鋼筋造成侵蝕，鋼筋表面氧化膜遭到破壞，進而導致鋼筋銹蝕。當鋼筋銹蝕后會在膨脹應力作用的影響下體積膨脹，甚至達到原鋼筋體積的約4 倍，進而造成橋梁工程產生裂縫問題。而且鋼筋在銹蝕后還會造成其承載面積減小，對橋梁工程整體的承載性能產生不利的影響，并導致裂縫持續發育，裂縫寬度以及深度不斷增加，給橋梁工程整體結構的安全性和穩定性帶來較大的風險隱患。

2.2.5 橋梁工程裂縫成因中的混凝土收縮變形因素

當橋梁工程的混凝土工程在澆筑完成后，混凝土如在硬化過程中未能達到強度標準，則會產生塑性收縮。此時橋梁工程鋼筋混凝土結構內的鋼筋會在一定程度上阻擋骨料下沉，因此在沿鋼筋方向上就會有裂縫形成。同時，如果橋梁工程的混凝土構件表面水分快速散失，就會導致混凝土表面出現干縮現象，并對混凝土內部結構產生約束，此時在混凝土構件表面就會有干縮裂縫形成。

2.2.6 橋梁工程裂縫成因中的施工材料因素

在橋梁工程的混凝土施工中要嚴格控制各種混合料的質量性能，如果所選擇的摻合料、外加劑的類型以及型號等不合理，也有可能造成橋梁工程混凝土結構表面出現收縮裂縫等（如圖1所示），給橋梁工程的結構穩定性帶來安全隱患，并有可能引發嚴重的交通事故。因此橋梁工程施工材料的質量性能達不到設計標準和施工要求，是產生裂縫問題的主要原因之一。

圖1 橋梁工程混凝土結構裂縫

2.2.7 橋梁工程裂縫成因中的其他影響因素

在橋梁工程的施工過程中，由于其涉及的施工環節和專項工程較多，是一項復雜的系統性工程，因此一旦在某一施工環節中存在施工操作不當或者施工質量缺陷，都有可能導致裂縫的形成。在橋梁工程的樁基礎施工時，地基的壓實度或者樁體強度未能達到施工要求，基礎結構的承載性能不符合設計標準，這是橋梁工程裂縫的重要成因之一。在橋梁工程的混凝土澆搗施工中如果存在所使用混凝土的強度、坍落度等關鍵性指標性能不合格，或者混凝土攪拌不均勻不充分，混凝土模板支立時存在變形移位現象，混凝土振搗作業時有漏振或過振情況等，都有可能導致橋梁工程出現裂縫等質量缺陷。

3、橋梁工程裂縫的有效防治措施分析

3.1 防止橋梁工程產生裂縫的技術方法

3.1.1 合理控制橋梁工程配筋率

在橋梁工程的施工過程中，施工單位應嚴格按照設計圖紙準確控制配筋率，以確保橋梁工程結構強度以及承載能力等能夠滿足橋梁工程設計荷載以及車輛安全通行要求。同時，施工單位在施工實踐中還可以通過補償收縮混凝土等相關技術方法來控制配筋率，以提高施工質量，增強橋梁工程的剛度和抗拉性能。

3.1.2 加強對橋梁工程鋼筋的保護措施

在橋梁工程的鋼筋施工中。施工單位應嚴格按照設計要求對所使用鋼筋的型號規格進行檢查，確保鋼筋的質量性能符合施工要求。同時，在鋼筋連接施工時應合理選擇連接方式，并做好接頭部分的處理，準確控制同一截面內鋼筋接頭的數量。施工單位應準確控制鋼筋保護層厚度，避免鋼筋出現氧化銹蝕等現象，影響橋梁結構的抗拉性能，導致裂縫的產生。

3.1.3 加強對施工材料質量性能的控制

橋梁工程施工材料的質量性能對施工質量會產生較大的影響，因此應加強對施工材料質量的控制，從源頭上實現對裂縫缺陷的有效預防。施工單位應按照設計標準對橋梁工程施工中所使用的混凝土、鋼筋以及其他外加劑等各項施工材料進行嚴格的檢測，嚴禁質量不合格產品進場使用。如在橋梁工程施工中采用的是商品混凝土時，應重點對混凝土強度、坍落度等指標參數進行復核；而如果采用的是現場拌制混凝土時，則應加強對混合料中骨料的級配、粒徑、含泥量、含水量以及水泥的型號類型等均進行檢測核驗，為避免裂縫的出現奠定良好的基礎。

3.1.4 優化混凝土混合料配合比

在橋梁工程的混凝土施工中，施工單位如果采用現場拌制混凝土方式時，應通過現場實驗對混凝土配合比進行驗證分析，以優化混凝土配比。在拌制混凝土施工時則應嚴格按照確定的配合比準確控制混凝土混合料各成分用量，且應根據實際情況合理選擇外加劑，以確保混凝土的強度以及工作性能能夠滿足橋梁工程施工要求，避免出現裂縫等質量缺陷。

3.1.5 加強橋梁工程施工過程中對混凝土溫度的控制

在橋梁工程的混凝土施工中，溫度控制是避免混凝土構件出現裂縫問題的重要技術途徑。首先，在拌制混凝土時應加強對溫度控制。施工人員應根據施工現場的環境溫度采用相應的技術方法，例如在環境溫度較低時采用熱水作為攪拌用水，以及在環境溫度較高時采用冷水進行攪拌作業。在混凝土澆筑過程中則可以采取分層澆筑方式降低橋梁工程大體積混凝土構件的內外溫差，同時可以采取埋設測溫管、測溫元件和冷卻水管的方式對混凝土構件的內部溫度進行監測，并及時采取通入冷卻水的方式為混凝土內部降溫，以減少溫度裂縫的形成。

在橋梁工程的施工過程中，還應根據不同的環境溫濕度條件采取相應的保溫保濕措施。例如在高溫干旱季節施工時，應對混凝土原材料采取灑水降溫措施，且可以設置遮陽棚等避免混凝土構件被暴曬。施工單位應盡量選擇早晚等氣溫相對較低的時段開展施工作業，以防止混凝土結構出現干縮裂縫等。在嚴寒季節施工時則應加強對環境溫度的監測，氣溫過低時應暫停施工，以避免混凝土結構出現溫度裂縫。施工單位可采取搭設保溫棚等方式進行保溫，且應選擇一天中溫度相對較高的時間段開展施工作業，以避免溫度過低導致混凝土開裂。

3.1.6 加強對橋梁工程混凝土澆搗施工的管理監督

在橋梁工程混凝土的澆搗施工中，為有效控制混凝土構件內外溫差，避免出現裂縫現象，一般應采取分層澆筑方式。施工單位應準確控制分層厚度，且應合理確定上下兩層混凝土澆筑的間隔時間。每層混凝土澆筑應連續進行，不得隨意中斷。在對混凝土進行振搗作業時，應均勻充分，且應合理控制振搗時間，避免出現漏振或者過振等情況，確保混凝土密實度達到設計標準，從而防止裂縫的出現。

3.1.7 加強對混凝土構件的養護措施

在橋梁工程的混凝土澆搗作業完成后，施工單位應根據施工現場環境溫濕度及時采取科學的養護措施，例如覆蓋薄膜或者土工布、灑水養生等，防止混凝土構件由于表面溫度和濕度快速散逸而出現裂縫問題。同時，在高溫干燥季節或者嚴寒氣候條件下進行混凝土施工時，則應結合實際溫濕度參數采取灑水降溫或者蒸養措施，以提高混凝土構件完整性。

3.2 治理橋梁工程裂縫的技術方法

當橋梁工程已經有裂縫出現后，在管理維護工作中應根據裂縫類型以及寬度等合理選擇修補技術方法。目前在橋梁工程的病害治理實踐中，一般可以采用表面修補處理技術、充填修補技術以及注漿修補技術等。其中表面修補技術就是用填料以及防水涂料對淺層裂縫進行填補修復。當橋梁工程出現了寬度較寬的裂縫時，施工人員應采取充填技術加以修復。施工時應先在裂縫位置進行開槽，然后將粘結材料等嵌補其中，確保充填飽滿密實。當橋梁工程裂縫病害程度較為嚴重時，施工單位可以采用注漿技術加以修補。目前大多采用水泥以及樹脂材料進行漿液配制，并通過低壓低速灌注方式將漿液注入到裂縫內，以完成對裂縫的治理修復。

結語：

在橋梁工程的施工過程中，施工單位應加強對各項施工技術的研究，嚴格遵守施工技術規范，并結合橋梁工程建設的實際情況合理選擇應用相關的施工技術工藝。在施工過程中應不斷總結施工技術應用經驗，大膽進行技術創新和改進，全面提高施工技術水平，防止橋梁工程出現裂縫等質量缺陷問題。同時，施工單位應加強對施工技術應用有效性和規范性地控制監督，確保施工操作規范準確，加強對裂縫成因的分析，并采取有針對性的防治措施，有效防止橋梁工程出現裂縫等質量問題，同時應對已出現裂縫及時進行修補維護，以保證橋梁工程結構的安全性和耐久性能夠達到設計標準。