道路橋梁施工中混凝土裂縫成因及預防對策探析

寇建明

（甘肅路橋第四公路工程有限責任公司，蘭州 730000）

1 引言

在我國社會經濟的快速發(fā)展過程中，公路交通發(fā)揮著重要作用，但由于我國各地地形差異較大，橋梁工程也是道路修建中的重要工程類型。當下橋梁結構中使用最為廣泛的是鋼筋混凝土結構，但這種結構在使用過程中經常會出現耐久性問題，影響橋梁的使用壽命。裂縫問題在道路橋梁建設中屢見不鮮，容易引發(fā)安全事故，相關工作人員要全面了解道路橋梁施工中混凝土裂縫的成因，并做好裂縫預防，因此，對于道路橋梁施工中混凝土裂縫成因及預防對策的探析具有重要意義。

2 道路橋梁施工中混凝土裂縫成因

2.1 荷載引起的裂縫

荷載裂縫是混凝土橋梁在常規(guī)靜荷載、動荷載與次應力作用下產生的裂縫。由外荷載直接應力引起的裂縫為直接應力裂縫；由外荷載引起的次應力產生的裂縫為次應力裂縫。荷載裂縫產生的主要原因是設計階段鋼筋布置不合理，或者鋼筋結構剛度不夠造成的；同時橋梁在使用過程中，荷載過大并超過設計荷載時，也會引發(fā)荷載裂縫[1]。

2.2 溫度引起的裂縫

溫度裂縫的主要成因：混凝土澆筑完成后的硬化過程中，水泥會產生大量的水化熱，混凝土內部的熱量無法散失，溫度會快速升高，而混凝土表面具有良好的散熱條件，散熱較快，溫度上升不多，使混凝土內外部產生較大的溫差，并同時產生溫度應力，當該應力超過混凝土的抗拉強度時，就會產生裂縫[2]。

2.3 收縮引起的裂縫

道路橋梁混凝土由于收縮引起的裂縫比較常見。雖然收縮裂縫對構件承載力的影響不大，但會對結構外觀有較大的影響[3]。收縮裂縫形成的主要原因：混凝土在成形之后表面的水分會蒸發(fā)，整個蒸發(fā)過程會從表面開始，然后向里發(fā)展，由于混凝土結構內外部的干縮量不同，在混凝土內部約束的影響下，拉應力會在混凝土中產生，引發(fā)混凝土開裂。

2.4 地基基礎變形引起的裂縫

構件在地基發(fā)生不均勻沉降后會產生約束變形，混凝土結構內部會產生拉應力，如果拉應力超過結構的抗拉強度，就會有沉降裂縫在結構薄弱部分產生。發(fā)生不均勻沉降裂縫的主要原因：在地質勘察過程中不夠精準，缺少對地質情況的全面了解，施工前沒有對地基進行處理，導致地基不均勻沉降。

2.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫

鋼筋銹蝕之后有效斷面面積減小，削弱了鋼筋與混凝土之間的黏結力（混凝土抵抗鋼筋滑移能力的物理量），混凝土結構的承載力會因此受到影響，進而引發(fā)裂縫。鋼筋發(fā)生銹蝕主要是由于混凝土內部含有氯離子，或者有氯離子通過混凝土結構的孔隙滲入結構內部，與鋼筋發(fā)生化學反應，誘發(fā)鋼筋銹蝕。

2.6 施工工藝質量引起的裂縫

道路橋梁混凝土裂縫產生的原因有很多，施工工藝質量不高也是引起裂縫的主要因素。混凝土在澆筑、起模等各個環(huán)節(jié)，如果施工工藝不合理，會產生各類裂縫，其中，最容易出現裂縫的部位是細長薄壁結構[4]。施工工藝質量引起裂縫的原因包括混凝土保護層厚度不符合要求、振搗不密實、澆筑過快等。

3 道路橋梁施工中混凝土裂縫的預防對策

3.1 荷載裂縫的預防

在橋梁上部結構采用現澆板時，要考慮橫向受力鋼筋的設置[5]。可采用直徑較小的鋼筋，且合理控制鋼筋間距需，要求控制在10 cm以內；分布筋需在結構邊緣處或變截面處進行加強，將鋼筋網片設置在表面；當構件體積較大時，可以設置對抗剪切鋼筋。

為避免鋼筋發(fā)生銹蝕，要求對混凝土拌和用水進行嚴格的檢驗，避免其中含有氯離子，確保保護層厚度符合要求，也可以加入外加劑提升混凝土的耐久性。施工前進行全面的地質勘察，對不良地基進行處理，避免使用階段出現不均勻沉降。

3.2 溫度裂縫的預防

道路橋梁混凝土溫度裂縫的預防需做好以下工作：

1）在養(yǎng)護時采用蒸汽養(yǎng)護法，對溫度升高與下降的速度進行有效控制。

2）現澆混凝土箱梁頂板在水化反應下，溫度較高，所以，在混凝土初凝時要使用塑料薄膜進行覆蓋。在彎矩與剪力最小處布設天窗，兩個天窗位于同一個斷面上，且需錯開1 m以上，以便完全開放天窗。通道氣孔設置在梁翼緣板與腹板交接處，設置間隔距離為5 m；在橫隔梁處增設通氣孔，確保通暢的氣流，減少箱內外溫差，混凝土終凝后采取灑水降溫措施養(yǎng)護。

3）在施工過程中嚴格控制骨料含泥量，應減少使用量，防止混凝土的抗拉強度隨著含泥量的增加而下降。

4）混凝土配制時，要選擇低熱或者中熱水泥，常見的水泥材料有礦渣硫酸鹽水泥等。

5）為有效利用混凝土的后期強度，可以采取90 d強度設計配合比，可以有效減少水泥用量。

6）合理控制混凝土入模溫度，不宜過高。

7）完成混凝土澆筑之后，需采取保溫、保濕養(yǎng)護措施。

3.3 收縮裂縫的預防

1）嚴格控制混凝土單位用水量，確保用水量＜170 kg/m3；澆筑前，檢測坍落度，水灰比需控制在0.6以下。

2）合理控制混凝土攪拌時長，保證拌和物均勻，防止離析。

3）在混凝土澆筑過程中要緩慢下料，避免發(fā)生堆積，而且要振搗充分。

4）在炎熱的夏季，為避免混凝土水分大量蒸發(fā)，需采取濕潤和覆蓋保護措施。

5）泥沙含量較高時，混凝土的抗拉性能會下降，當有害膨脹物混入混凝土骨料后，混凝土會發(fā)生崩裂情況，所以，要合理選擇水泥，如選擇礦渣硅酸鹽水泥。

6）混凝土用水量越大，干燥收縮越大，因此，要對混凝土用水量進行嚴格控制。

7）為降低用水量，可以在混凝土中摻入外加劑，外加劑應具有較高的減水率與良好的分散性；也可以將礦渣、硅藻土等粉狀摻合料加入混凝土中，這樣也能確保混凝土的干燥收縮。

8）為補償混凝土收縮，避免裂縫產生，可將膨脹劑摻加到混凝土中。膨脹劑的摻加量需符合要求，以在保證混凝土強度的同時，避免混凝土出現鼓脹與開裂問題。

9）可以在合理的養(yǎng)護方法下加速混凝土的水化反應，以此提升混凝土強度。在養(yǎng)護過程中，可以采取蒸汽養(yǎng)護方式保持濕潤。

10）采取機械振搗方式進行振搗，能有效控制混凝土收縮；需合理控制機械振搗時間，每次振搗時間為5～15 s。

11）增配構造鋼筋可以預防收縮引起的裂縫，能有效提升混凝土的抗裂性。可以選擇φ8～φ14 mm小直徑鋼筋作為構造上的配筋，全截面構造配筋率一般為0.3%～0.5%。

3.4 地基基礎變形裂縫的預防

1）基礎需采用樁柱式基礎，以加寬下部形式，以防止在下部產生不均勻沉陷。

2）夯實地基，使地基保持沉降均勻。對于北方地區(qū)，基底埋深要對凍土的影響予以考慮；擴大剛性基礎，下部結構可連成一體。

3）提升新建基礎的承載力，加強橫向連接，以避免新舊接縫處受到沉降的影響。

4）水泥混凝土在橋面攤鋪時，要求其剛度符合要求，能確保橋梁上部結構的整體性。

3.5 鋼筋銹蝕裂縫的預防

保證混凝土的高堿度、防止有害離子的入侵是預防鋼筋銹蝕的關鍵所在。最基本的預防措施是提高混凝土自身的防護能力。在環(huán)境比較惡劣時，需采取有效措施做好鋼筋銹蝕裂縫的預防工作。

1）涂刷隔離層。混凝土涂刷隔離層，能有效提升防水性與耐久性，能延緩混凝土的碳化速度，對混凝土起到良好的維護作用。混凝土表面的附著物在養(yǎng)護人員的施工過程中，要及時清除干凈；用水將混凝土沖刷干凈；在混凝土干燥之后將一層砂漿或絕緣層涂抹在構件表面，常見的隔離層有環(huán)氧樹脂涂料等。

2）提高混凝土防護能力。減少有害離子入侵、減緩堿度丟失是提高混凝土防護能力的重要手段。混凝土材料選擇必須符合標準，對水灰比、水泥用量等進行嚴格控制；控制好振搗工作，提升混凝土的密實度。

3）使用特種鋼筋材料。在混凝土中運用耐腐蝕鋼筋，能有效阻隔有害離子混入混凝土中，避免鋼筋產生銹蝕。

4）加入鋼筋阻銹劑。將鋼筋阻銹劑加入混凝土中，能被有效阻隔有害離子，從而減少對鋼筋產生的不良影響，減緩鋼筋的銹蝕速度。

3.6 施工裂縫的預防

1）做好各支撐基礎與地基的處理，防止沉降等情況發(fā)生。

2）對于耳墻式橋臺、U形橋臺等。填土要位于橋臺之間，要做好填土質量控制，如土質、含水量等；為避免填土含水量過高，要注重做好防水與排水。

3）按照要求規(guī)定進行橋墩混凝土澆筑，如果在施工過程中一部分施工縫難以避免，要及時清除混凝土面的浮漿，在待澆面上鋪水泥漿，然后對混凝土進行澆筑。橋墩澆筑要連續(xù)進行，不能中斷，不能留施工縫。

4）現澆混凝土支設模板施工過程中，要求能做好承載力分析，避免混凝土偏壓。模板必須牢固。基礎、支架壓縮變形等是支架處理的要點。避免基礎下沉情況發(fā)生，在調整時可以使用千斤頂和揣手楔。

5）需預先設計好澆筑順序，在施工過程中需嚴格按照順序操作。將緩凝劑摻入混凝土，對硬化開始時間進行調整。可最先澆筑可能產生最大撓度位置的混凝土，容易發(fā)生裂縫的中間支點處的混凝土可最后澆筑，這樣能對裂縫的產生起到良好的預防作用。

6）在預制構件模板上涂刷隔離劑，隔離劑在澆筑前需保持有效；脫模需保持平穩(wěn)。

7）合理堆放構件。墊塊需按照受力特點設置，堆放采取重疊式設置，在一條豎直線上設置墊塊；板、柱這些構件的正反相同，要求做好標志，避免在存放過程中損壞構件；在運輸過程中墊木需設置在構件間。

8）按照規(guī)定與要求吊裝。構件的側向剛度較差時，橫向加固設施的設置十分重要，比如，預制預應力空心箱梁在吊裝過程中可使用牽引繩，防止出現晃、撞等情況。

4 結語

道路橋梁施工中混凝土裂縫的發(fā)生會受到諸多因素的影響，在了解混凝土裂縫成因基礎上，要采取針對性措施進行預防，確保混凝土施工符合實際要求，避免產生裂縫，影響道路橋梁的安全性與質量。為對混凝土裂縫進行有效預防，要從材料、施工工藝、荷載等多個要點出發(fā)，全面把控混凝土施工效果，提升道路橋梁施工的整體質量，促進我國道路橋梁事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。