關于橋梁混凝土墩身裂縫成因分析及其控制方法技術探究

董旭明

(山西交通科學研究院)

1 混泥土橋梁各類墩身裂縫成因分析

1.1 荷載作用引起的裂縫

(1)設計原因。在橋梁設計時，對于結構受力的假設與實際情況差距過大;安全系數不夠;設計人員沒有考慮施工過程的可操作性;配筋過少或布置不合理;結構自身剛度不足等。

(2)施工階段。混合材料不均勻，由于攪拌不均勻，材料的膨脹性和收縮的差異，引起局部的一些裂縫。長時間攪拌，混凝土運輸時間過長，長時間攪拌突然停止后很快硬化產生的異常凝結，引起網狀裂縫。澆筑速度過快，當構件高度較大，如一次快速澆筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，產生下沉，引起裂縫。

1.2 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的性質，當橋墩外部或內部環境溫度發生變化時，結構發生變形。此時，結構將由于約束的存在產生應力，混凝土的抗拉強度很低，當此應力大于混凝土的限值時就會引起溫度裂縫。

橋墩溫度變化的一個主要因素就是水化熱。混凝土澆注過程中水泥水化放熱，受混凝土自身的不良導熱性以及熱脹冷縮性質的影響，橋墩內部溫度升高體積膨脹而外部溫度相對較低發生收縮，內外相互作用易導致橋墩混凝土外部產生很大的溫度拉應力，如果抗拉強度不足以抵抗該拉應力，會引發橋墩豎向開裂。水化熱量取決于水泥的礦物組分、混合材和細度。

1.3 施工材料質量引起的裂縫

水泥、骨料、砂、拌和用水以及各類添加劑是組成混凝土的主要材料。如果使用不合格的材料配置混凝土，結構也極有可能發生開裂。例如，水泥的安定性差、游離氧化鈣含量過高、水泥出廠時強度不足;砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大;拌和水或外加劑中氯化物等雜質含量較高等因素，均可能引起橋墩混凝土開裂。

1.4 其他可能引起橋梁裂縫的原因

(1)凍脹引起的裂縫:當氣溫低于0 ℃時，已處于吸水飽和狀態的混凝土會發生冰凍，混凝土中游離的水凍結成冰，其體積會增大9%，混凝土內部也會產生膨脹應力。

(2)基礎變形引起的裂縫:基礎的水平向位移，或豎向沉降不均勻，均是引起混凝土結構中附加應力的重要原因。

(3)鋼筋銹蝕引起的裂縫:鋼筋銹蝕產生體積膨脹可達原體積的數倍，使鋼筋位置處的混凝土受到內壓力而產生裂縫，并隨之剝落。

(4)偶然外力沖擊引起的裂縫:外力撞擊、發生大風、大雪、地震、爆炸等偶然外力所產生的沖擊也是引起橋墩開裂甚至破壞不可忽視的因素。

2 橋梁墩身裂縫的預防與處理

2.1 墩身裂縫的預防

2.1.1 低溫低熱混凝土

混凝土早期熱裂縫的預防措施大多是針對Tp 和ΔTt的。低溫混凝土的優點很多，有助于提高混凝土的防裂性能，在實際中廣泛為應用。而在某些工程中，使用低熱混凝土也不失為一種實際且有效的防裂手段。

2.1.2 混凝土材料選配

(1)水泥。在設計強度要求不高的大體積混凝土施工過程中，可配制低升溫、低發熱的混凝土，其實現方法為選用發熱量低的水泥并減小水泥用量。然而，如果某些大體積混凝土的設計強度較高，則可使用摻有高磨細度礦渣粉的高強礦渣硅酸鹽水泥。

(2)骨料。試驗研究表明，混凝土受拉破壞的主要形式是水泥石與粗骨料的粘接界面處的破壞。因此，混凝土的抗拉強度很大程度上取決于水泥將與骨料的粘接強度。骨料的粒徑、粗骨料的清潔程度均是影響混凝土抗拉強度的主要因素。細骨料應采用中粗砂，細度模數Mf≥2.5。較低的水灰比、級配良好的骨料、質量良好的砂石、適量添加粉煤灰和外加劑，都可以減少水泥水化熱，降低水泥用量和混凝土溫度的上升，達到減小混凝土內部拉應力的效果。

(3)外加劑。根據設計要求，混凝土在拌和過程中可加入一定量的添加劑(主要有減水劑、防水劑、膨脹劑、緩凝劑等)。由于添加劑能夠提高混凝土的和易性，因此拌和水用量可減少兩成左右，這使得水灰比可以控制在0.55 以下。并且，混凝土的初凝時間也可延長的到五小時左右。

2.1.3 混凝土澆筑技術

(1)針對大體積混凝土發熱量大的特點，采用與其特點相符的施工方法進行泵送。

(2)為了對混凝土入模時的溫度進行精確控制，大體積混凝土應選在溫度較低的春秋季施工。

(3)改進施工技術施工時加強插筋位置的振搗、抹壓、養護。

(4)注意混泥土澆筑完成后的養護，在混泥土澆筑完成以后，應盡快用土進行回填，土是混泥土的最好養護材料之一。

(5)加強技術管理。

2.1.4 對施工期間的溫度進行嚴格控制

控制溫度以及改善約束條件，均是減輕溫度應力，防止裂縫發生的有效措施，。其中，對結構約束條件進行優化又

包括合理地分縫分塊與避免基礎過大起伏兩個方面。

2.2 橋梁墩身裂縫的處治

(1)表面處理法，他包括表面涂抹和表面貼補法。

(2)填充法，即用修補材料對裂縫直接進行填充，此方法簡單，較經濟，適于修補較寬的裂縫，而對于寬度較小、深度較淺的裂縫也可采用開V 型槽，然后再作填充處理的方法。

(3)灌漿法，此方法處理效果好、應用范圍廣，細微裂縫及大裂縫均可采用。

(4)結構補強法，對于因超載而產生的裂縫，可采取結構補強法、錨固補強法、預應力法等進行加固。

3 結 語

橋墩混凝土裂縫是橋梁工程中的常見病害之一，也是橋梁施工時需要技術人員關注的重點。其產生的原因復雜，與材料，施工，養護以及橋梁日后的運營都有關系。

［1］金衛華.混凝土橋墩裂縫分析和控制［J］. 西部探礦工程，2003，(10):145－148.

［2］李衛軍.混凝土橋墩裂縫的成因分析及處理方法［J］. 交通標準化，2013，(13):150－152.