公路橋梁混凝土裂縫原因及防治措施研究

摘 要：路橋建設作為我國當前經濟現代化建設的重要部分，公路橋梁屬于運輸線重要組成，其在施工建設中至關重要。目前，公路橋梁建設多為混凝土，而混凝土施工往往存在著出現裂縫問題，對于裂縫進行控制將直接影響路橋建設施工質量。我國公路橋梁建設由于施工地理差異常會出現施工特殊性，因此必須針對公路橋梁混凝土施工過程中產生裂縫的原因進行分析，并找出相應的對策以供參考。

關鍵詞：公路橋梁；混凝土；裂縫；原因；措施

嘉紹大橋全長10.137公里，是杭州灣跨海大橋的三分之一長度。橋面寬40.5米，8車道，設計速度為100公里/小時。嘉紹大橋是世界上最長、最寬的多塔斜拉橋，主橋長2680米，分出5個主通航道，總寬達55.6米（含布索區），索塔數量、主橋長度規模位居世界第一。本文基于修建嘉紹大橋的相關混凝土裂縫處理情況進行分析和探討，對于公路的的質量遭受損害混凝土裂縫損害提出了一些應對性策略以供參考。

1 公路橋梁混凝土裂縫類型

1.1 收縮裂縫

一般的混凝土收縮裂縫主要分為自生收縮、塑性收縮、碳化收縮以及縮水收縮等幾個重要類型。混凝土澆筑4，5小時之內，混凝土內部發生激烈的水化反應，此時混凝土水分和泌水出現快速蒸發，使得混凝土因為失水而出現收縮。混凝土在一定澆筑時間內混凝土中的水分不斷消失，混凝土的本身體積也不斷減小，隨即會引發混凝土裂縫。混凝土收縮性裂縫分為干縮裂縫和水收縮裂縫。收縮性裂縫其實質就是混凝土內水分散失，混凝土內部出現不同程度的收縮，進而混凝土出現裂縫。

1.2 載荷裂縫

載荷裂縫主要是橋梁鋼筋混凝土結構出現靜載或者運動載引發混凝土裂縫。一般將混凝土載荷裂縫分為應力裂縫和次應力裂縫，針對應力裂縫而言，橋梁架構在外載荷作用下而出現裂縫。載荷裂縫主要在橋梁結構設計時期設計方案不合理或者出現設計誤差而產生的一種裂縫。如，結構設計中安全系數通常會選用不正確或者計算過程出現差異。具體表現在施工過程中施工材料、施工機器隨地亂放，施工中沒有嚴格按照施工圖紙操作。另外，次應力載荷主要由于設計人員在進行混凝土設計時沒有考慮清楚計算過程中的誤差和實際工作差異，使得橋梁結構出現局部次應力。

1.3溫度裂縫

溫度裂縫的形成原理主要是混凝土內外溫差變化使得混凝土路面出現裂縫，溫度變化過大使得混凝土內外溫差變大，從而引發混凝土裂縫。混凝土所處的環境溫差變大致使混凝土結構受到熱脹冷縮作用出現形變，進而出現溫差應力。溫差應力超出了混凝土鋼筋結構的承受范圍，就會產生溫度裂縫。溫度裂縫會受到天氣氣候的影響，如溫度驟變、日照溫度影響等均會造成裂縫。施工單位必須要切實做好相應的防護工作，將裂縫問題控制源頭，以此來提高橋梁混凝土的穩固作用。

2 公路橋梁混凝土裂縫產生原因

2.1 溫度變化

由于溫度變化引起的混凝土裂縫非常常見，溫度變化已經成為當前公路橋梁出現混凝土裂縫的重要原因。公路橋梁混凝土施工由于混凝土內外的溫度變化，使得混凝土結構變形。混凝土變形將導致公路橋梁運輸受到影響，究其出現混凝土裂縫的原因主要是混凝土結構內部出現溫差變化，產生了溫度應力。公路橋梁的混凝土的拉力承受力有限，若出現混凝土的應力超出了抗拉強度，那么就會出現裂縫，而這種形式產生的裂縫被稱為溫度裂縫。混凝土內外的溫差變化造成了混凝土出現裂縫在處理的時候必須要注意溫差變化產生的裂縫。

2.2 載荷引起裂縫

公路橋梁路面會受到多方面的載荷，包括動力在和、次應力以及靜力載荷幾個方面的影響。當載荷超出了公路橋梁的承受力，或者公路橋梁的路面受到載荷長時間的影響也會出現裂縫。根據載荷種類的不同會引起不同類型的裂縫，同時在進行裂縫判定的時候將載荷引起的裂縫分為：剪切裂縫、局部應力裂縫、扭曲裂縫、彎曲裂縫。載荷種類不同會引起混凝土裂縫不同，因此在進行裂縫判定的時候需考慮到載荷差異。

2.3 冰凍影響

冰凍影響主要是混凝土結構內部出現冰凍現象，其主要發生在零攝氏度以下的情況下。冰凍原因主要是溫度過度使得游離狀態水逐漸轉化為固態冰，此時混凝土的內部結構出現膨脹。冰凍影響造成混凝土中凝膠孔過冷，引起微觀結構中遷移和重分而引起滲透壓，混凝土中的膨脹力加大，混凝土的強度降低，最后引起混凝土路面出現裂縫。混凝土初凝的時候受凍最嚴重，混凝土的強度隨著成齡損失變得很大。

2.4 收縮引起裂縫

收縮裂縫一般都是在公路的表面，裂縫的寬度比較細，大多數為縱橫交錯，形狀沒有任何規律。收縮縫造成混凝土表面水分蒸發，水分蒸發之后由表及里不斷變化，內外的干縮量不一樣，造成了混凝土表面變形受到內部約束或者其他方面限制，使得混凝土產生拉應力，從而引起混凝土開裂。混凝土早期養護不當也很容易造成混凝土表面被風吹日曬，使得表面水分蒸發過快，產生的拉應力過大，混凝土早期的強度低，極易出現收縮性裂縫。高度較大的混凝土梁由于腰部水平鋼筋的間距過大，在腰部會產生豎向的收縮縫，大多數收縮縫集中在構件的中央。大體積混凝土的收縮縫多分布在平面位置，但是在兩側也會有少量的收縮縫。

2.5 地基變形引起裂縫

地基發生變形主要是由于不均勻沉降引起，地基構件發生約束性變形，使得結構內部應力發生變化，而一旦句結構內部拉應力超出自身的抗拉強度，此時混凝土結構的薄弱部位就會發生沉降裂縫。橋梁工程中由于沉降不均勻導致路面出現裂縫，其主要的原因在于地質勘查不到位，沒有掌握地質情況下進行施工，很容易導致地基不均勻沉降而引起路面裂縫。如，丘陵地區的橋梁進行勘查時由于鉆孔的距離過遠，加之基巖面起伏過大，勘察的數據結構無法真實反映當地的地質狀況。地基的地質條件太差也會造成勘查不精準，在山區溝谷中建造橋梁的時候，由于河溝地質和山坡地質的差異比較大，河溝的地質比較軟，山坡的地質較硬，修建公路或者橋梁會出現不均勻的沉降。

3 公路橋梁混凝土裂縫防范措施

3.1 載荷類型裂縫防治措施

載荷原因造成的混凝土裂縫對于路面的危害比較大，載荷類型的裂縫若大于0.3mm就會引起橋梁的安全結構威脅。目前，針對載荷引起的混凝土裂縫進行防治屬于混凝土裂縫工作重點，其具體的措施在：第一，采用合理的分塊模式和結構方式。裂縫防治施工中若允許在路面設施施工縫，可以根據溫度裂縫的要求對路面裂縫進行分塊，并采取相應連接方式。橋梁上部結構進行澆筑混凝土的時候，必須要考慮到橫向受力筋分布情況，確保鋼筋受力分布均勻；第二，合理布置鋼筋。選用鋼筋的時候，應該盡量選擇小直徑鋼筋，實現密集布鋼筋，間距為9±1cm。橋梁結構邊緣施工需要加強布筋，可設置抗剪切鋼筋；第三，避免鋼筋出現腐蝕。混凝土結構設計中應避免鋼筋出現腐蝕，根據施工要求加入控制保護層，進一步保護混凝土的耐久度，另外還可以加入一些添加劑以起到混凝土加固目的。

3.2 溫度型裂縫預防措施

溫度裂縫和混凝土品種、用量等有關，混凝土的用量越大，其水化熱也越高，其內部的溫度也將更高。一般來講，每立方米的混凝土增減10kg會引起水化熱出現1℃左右差異。通常在溫度裂縫控制中還會添加一些添加劑或者粉煤灰來加強平衡混凝土的內外溫差，以滿足混凝土在水熱化反應時不至于內外溫差過大引起裂縫。橋梁混凝土裂縫控制設計中需要加入添加劑來降低水化熱，避免在絕熱條件下出現混凝土散熱升溫，增強混凝土的抗裂能力。添加外加添加劑可以有效降低水化熱，延緩放熱的峰值時間，并最終降低橋梁混凝土出現裂縫的概率。

溫度裂縫的預防控制還應在澆筑混凝土的時候加強控制，尤其在混凝土出機和澆筑溫度控制，也可以有效防止溫度裂縫。常見的溫度裂縫澆筑過程中控制時降低石子溫度，避免因為石子長時間受到陽光照射之后溫度升高，而在打混凝土時混凝土攪拌溫度過大。石子管理時應搭建遮陽棚，或者將石子集體灑水。

3.3收縮性裂縫控制措施

收縮性裂縫控制時必須要控制混凝土的單位用水量及水膠比，預防收縮性裂縫時要接力使用雙摻技術，可以有效防止收縮性裂縫產生。為了降低混凝土的用水量，可以實施添加外加劑和摻合料聯用，其效果更加好。混凝土鋼筋對于收縮值的影響比較明顯，其約束效果受到鋼筋配比率的影響，鋼筋混凝土構件越密集、越細則混凝土的極限拉伸效果越佳。部分公路橋梁混凝土施工過程中收縮性裂縫還會受到坍落度、施工質量的影響，同時在混凝土的中部骨料也受到影響，混凝土表面有大量的砂漿，導致了不均勻收縮，其收縮比例約為正常條件下的3.6倍。

4 混凝土施工質量體系管理

4.1 加強施工材料管理

施工材料質量不達標也會引起混凝土產生裂縫，因此必須在橋梁混凝土施工中加強對施工材料管理。施工技術作為施工質量的最基礎保障，而施工材料又是橋梁混凝土施工的重點質量控制點。對于施工材料的管理，必須要從下面幾個方面入手：第一，加強施工采購。施工材料采購過程中必須對施工材料進行規格、采購商等進行控制，對于不合格的施工材料進行集中處理，而對于一些信譽度不夠的材料供應商應該提出質量檢查標準；第二，加強材料進場管理。物資部、試驗室必須要對采購的材料進行管理，檢查入場的材料是否符合質量標準，明確材料入場人員對質量控制要求，進行原材采樣試驗并報監理驗收。對于檢查不合格的原材堅決給與退場處理，并根據合同文本進行相應的處罰；第三，加強材料在場地的堆放保存管理。對于入場的材料進行分類擺放，尤其是加強雨水管理，如水泥材料不可浸水，必須在材料進場之后搭棚保護材料不被雨水沖刷。

4.2 加強混凝土的施工過程

均勻布料，布料順序為先兩邊后中間。混凝土分層布料，分層厚度按30cm，控制禁止用振搗棒趕料。炎熱氣候條件下，混凝土的入模溫度不超過30℃，宜安排在晚上進行砼澆筑。冬期施工時，混凝土的入模溫度不低于5℃。混凝土澆筑時為了減小混凝土自由落體高度，在使用汽車泵澆筑時，加長汽車泵軟管。軟管插入待澆筑混凝土面附近，保證混凝土自由傾落高度不大于2m。拖泵澆筑時需要懸掛串筒進行混凝土澆筑；串筒間用鎖鏈等進行鉤掛串聯形成整體，串筒出料口距混凝土澆筑面的高度不超過1m。混凝土振搗分區塊由專人負責，分層布料、分層振搗。振搗人員對澆筑混凝土面層進行振搗，混凝土振搗時“快插慢拔”，每一振點的振搗延續時間以混凝土不再沉落、表面呈現浮漿為度；注意不得早振、漏振、過振。混凝土搗實后24h之內，不得受到振動。

4.3 加強混凝土養護與保護

混凝土養護工作至關重要，其直接影響到混凝土施工質量。其中在進行混凝土早期養護的時候，應該注重以下幾個方面著手：（1）自然養護期間，在混凝土澆筑結束1小時內對混凝土進行保溫保濕養護；（2）保證混凝土在施工期間的溫度不小于正常使用期間的穩定溫度；（3）防止混凝土因為內外溫差影響而產生裂縫；（4）避免混凝土因為結構溫度過低而出現內部水分凝結。（5）混凝土模板拆除的時間，應按結構特點、自然氣溫和砼所達到的強度來確定，一般以緩拆為宜。拆除模板時，混凝土與環境的溫差不得大于15℃。冬季拆模應優先考慮在中午、下午等氣溫相對較高的時段進行，以防止拆模后新鮮混凝土迅速遇冷，產生收縮裂紋。在拆除模板過程中，如發現混凝土有凍害現象，應暫停拆卸，經處理后方可繼續拆卸。對已拆除模板的混凝土，應盡量在2h內采取保溫材料予以保護。（6）安排專人進行養護管理，根據現場實際情況按時按次進行薄膜覆蓋加灑水養護，并且認真填寫養護記錄，養護做到責任到人。夏季養護采取多次灑水，或使用噴淋自動灑水養護為宜。當環境溫度低于5℃時禁止灑水，采取覆蓋措施進行養護。冬季施工甚至需要加蓋防風棉布進行混凝土養護，有條件的購買專業養護液對混凝土面進行噴涂養護液養護，效果更佳。

非承重側模板應在混凝土抗壓強度達到2.5MPa，拆模時間盡量避開大風天氣，當無法避開時，應使用纜風繩，防止模板擺動弧度過大。拆模按立模順序逆向進行拆模。

4.4 提高施工作業人員技術水平

提升混凝土施工質量不僅要從施工技術和施工材料方面入手，而且還要加強施工人員的素質和專業技術培訓。入職的施工技術人員必須要經過培訓之后，達標者方可進入工地施工。混凝土施工技術人員水平不高直接會影響混凝土施工質量，因此必須要提高混凝土施工人員的專業素質，以確保公路橋梁施工技術質量。具體做法：（1）培訓員工專業技術。施工企業應加強對混凝土施工操作員的專業技術知識培訓，提升所有操作員的專業素質和技術水平；（2）努力提升工作人員的思想素質。所有技術人員必須要認清楚自己的位置，努力學習精心研究，不斷在實踐中提升自己的專業素質，樹立起技術無止境的思想意識；（3）重視企業技術人員的年終審核。由于近年來，公路橋梁混凝土施工技術日新月異，新技術被不斷應用于施工實踐之中，這就要求施工技術人員也應該與時俱進，積極提升自己新技術，跟上時代的步伐努力拓展自身技術。

4.5對重大施工技術和設備進行改革

施工技術和施工設備也是施工技術質量的重要影響因素，所以，作為一流的企業，應該重視起對施工技術的提升和施工設備的改革。首先，企業應該明確公路橋梁建設的重要性，現在橋梁施工質量都是終身制，不僅是對企業同時也與施工隊伍直接掛鉤，必須保證橋梁的質量及耐久性；其次，企業應該加大對公路橋梁施工建設資金的投入，更新陳舊落后的施工設備，避免因為施工設備問題影響施工的正常進行；最后，建筑企業還應該積極引進新技術，利用國內外的先進技術來提升企業施工水平，通過技術來打造建筑企業的核心競爭力，為實現企業的可持續發展提供重要保障。

結束語：現階段，我國正處于大力發展基礎設施和經濟的重要時期，隨著經濟全球化日益加劇，實現技術水平提升已經成為建筑企業的核心目標。公路橋梁施工中出現混凝土裂縫是較為常見的，但是混凝土出現裂縫會對橋梁的壽命產生負面影響，嚴重的會導致其結構件出現破壞。因此在施工中應針對其產生的原因進行分析，并結合項目要求采用合理的應對措施，降低裂縫的出現。同時還應嚴格按照國家有關規范、技術標準進行設計、施工和監理，在施工管理過程中，進一步加強巡查和管理，及時發現和處理問題，這樣才能保證公路橋梁的施工質量。

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作者簡介：

劉益鋒（1986.11），男，漢族，江蘇鹽城市人，本科，職稱：助理工程師，研究方向：公路與橋梁