橋梁施工裂縫成因及防控措施探究

孫卓

摘要：隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，橋梁工程已經(jīng)成為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目之一，而隨著橋梁工程的飛速發(fā)展也呈現(xiàn)出各類問題，其中橋梁施工裂縫成為橋梁工程發(fā)展的重點(diǎn)問題。文章結(jié)合橋梁施工裂縫成因及防控措施探究幾種常見的裂縫類型的成因，并且提出具有針對性的防控措施，以便今后在橋梁施工過程中對各個(gè)階段進(jìn)行預(yù)防控制，減少裂縫問題的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：橋梁施工；裂縫成因；防控措施；橋梁工程；橋梁結(jié)構(gòu) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2017）11-0202-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.102

橋梁在施工過程中不可避免發(fā)生裂縫問題，其中梁體開裂導(dǎo)致空氣中有害的氣體進(jìn)入到梁體內(nèi)部，并且導(dǎo)致鋼筋銹蝕，從而影響整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，使橋梁的質(zhì)量以及使用壽命得不到保證。形成橋梁施工裂縫的原因主要有溫度裂縫、收縮徐變過程中的裂縫、預(yù)應(yīng)力估算不足導(dǎo)致的裂縫、設(shè)計(jì)以及施工不妥當(dāng)導(dǎo)致的裂縫、橋梁高性能混凝土裂縫，下文進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 橋梁施工裂縫成因分析

1.1 溫度裂縫

混凝土自身具備熱脹冷縮的特點(diǎn)，因此周圍環(huán)境溫度以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫度產(chǎn)生變化時(shí)就會導(dǎo)致混凝土梁體出現(xiàn)變形的情況，一旦變形受到約束在梁體中就會產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力超過混凝土自身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會產(chǎn)生開裂的現(xiàn)象，其中導(dǎo)致溫度裂縫的主要原因有日照溫差以及晝夜溫差裂縫、季節(jié)性溫差裂縫、水化熱效應(yīng)等，以下就是對這三種裂縫成因的具體分析：

1.1.1 日照溫差以及晝夜溫差裂縫。日照溫差以及晝夜溫差裂縫主要是指：混凝土梁體部分在受到太陽不同的輻射而形成的非線性溫度場，再加上梁體各個(gè)部位的約束有所不同，因此導(dǎo)致局部的拉應(yīng)力出現(xiàn)超限的情況，以此出現(xiàn)裂縫，而晝夜溫差就是指在晝夜溫度較大的區(qū)域，梁體周圍的環(huán)境會出現(xiàn)溫度驟降的現(xiàn)象，內(nèi)部溫差的變化較慢從而產(chǎn)生梁體開裂的情況。

1.1.2 季節(jié)性溫差裂縫。季節(jié)性溫差自身是一種均勻的溫度作用，在超靜定的結(jié)構(gòu)中會引起此內(nèi)力，同時(shí)此內(nèi)力的大小以及分布情況與橋梁具體的結(jié)構(gòu)有著直接的聯(lián)系，一旦此內(nèi)力超過梁體自身的強(qiáng)度時(shí)就會出現(xiàn)裂縫情況。

1.1.3 水化熱效應(yīng)導(dǎo)致的裂縫。水化熱效應(yīng)導(dǎo)致的裂縫是指梁體截面尺寸較大的建筑結(jié)構(gòu)，由于水泥硬化期間會產(chǎn)生大量的水化熱且不容易散失，在板厚中的溫度較高，表面接觸空氣的部分較低時(shí)，板中會產(chǎn)生外側(cè)受拉內(nèi)部的受壓應(yīng)力，同時(shí)由于水化熱容易引起表面的拉應(yīng)力，從而可能會大于混凝土早期的強(qiáng)度，以此導(dǎo)致開裂的現(xiàn)象。

1.2 收縮徐變過程中的裂縫

收縮徐變過程中的裂縫主要是指混凝土在凝結(jié)以及硬化的過程中出現(xiàn)收縮的情況，因此當(dāng)梁體自身結(jié)構(gòu)受到約束時(shí)，就會產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象。裂縫現(xiàn)象產(chǎn)生后，由于混凝土自身的徐變特點(diǎn)以及作用，寬度會逐漸增加。導(dǎo)致混凝土收縮徐變裂縫的主要原因是材料的種類、水灰的比例、外加劑、外界的環(huán)境、養(yǎng)護(hù)方式、加載齡期等。影響混凝土收縮徐變過程中的裂縫的原因有很多，現(xiàn)有的理論并不能進(jìn)行完整的解釋或預(yù)測，因此預(yù)測模型的選擇以及提高收縮徐變過程中的預(yù)測精度一直都是橋梁施工中技術(shù)人員的難題，因此在重大工程中對收縮徐變過程中的裂縫現(xiàn)象必須進(jìn)行專項(xiàng)研究。

1.3 預(yù)應(yīng)力估算不足導(dǎo)致的裂縫

預(yù)應(yīng)力估算不足導(dǎo)致的裂縫是橋梁施工中最為常見的一種，其主要表現(xiàn)在豎向預(yù)應(yīng)力方面。在施工中采用豎向預(yù)應(yīng)力，其目的是能夠?qū)⒏拱宓目辜裟芰μ岣撸诂F(xiàn)如今橋梁施工規(guī)范中并沒有對豎向預(yù)應(yīng)力彈性壓縮以及徐變的損失進(jìn)行針對性的說明，因此現(xiàn)有的豎向預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算都是根據(jù)縱向預(yù)應(yīng)力進(jìn)行的，豎向預(yù)應(yīng)力筋大多較短，在鋼筋回縮已經(jīng)錨具變形、墊板擠壓的過程中造成的預(yù)應(yīng)力損失過大，據(jù)相關(guān)調(diào)查表明其中損失高達(dá)50%，因此在近些年修建的大跨度的橋梁中箱梁腹板也相繼出現(xiàn)不同程度的裂縫，導(dǎo)致專家以及施工單位對預(yù)應(yīng)力估算產(chǎn)生質(zhì)疑。

1.4 設(shè)計(jì)以及施工不妥當(dāng)導(dǎo)致的裂縫

設(shè)計(jì)階段是橋梁施工的關(guān)鍵，而在以往的施工設(shè)計(jì)過程中，往往結(jié)構(gòu)計(jì)算模型不規(guī)范或是不周全，二期恒載以及活載的估計(jì)不足導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)降低，并且預(yù)應(yīng)力的布置不恰當(dāng)，配筋以及混凝土截面都產(chǎn)生不足，在施工的可行性方面施工設(shè)計(jì)過程中也沒有進(jìn)行考慮，局部構(gòu)造處理方面也不得當(dāng)?shù)纫幌盗袉栴}，都會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的情況。在施工的過程中，施工荷載常超過設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，混凝土在振搗的過程中出現(xiàn)不密實(shí)以及不均勻的情況，預(yù)應(yīng)力的張拉時(shí)間早以及順序不恰當(dāng)，混凝土養(yǎng)護(hù)過程中不重視以及模版的拆除時(shí)間尚早，都會引起混凝土橋梁的開裂情況發(fā)生。

1.5 橋梁高性能混凝土裂縫

橋梁高性能混凝土裂縫成因較為復(fù)雜，混凝土是由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均質(zhì)脆性材料，混凝土澆筑過程中應(yīng)當(dāng)測試混凝土拌和物適合模溫度以及環(huán)境溫度，橋梁高性能混凝土裂縫的存在和發(fā)展通常會使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，使鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力降低的同時(shí)，嚴(yán)重影響建筑物的外觀以及使用壽命，甚至更為嚴(yán)重的將威脅到人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。

2 橋梁施工裂縫防控措施

2.1 溫度裂縫的防控措施

解決溫度裂縫問題首先應(yīng)當(dāng)將日溫差以及季節(jié)溫差的變化在建模計(jì)算的過程中確保輸入的參數(shù)都能夠與實(shí)際橋梁的參數(shù)相符，并且能夠?qū)蛄核趨^(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行充分的考慮，然后選擇合理的溫度梯度方式以及最大溫差，還可以利用現(xiàn)場測試的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的反饋以此修正模型的計(jì)算；其次，在混凝土中參入定量的粉煤灰也是降低水化熱溫度應(yīng)力的有效措施。粉煤灰的作用能夠減少最大溫差，并且能夠降低最大拉應(yīng)力，對混凝土早期抗裂性能有所提高；最后，還可通過水熱化效應(yīng)分析的方式，找出溫度應(yīng)力較大的地區(qū)并且在初凝期間能夠?qū)⑵溥M(jìn)行保溫、灑水的養(yǎng)護(hù)處理，以此能夠保證拆模的時(shí)間合理化，考慮到日氣溫的變化，拆模的時(shí)間不宜在氣溫驟降的過程中，能夠防止混凝土表面出現(xiàn)溫度沖擊的情況導(dǎo)致的裂縫現(xiàn)象。在夏季施工過程中降低混凝土的入倉溫度，在凌晨溫度較低時(shí)進(jìn)行澆筑。

2.2 收縮徐變裂縫的防控措施

收縮徐變裂縫的防控措施首先應(yīng)當(dāng)從徐變模型著手，在混凝土收縮徐變過程中，不同模型建立的機(jī)理完全不同，其中參數(shù)的選擇也大不同，對于較為復(fù)雜材料的特性預(yù)測模型中的參數(shù)有限因此無法代表，導(dǎo)致混凝土收縮徐變預(yù)測過程中精度降低。在混凝土橋梁的設(shè)計(jì)過程中，尤其是在跨度較大的混凝土橋梁設(shè)計(jì)中，必須將混凝土收縮徐變的結(jié)構(gòu)內(nèi)力對混凝土橋梁的影響展開精密的分析，也可采用混凝土收縮徐變的研究以及適用方式，為混凝土設(shè)計(jì)計(jì)算中提供更為真實(shí)的材料以及環(huán)境的參數(shù)，以此修正預(yù)測模板的設(shè)計(jì)的同時(shí)對預(yù)測精度有所提高。另外，養(yǎng)護(hù)方式也是減少混凝土收縮徐變開裂現(xiàn)象的重點(diǎn)，因此應(yīng)當(dāng)做好澆筑工作以及灑水保濕工作。

2.3 預(yù)應(yīng)力估算不足裂縫的防控措施

預(yù)應(yīng)力估算不足而產(chǎn)生的損失直接導(dǎo)致腹板斜裂縫的產(chǎn)生。因此為了減少預(yù)應(yīng)力估算不足而產(chǎn)生的裂縫現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)對鋼筋的回縮量以及錨具的變形、墊板擠壓變形等現(xiàn)象進(jìn)行現(xiàn)場測算，從而在豎向預(yù)應(yīng)力損失上能夠更加準(zhǔn)確的估算，預(yù)應(yīng)力估算不足裂縫的現(xiàn)象是較為嚴(yán)重的施工質(zhì)量現(xiàn)象，切忌豎向預(yù)應(yīng)力的漏張以及欠張，應(yīng)當(dāng)有效利用設(shè)置豎彎預(yù)應(yīng)力束的方式來抵抗斜截面的主拉應(yīng)力問題。

2.4 設(shè)計(jì)以及施工不妥當(dāng)裂縫的防控措施

設(shè)計(jì)以及施工不妥當(dāng)裂縫現(xiàn)象是最為嚴(yán)重的橋梁施工裂縫問題，解決此類問題首先在設(shè)計(jì)上就要嚴(yán)格按照規(guī)范中的要求進(jìn)行，設(shè)計(jì)模型要求與實(shí)際的結(jié)構(gòu)符合，荷載的取值要準(zhǔn)確，普通鋼筋與預(yù)應(yīng)力鋼筋的配置要科學(xué)合理，局部結(jié)構(gòu)處理過程中要得當(dāng)，避免在鋼筋斷面處出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，在增配鋼筋的過程中要滿足受力要求的同時(shí)還要對施工的可行性進(jìn)行充分考慮，在施工圖紙?zhí)峤坏倪^程中應(yīng)當(dāng)對圖紙中的內(nèi)容交代清楚，切忌含糊不清。施工單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照圖紙進(jìn)行施工，施工機(jī)械以及施工材料等在堆放時(shí)也要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)禁堆放超限的情況發(fā)生，模板搭設(shè)時(shí)也要嚴(yán)密，混凝土振搗要均勻且密實(shí)，杜絕空洞以及蜂窩的情況出現(xiàn)，在混凝土養(yǎng)護(hù)方面也要進(jìn)行重視，確保良好養(yǎng)護(hù)，不能夠?yàn)榱颂岣呤┕みM(jìn)度而進(jìn)行提早拆模。尤其是在冬季施工過程中，更是要做好保溫的防護(hù)措施，防止由于溫度變化較大而產(chǎn)生內(nèi)外溫度不均勻的情況。混凝土強(qiáng)度達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的允許值之后才能夠進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉工作，以便能夠防止混凝土的強(qiáng)度不足而導(dǎo)致裂縫的情況發(fā)生。對預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)當(dāng)采用雙控的形式，保證張拉過程中張拉值符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)還應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行順序分批張拉，在施工過程中嚴(yán)禁隨意改變施工順序。

2.5 橋梁高性能混凝土裂縫的防控措施

在橋梁高性能混凝土裂縫的防控中，高強(qiáng)混凝土必須是高性能混凝土，首先應(yīng)當(dāng)對原材料以及施工的工藝進(jìn)行控制，要采用水化熱比較低的水凝，以此達(dá)到混凝土的強(qiáng)度；其次還應(yīng)當(dāng)減少單方混凝土的水泥、水的用量，將混凝土自身的收縮性進(jìn)行防控，施工中要避免粗骨料下沉現(xiàn)象以此保證混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而避免橋梁中部出現(xiàn)高性能混凝土裂縫，同時(shí)在橋梁施工的過程中對氣候變化也要掌握，在氣溫較高時(shí)，其濕度低或風(fēng)大的情況下應(yīng)當(dāng)采取覆蓋措施以便減少水分蒸發(fā)，還可以根據(jù)水化熱試驗(yàn)，采用單摻和復(fù)摻粉煤灰以及放熱特征單摻和復(fù)摻粉煤灰、水化放熱曲線和水化放熱速率以及膨脹劑和減水劑對水泥水化溫升的影響，全面減少橋梁高性能混凝土裂縫的發(fā)生。

3 結(jié)語

總而言之，在今后橋梁施工過程中要想杜絕裂縫的發(fā)生就要進(jìn)行防控，主要需要對溫度裂縫、收縮徐變裂縫、預(yù)應(yīng)力估算不足裂縫、設(shè)計(jì)以及施工不妥當(dāng)裂縫、橋梁高性能混凝土裂縫五個(gè)方面進(jìn)行裂縫防控措施的實(shí)施，確保橋梁工程施工質(zhì)量的同時(shí)還能夠促進(jìn)我國橋梁行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 邱燦浪，范俊嫘.橋梁施工裂縫成因及防控措施探究[J].交通世界，2017，（12）.

[2] 汪淵.淺議橋梁施工中的裂縫成因及防控措施[J].建材與裝飾，2016，（50）.

[3] 朱金成.道路橋梁施工中應(yīng)注意的問題分析及防治措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，（7）.

[4] 伏玉昕.鐵路橋梁施工常見的技術(shù)問題及應(yīng)對措施分析[J].建材與裝飾，2017，（2）.

[5] 楊學(xué)標(biāo).試述道路橋梁施工中的裂縫成因及預(yù)防措施[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015，（23）.

（責(zé)任編輯：王 波）