大體積混凝土橋臺裂紋檢測及成因研究

后明山

（貴州宏信創達工程檢測咨詢有限公司）

橋臺一般為大體積混凝土，而對大體積混凝土而言，裂縫、裂紋是最常見的問題，如果裂縫產生而且沒有被及時發現，則會不斷擴大和發展，造成鋼筋銹蝕與混凝土脫落等問題，不僅影響橋臺整體外觀，而且還會帶來安全隱患。因此，在實際工作中必須重視并做好裂縫檢測。

1 工程概況

某橋梁為雙幅公路橋梁，左、右兩幅的孔數分別為18孔和20孔，采用T形橋臺，橋墩截面形狀為圓形，基礎采用鉆孔樁和挖井相結合的形式。臺帽采用抗凍融混凝土，強度等級為C35，臺身采用普通混凝土，強度等級為C30。通過現場觀測可以發現，本橋梁18#橋臺產生開裂，裂縫從臺帽開始不斷向下延伸到地表[1]。

2 橋臺裂紋檢測方式

按照檢測單位相關要求，采用超聲波檢測法檢測橋臺處裂縫，確定裂縫深度，判斷裂縫的開裂程度，為裂縫處理方案的編制提供參考和依據，確保結構處在安全穩定的狀態，并提高結構的耐久性。此外，還應對混凝土強度進行綜合評定，確定鋼筋所在具體位置。在實際工作中，主要采用下列幾種方法。

（1）回彈法

以現場施工條件為依據，采用通用的強度檢測曲線，利用回彈法對臺身實際強度進行檢測。在施測的過程中，橋臺表面應合理布置一定數量的測區，充分考慮澆筑面和混凝土碳化方面的修正。由于臺身混凝土澆筑施工時間通常很短，需要在臺身選擇具有一定代表性的點位，均勻噴灑一層酚酞試劑，確定混凝土的實際碳化深度[2]。

（2）鋼筋所在位置檢測

為使裂縫檢測實際結果達到預期的精度要求，避免鋼筋的存在對最終檢測結果造成太大影響，需要在進行裂縫的檢測工作前，利用定位儀等設備儀器對測區內鋼筋具體位置進行準確檢測。

（3）裂縫深度檢測

利用超聲波法對裂縫實際深度大小進行檢測是指結構中超聲波的傳播會在遇到缺陷時發生繞射，此時根據波幅等相關參數發生的變化，能對裂縫深度進行判斷，并通過計算予以驗證。此外，在超聲波檢測過程中，宜采用單面平測的方法，主要有以下幾個檢測步驟：

①以裂縫的實際走向為依據布置測線和測點；

②對混凝土表面進行徹底清理和平整，到換能器能和避免良好貼合為止；

③確定跨縫測點及不跨縫測點的具體位置；

④進行規范的超聲波檢測工作，除跨縫實時測量外，還應考慮不跨縫條件下的測量；

⑤根據具體的檢測結果對裂縫深度進行準確計算，計算公式為：

式（1）中，dci表示跨縫測距過程中對應的裂縫深度，單位：mm；t0i表示聲時的實測值，單位：μs；v表示超聲波傳播速度，單位：km/s；li表示傳播距離，單位：mm。

測線處裂縫實際深度可采用以下公式進行計算：

式（2）中，mdc表示裂縫深度；dci表示跨縫測距過程中對應的裂縫深度，單位：mm；n表示相同測線內的測區總數。

⑥裂縫深度的確定可采用以下方法進行：在跨縫測量過程中，如果傳感器產生首波反向的現象，則應采用式（1）對dci進行計算，并求取平均值來作為推定值。如果傳感器沒有產生首波反向的現象，則可以先求取dci均值，再與其它測距對應的均值對比，剔除差異較大的項后，將余下均值直接作為推定值[3]。

3 檢測結果與分析

根據現行的檢測作業規程，對臺身處混凝土實際強度實施推定。為對裂縫的特征進行直觀描述，在現場利用顯微鏡觀察裂縫，同時繪制出裂縫實際分布的圖像。在此之后，運用超聲波檢測分析裝置采用單面平測的方法對裂縫的實際深度進行準確檢測。

（1）強度評定

按照現行檢測作業規程，對橋臺混凝土實際強度進行推定，并作必要的碳化試驗和檢測。結果表明，臺身碳化實際深度幾乎為0，基于此，采用回彈法對混凝土強度實施推定時，可不考慮碳化造成的影響。經數據統計與計算，本橋臺的強度推定值確定為38.4MPa。

（2）裂縫特征

在臺身的中間區域發現一條沿豎向分布的裂縫，為準確描述裂縫實際發展情況，現場運用顯微鏡實施觀測。經觀測，最大裂縫的寬度在0.11～0.57mm范圍內，已超出現行規范的相關要求，必須進行修補處理[4]。

（3）裂縫深度

根據現場的實際條件，結合規范與規程，在裂縫走向均勻布置測線和測點。此外，為防止裂縫對檢測結果造成太大影響，鋼筋和側線之間的夾角應按45°進行控制。檢測采用超聲波儀進行，最大裂縫深度檢測結果為：1#測線裂縫深度為70.54mm；2#測線裂縫深度為31.83mm；3#測線裂縫深度為89.81mm；4#測線裂縫深度為27.29mm。可見，裂縫深度在27.29～89.81mm范圍內，通過與現有技術規范的對比，確定該裂縫屬于表面裂縫，并未形成貫通。

4 裂縫成因

因橋臺在完成混凝土施工后，未直接承受施工與使用的荷載，所以可基本排除外力或基礎沉降造成的影響。由于裂縫具有規則性，所以也不是因為混凝土質量問題造成的。臺身澆筑一次性完成，未進行分層與分塊，并且采取了合理有效的降溫與控溫措施。臺身澆筑完畢后，水泥會產生大量水化熱，同時集料也會吸收環境中的熱量。因混凝土自身導熱能力較差，大量的熱都聚集在臺身內部，因此形成一個高溫度場[5]。在進行施工時，若未采取有效降溫措施，加之直接受到養護方面的影響，表面快速散熱，容易產生較高的溫度差，最終在澆筑的過程中產生很大應力。因混凝土自身彈性模量及早期強度都較低，所以如果混凝土實際強度不足以抵抗以上應力，則就會在表面產生開裂的現象。此外，本橋梁臺身的開裂是從中間部位開始的，通過對工藝方法、臺身尺寸、裂縫特點等的綜合考慮，確定引起臺身開裂問題的主要原因為水泥硬化過程中釋放出大量水化熱。這一結論能為后續施工提供真實可靠的依據，為防止由于這一原因造成的裂縫奠定基礎。

5 結束語

通過無損檢測可以看出，本橋臺身最大裂縫的寬度在0.11～0.57mm范圍內，深度在27.29～89.81mm范圍內。本橋梁臺身的開裂是從中間部位開始的，通過對工藝方法、臺身尺寸、裂縫特點等的綜合考慮，確定引起臺身開裂問題的主要原因為水泥硬化過程中釋放出大量水化熱。在侵蝕介質不斷作用下，臺身一旦開裂，將使內部鋼筋發生銹蝕，鋼筋在銹蝕后體積增大，使保護層脫落，造成嚴重影響和損失，使結構偏不安全，甚至引發安全事故。基于此，應在布置觀測點的基礎上對裂縫實際情況和發展情況進行動態觀察，同時制定行之有效的修補方案及對策。

參考文獻

[1]郭曉明，王偉安.水運工程大體積混凝土裂紋預防與控制[J].綠色環保建材，2018（02）：210.

[2]趙 劍.大體積混凝土裂紋的防治與修補[J].河南建材，2017（03）：192～194.

[3]孟云，陳國祥，宋俊偉.某懸索橋錨錠大體積混凝土后期裂紋成因分析[J].交通科技，2016（01）：45～48.

[4]林海燕.基于斷裂力學的大體積混凝土施工階段裂紋研究[J].黑龍江交通科技，2014，37（01）：7～8.

[5]張 壘，高建，劉中存，王 輝.大體積混凝土裂紋分析及預防措施[J].石油化工建設，2012，34（04）：92～95.