高速公路橋梁梁板裂縫的原因及施工技術(shù)研究

張玉江*

（中交一公局第七工程有限公司，河南鄭州，451450）

引言

近年來，大量的橋梁在我國各個城市修建起來，起到了改建或者擴(kuò)建城市道路的作用。混凝土裂縫出現(xiàn)在橋梁建造和施工過程當(dāng)中是很常見的問題，只是有的裂縫小到肉眼看不到或者細(xì)小到不足以影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全使用，在外界的作用條件下有的裂縫還會繼續(xù)擴(kuò)大或外延，造成對混凝土橋梁剛度和強(qiáng)度的不利影響。必須進(jìn)行嚴(yán)格的相關(guān)控制，全面分析產(chǎn)生裂縫的原因，采取相對應(yīng)的控制措施，加強(qiáng)預(yù)防。

1 裂縫成因

1.1 荷載因素

施工的過程是導(dǎo)致荷載裂縫出現(xiàn)的主要時間段，施工的機(jī)具、材料等不加以限制的隨意堆放，橋梁結(jié)構(gòu)和受力的特點(diǎn)在沒有被施工人員完全的了解的情況下，施工過程當(dāng)中進(jìn)行隨意的翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝；施工的工程不按照圖紙準(zhǔn)確進(jìn)行，或者施工順序的隨意調(diào)整，橋梁的受力模式受到隨意的改變，疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算沒有在橋梁結(jié)構(gòu)的機(jī)器下進(jìn)行等。在設(shè)計(jì)計(jì)算的階段：計(jì)算結(jié)構(gòu)的時候缺算、漏算等情況：不合理或者不科學(xué)的計(jì)算模型，使得受力假設(shè)的結(jié)構(gòu)與實(shí)際不匹配，內(nèi)力和配筋的錯誤計(jì)算結(jié)果，結(jié)果的安全系數(shù)沒有達(dá)標(biāo)，沒有將施工的可能性考慮到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)當(dāng)中；設(shè)置較少或不足的鋼筋造成了結(jié)構(gòu)剛度的不足。

1.2 操作不當(dāng)

在橋梁預(yù)應(yīng)力施工過程中，施工操作不按照設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行，未達(dá)到規(guī)范或設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件混凝土齡期、彈模、強(qiáng)度等，提前張拉或者超張拉未經(jīng)設(shè)計(jì)單位認(rèn)可，同時不按照設(shè)計(jì)圖紙的要求，隨意改變順序張拉，從而引起了混凝土結(jié)構(gòu)的局部裂縫或者破壞性的裂縫。

1.3 溫度原因

熱脹冷縮是混凝土的物力特性之一，當(dāng)橋梁的外部環(huán)境或者結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度發(fā)生改變，混凝土將會改變形態(tài)，倘若變形遇到了相應(yīng)束縛，那么結(jié)構(gòu)內(nèi)就會出現(xiàn)應(yīng)力，溫度裂縫會在應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度的時候產(chǎn)生。溫度應(yīng)力在部分大跨徑橋梁中可以達(dá)到甚至超越荷載應(yīng)力。隨著溫度的變化而相應(yīng)的擴(kuò)張或者收縮是溫度裂縫與其他裂縫的主要區(qū)別特征。引起溫度變化的主要施工原因有：

（1）水熱化。大體積的混凝土在施工過程當(dāng)中，尤其是在澆筑之后因?yàn)樗嗟乃療幔瑢?dǎo)致了內(nèi)部溫度的升高和內(nèi)外大差距的溫度，最終使得裂縫出現(xiàn)在混凝土的表面。

（2）施工措施在蒸汽養(yǎng)護(hù)或者冬季施工過程當(dāng)中的不夠合理，裂縫就容易在混凝土驟冷驟然、室內(nèi)外溫差大的情況下發(fā)生。

（3）預(yù)制梁的時候安裝橫隔板，支座預(yù)埋鋼板，或者在焊接調(diào)平鋼板時，不恰當(dāng)?shù)暮附哟胧菀讓?dǎo)致受熱暴漲開裂。張拉預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時運(yùn)用電熱法會使預(yù)應(yīng)力的鋼材溫度升到很高，同時造成混凝土的構(gòu)件開裂。

（4）由于在夏季施工時溫度環(huán)境高，不及時在混凝土澆筑后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)或覆蓋保濕會造成長短、寬窄不等的裂縫出現(xiàn)在混凝土表面。

1.4 凍脹裂縫

低于零度的大氣氣溫環(huán)境，使造成冰凍出現(xiàn)在吸水飽和的混凝土的出現(xiàn)，流動的水變成冰，導(dǎo)致9%的體積膨脹。同時過低的氣溫下，混凝土凝膠孔在微觀結(jié)構(gòu)中的遷移以及再分布，造成了滲透壓導(dǎo)致了混凝土的膨脹了增加，同時強(qiáng)度減弱最終引起裂縫。受凍最嚴(yán)重的情況發(fā)生在混凝土初凝的時候，成齡后的受凍達(dá)到了30%-50%的混凝土強(qiáng)度損失。倘若不積極采取保溫措施應(yīng)對應(yīng)力孔道灌溉后，冬季施工可能引發(fā)沿管道方向的凍脹裂縫。所以必須采用相應(yīng)措施保證當(dāng)溫度低于5度時混凝土不受凍。發(fā)生凍脹破壞的必要條件是溫度低于零度且混凝土吸水飽和。當(dāng)混凝土的骨料空隙多且吸水性強(qiáng)；骨料中含義雜質(zhì)過多的泥土，大比例的混凝土水灰比及不密實(shí)的振搗；不到位養(yǎng)護(hù)造成的早期混凝土受凍等，均是混凝土凍脹裂縫出現(xiàn)的可能因素。為保障在低溫或負(fù)溫條件下混凝土硬化，在冬季施工時應(yīng)采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法等養(yǎng)護(hù)方法或者將水中拌入防凍劑到混凝土當(dāng)中去。

1.5 基礎(chǔ)變形

當(dāng)不夠準(zhǔn)確的地質(zhì)勘查和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集使用，差異巨大的地基地質(zhì)與結(jié)構(gòu)荷載，大差距的相鄰結(jié)構(gòu)類型基礎(chǔ)、基礎(chǔ)置于滑坡體或者溶洞或者活動斷層等不良地質(zhì)、施工前壓實(shí)對現(xiàn)澆梁板支架不足或者支架的剛度不夠當(dāng)支架下沉不均勻時，都會引起基礎(chǔ)不均勻沉降或者位移。基礎(chǔ)豎向的不均勻沉降或者水平方向的位移，會使結(jié)構(gòu)當(dāng)中出現(xiàn)一定的附加應(yīng)力超過混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂的現(xiàn)象發(fā)生。

1.6 材料質(zhì)量

水泥、砂、骨料、攪拌和水以及一定的外加劑是混凝土的主要組成部分，如果采用不合格質(zhì)量的混凝土材料，也可能會引起裂縫結(jié)構(gòu)的發(fā)生。

太小的砂石粒半徑、不良的級配，或者大的空隙率，都會增加水泥和拌和水量，耽誤混凝土強(qiáng)度，加大混凝土的收縮。倘若采用的特細(xì)砂超出了規(guī)定范圍，會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。高含量的云母在砂石當(dāng)中，會降低水泥及骨料的粘合力，削弱混凝土的強(qiáng)度。含泥量高的砂石，會導(dǎo)致水泥及拌和水用量的增加同時會減弱混凝土的強(qiáng)度、抗凍性、抗?jié)B性。過多的有機(jī)質(zhì)和輕物質(zhì)在砂石當(dāng)中，將會拖累水泥的硬化過程，削弱混凝土的強(qiáng)度，這在早期顯得尤為明顯。在硼化物與鋁酸三鈣的化學(xué)反應(yīng)下，會膨脹2.5倍的體積。雜質(zhì)含量高的水和外加劑、氯化物等會造成大程度的鋼筋腐蝕影響。采用含堿的物料造成堿骨料的一定影響，會引起混凝土的裂縫由內(nèi)到外產(chǎn)生。

1.7 施工工藝

不合格的施工工藝，不嚴(yán)格控制質(zhì)量的施工，會產(chǎn)生各種橫縱的、斜向的、表面的深入的、貫穿各處的裂縫。那些細(xì)長薄壁的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)縫隙會尤為明顯。由工藝造成的常見裂縫有：

（1）過厚的混凝土保護(hù)層，或者已扎綁的上層鋼筋遭到亂踩會減小構(gòu)建的有效高度，形成與受力鋼筋垂直方向和混凝土表面的裂縫。

（2）不密實(shí)、不均勻的混凝土振搗，導(dǎo)致蜂窩、麻面、空洞的出現(xiàn)，最終構(gòu)成裂縫的起源點(diǎn)鋼筋的腐蝕。

（3）快速的混凝土澆筑，低流動性的混凝土，硬化前由于混凝土塵實(shí)不足，塵實(shí)過大的硬化過程，裂縫特別容易發(fā)生在澆筑的數(shù)小時后，這也稱作為塑性收縮裂縫。

（4）在初期養(yǎng)護(hù)時急劇干燥混凝土。

（5）在混凝土施工過程當(dāng)中采取泵送，保證流動的混凝土，加大水和水泥的使用量。或者因?yàn)槠渌蛩氐脑黾恿怂冶龋斐闪擞不瘯r混凝土凝結(jié)收縮量的增加，導(dǎo)致了不規(guī)則的混凝土裂紋。

（6）分層或者分段澆筑混凝土?xí)r候，處理不干凈接頭部位，并且多次澆筑接縫處同樣強(qiáng)度的水泥砂漿，裂縫容易在新舊混凝土或施工縫隙之間出現(xiàn)。

（7）裝配式結(jié)構(gòu)，在構(gòu)件的運(yùn)輸、堆放時，不處于一條垂直線上的支承墊木，或者過長的懸臂，在劇烈的顛簸發(fā)生在運(yùn)輸過程當(dāng)中；不恰當(dāng)位置的吊裝，構(gòu)件較小的T梁等側(cè)向剛度，加固措施不可靠的側(cè)向等，都會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

（8）鋪裝橋面層的施工過程當(dāng)中，由于處于上下兩層接縫處的混凝土處理不夠清潔到位，存在油污、砂子、混凝土浮漿、沒有按照要求支墊的橋面鋼筋網(wǎng)片，不密實(shí)的振搗等等情況。

1.8 斷開裂縫

混凝構(gòu)件上的受拉時候，在截面上發(fā)生的裂縫也稱之為斷開裂縫。這一類型的裂縫是在荷載作用下受到拉構(gòu)件下發(fā)生的，同時會隨著正截面外延。小荷載時，共同受拉下的混凝土和鋼筋，構(gòu)件狀態(tài)處于沒有開裂的狀態(tài)；加大的荷載，達(dá)到抗拉強(qiáng)度上線的混凝土從而開裂，混凝土退出了工作，鋼筋開始承受全部的拉力，這就導(dǎo)致了裂縫的出現(xiàn)。強(qiáng)大的負(fù)荷下，達(dá)到鋼筋的流限，加大了鋼筋的延伸率，這時的構(gòu)件瀕臨破壞的臨界點(diǎn)。

2 結(jié)束語

總而言之，橋梁從設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)管以及運(yùn)營方面都牽涉頗多，各種各樣的原因?qū)е略跇蛄航Y(jié)構(gòu)的施工過程當(dāng)中出現(xiàn)裂縫。同時裂縫出現(xiàn)的形式也是千奇百怪、五花八門的。因此，只有全面確切的了解裂縫出現(xiàn)的原因，才能夠采取科學(xué)、合理、恰當(dāng)?shù)拇胧┰谑┕み^程當(dāng)中，嚴(yán)格控制材料的質(zhì)量問題，運(yùn)用恰當(dāng)、合宜的施工工藝、技術(shù)，增強(qiáng)施工現(xiàn)場的管理，結(jié)合現(xiàn)場的各種條件、材料特點(diǎn)、周遭溫度等多種外部因素、可變因素，選擇最為科學(xué)合適的手段、措施，就能有效防止、控制產(chǎn)生有裂縫的現(xiàn)象，保證整體工程的內(nèi)在質(zhì)量以及外部質(zhì)量，保證橋梁結(jié)構(gòu)建筑的安全、合理構(gòu)建。

[1] 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998.

[2] 《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50-2011 中華人民共和國交通部發(fā)布.

[3] 《公路工程管理務(wù)實(shí)》全國一級建造師職業(yè)資格考試用書(第三版).

[4] 《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》GB50164-2011.

[5] 冷云開.高速公路橋梁梁板裂縫的原因及施工技術(shù)探討[J].低碳世界,2015(13):246-247.