道路橋梁施工中的裂縫成因及預防策略分析

朱光哲

中交第四公路工程局有限公司 北京 1 0 0 0 2 2

道路橋梁在施工時裂縫的產生是不可避免的，除了不美觀外，對于橋梁的質量、安全也有極大的影響。所以在施工時，需要對裂縫產生的原因加以分析，并采用相對的方法來控制裂縫的產生，以及做好保養工作。

1 裂縫產生原因分析

1.1 由荷載產生的裂縫

橋梁由于受到荷載預期次應力持續作用下產生的開裂均屬于荷載裂縫，可將其分成以下兩種：其一，直接應力裂縫；其二，次應力裂縫。其中，直接應力裂縫指的是受外荷載產生的直接應力而出現的開裂，而次應力裂縫指的是受外荷載產生的次應力而出現的開裂。荷載裂縫特征因荷載的不同表現出不同的特點，它的分布規律為在主拉應力方向上不斷發展，裂縫的走向和主拉應力方向保持垂直。通常情況下荷載裂縫都產生于受拉和受剪區及振動比較嚴重的位置。若在受壓區中產生起皮和在受壓方向上分布的短裂縫，則說明橋梁結構承載力已經達到極限，其產生原因為截面尺寸相對較小[1]。

1.2 由溫度變化產生的裂縫

混凝土遇熱膨脹、遇冷則縮，假設橋梁在外部環境、結構內，其溫度有變化發生，混凝土則會有變形的情況，如果無法制約在其結構中有極大應力產生，當這一力超出了混凝土結構的本身抗拉強度之后，則會發生溫度方面的裂縫。對于一些橋梁而言，其跨徑大，結構所要承受的溫度應力則可超出活載的應力。其溫度裂縫與其他的裂縫相比，區別在于裂縫會著溫度的變化而發生改變，如溫度過高出現擴張，溫度過低則又會出現合攏的情況。導致溫度產生變化的因素包括：溫度差、光照、突然降溫、水泥水化反應、蒸汽養護等[2]。

溫度下降至0℃以下時，導致凍脹破壞的原因是由于混凝土其吸水已達到飽和，如果這時在其內存在著比較大的空隙且吸水性強，或是在混凝土的骨料中存在著雜質（大量的）或本身灰水比大、混凝土振搗不充分、養護力低等，均易造成在早期發生凍害的情況而產生了由于凍脹引起的裂縫。對此，在冬季施工過程中，應在養護時輔以適當的加熱，并在拌和水當中添加適量的防凍劑，以此確保混凝土可以在溫度較低的情況下硬化。

1.3 收縮裂縫

橋梁混凝土由于具有琮一的收縮性，而這則會造成常見的開裂現象。不同收縮類型最主要的原因是由于縮水、塑性，造成混凝土的體積有了變化，或是炭化、自生的收縮等等。對于收縮的裂縫來說其特點是集中在表現，肉眼可見，且縫寬細、交交叉分布，其形狀并無規律可找。通過有關研究我們可以疾病，影響收縮裂縫的因素如下：水泥的種類、水泥劑量、骨料的種類、水灰比、外加劑、養護方式、外部環境、振搗方式與持續時間[3]。

1.4 地基變形裂縫

因基礎沿豎向產生不均勻沉降或在水平方向上發生位移，導致在結構中產生一定附加應力，待這一附加應力大于混凝土自身抗拉能力后，就會產生裂縫。導致基礎產生不均勻沉降現象的原因包括：前期地質勘察工作不深入、工程試驗檢測的資料不全、地基的地質條件存在明顯差異、結構所有荷載存在明顯差異、基礎種類存在明顯差別等。針對拱橋這一容易產生水平方向推力的建（構）筑物，如果對地質條件的掌握不夠深入，或設計不合理，也會造成裂縫的產生[4]。

1.5 鋼筋銹蝕產生的裂縫

因混凝土自身存在質量問題或鋼筋保護層的厚度不足，則鋼筋保護層由于受到二氧化碳等因素的影響而使鋼筋產生銹蝕，鋼筋在發生銹蝕后，其體積明顯增大，對其周圍包裹的混凝土產生一定碰撞應力，使保護層產生開裂和剝離等現象，表現為在鋼筋的分布方向上產生若干裂縫，同時鋼筋的銹跡還有可能滲透至混凝土的表面。在鋼筋銹蝕后，鋼筋上的有效斷面將明顯減小，導致和混凝土之間的握裹力降低，對結構整體承載力造成影響，引起其它裂縫的產生，進一步加劇銹蝕的現象，最終使結構發生破壞[5]。

為避免鋼筋產生銹蝕，在設計過程中需要以相關規范的要求為依據對裂縫寬度進行嚴格控制，并采用適宜的保護層厚度，需要注意，保護層厚度不可過大，否則整個構件的有效高度將減小，在受力以后會使縫寬變大。在施工中要對水灰比進行嚴格控制，并切實加強振搗，使混凝土達到密實，避免氧氣進入。對于外加劑與含氯鹽實際用量也進行嚴格控制，尤其是在沿海地區，其空氣腐蝕性很強，必須引起高度重視[6]。

1.6 凍脹裂縫

溫度＜0℃時，混凝土由于吸水達到了飽和的狀態而產生了冰凍，冰凍的混凝土內其狀態是游離的水，而凍結了之后體積增加，所以在混凝土內有極大膨脹應力產生。同時過冷水發生重分、遷移，產生了滲透壓而導致了膨脹力進一步加大，隨低了其強度并發生裂縫。這一現象在初凝的過程中尤為嚴重，在成齡之后，混凝土實際強度損失能達到50%左右。在冬季施工中，如果沒有對孔道灌漿進行有效的保溫處理，將使混凝土在管道方向上產生凍脹裂縫[7]。

通過上面的分析可以看出，混凝土凍脹破壞的最主要原因有兩個，即是零下的溫度、吸水飽和。如果這時在其內存在著比較大的空隙且吸水性強，或是在混凝土的骨料中存在著雜質（大量的）或本身灰水比大、混凝土振搗不充分、養護力低等，均易造成在早期發生凍害的情況而產生了由于凍脹引起的裂縫。對此，在冬季施工過程中，應在養護時輔以適當的加熱，并在拌和水當中添加適量的防凍劑，以此確保混凝土可以在溫度較低的情況下硬化[8]。

1.7 由施工原因產生的裂縫

混凝土澆筑、構件加工、模板施工等過程中，如果所用工藝不合理或施工質量較差，將產生明顯的裂縫，包括橫向裂縫、斜向裂縫等，這在細長薄壁結構中更為明顯。裂縫產生的位置、走向與寬度由于產生原因而有所不同，目前比較常見的原因包括：

（1）鋼筋保護層厚度過大，或施工中人員直接踩踏上層鋼筋，導致承受負彎矩的鋼筋，其保護層厚度增加使構件自身有效高度明顯減小，產生和鋼筋保持垂直的裂縫。

（2）對混凝土進行的振搗沒有達到密實和均勻，在混凝土表面產生空洞、蜂窩與麻面，使鋼筋產生銹蝕，這些是荷載裂縫產生起源點[9]。

（3）混凝土澆筑時速度太快，但混凝土自身流動性相對較差，硬化之前由于混凝土自身發生沉實，在硬化之后產生太大的沉實，在完成澆筑一段時間后產生開裂。

（4）混凝土攪拌和運輸過程中消耗太長時間，導致水分大量蒸發，使混凝土自身坍落度減小，在和大氣相接觸的表面產生若干收縮裂縫。

（5）對混凝土進行初期養護的過程中快速干燥，產生干縮裂縫。

（6）對混凝土開展分層分段澆筑時，未能有效處理接頭處，在新、舊連接之處有裂縫產生。如在分層澆筑時，后澆筑混凝土因為停電、降低等不同的原因，未能在之前所澆筑的混凝土初凝時完成有關工作，導致了層面間產生了水平向的裂縫。在分段澆筑時未能對先處理好的混凝土表面做好清里，造成新、舊兩粘結力小而產生了收縮裂縫。

（7）混凝土受凍，在構件的表面產生裂縫，或在局部產生剝落，在脫模之后產生明顯的空鼓。

（8）未對施工質量進行嚴格的控制，隨意改變混凝土配合比，導致混凝土性能降低，產生裂縫。

2 裂縫預防策略分析

2.1 溫度控制

（1）對混凝土骨料的級配進行改善，優先選擇干硬性的水泥，并摻加數量外加劑，以此減少水泥的劑量。

（2）對混凝土進行拌和時，添加適量的水或用冷水將碎石的溫度減低至符合澆筑施工要求的狀態。

（3）在氣溫較高的情況下進行澆筑施工時，應適當減小澆筑的實際厚度，并做好對層面的散熱處理。

（4）在待澆筑的構件中埋設冷卻水管，并在澆筑開始后持續投入冷水進行降溫。

（5）確定適宜的拆模時間，當氣溫突然降低時，應做好表面保溫處理，防止混凝土表面產生溫度梯度。

（6）在施工中需要長時間暴露的構件表面，需采取合理有效的保溫措施。

2.2 增加配筋

針對溫度與收縮兩個因素產生的裂縫，通過增加配筋能有效提高混凝土結構抗裂性，特別是薄壁結構。在構造方面，配筋以小直徑鋼筋為宜，并減小布置間隔距離，整個截面上的構造鋼筋，其配筋率應達到0.3%以上，通常按照0.3%-0.5%的范圍控制。增加配筋對混凝土自身溫度應力造成的影響很小，這是因為混凝土當中的含筋率本身就很低。然而，在增加配筋之后，結構中的裂縫將變多、變密和變深，起到良好的防裂作用[10]。

2.3 選擇適宜的混凝土配合比

在混凝土配合比設計過程中，需要充分考慮包含季節、結構類型、模板、混凝土自身強度等在內的各項因素。施工中，相關施工單位經常只重視強度而沒有考慮變形特性及工作特性。對此，在設計中必須轉變這一想法，保證配合比設計的合理性與可行性，為后續的混凝土施工奠定良好基礎，保證施工質量，避免裂縫的產生。

2.4 加強施工控制

（1）混凝土振搗時，振搗棒應做到快插慢拔，以混凝土坍落度為依據確定振搗的時間，以此防止過振與漏振。在條件允許的情況下，建議進行二次抹面和振搗，以防止產生泌水，并將內部的氣泡與水都排除干凈。

（2）在裂縫防治過程中，對新完成澆筑的混凝土實施早期養護至關重要，通過良好的養護，能有效減少早期裂縫的產生。重點是要對濕潤養護進行嚴格控制，尤其是對大體積混凝土而言，在條件允許的情況下，應使用蓄水法或流水法來養護，并使養護持續14-28d的時間。

（3）當混凝土的體積和厚度都很大時，在施工過程中應對水泥發生的水化熱進行充分考慮，制定有效措施進行降溫，如通水排熱與設置散熱孔。在澆筑和振搗完成后，采取有效措施進行蓄水保溫，并在表面覆蓋一層塑料膜或濕麻袋，避免因內外溫差太大導致溫度裂縫的產生。

（4）混凝土灌注施工不可在降雨時或大風天氣下進行。

（5）地下結構應及時進行混凝土的回填，以此減少裂縫的產生。

（6）在夏季施工中，應密切注意澆筑溫度，降低入模溫度和養護溫度，并在必要的情況下使用冰塊來降溫。

3 結語

綜上所述，裂縫是橋梁常見質量通病，其產生原因十分復雜，需要引起相關人員的高度重視，在明確裂縫產生原因的基礎上，制定有效措施加以處理，以確保橋梁處在良好狀態。