公路橋梁大體積混凝土常見裂縫與施工控制工藝分析

羅超

廣西金盛交通勘察設計有限公司 廣西 南寧 530000

引言

公路橋梁施工中大體積混凝土結構很容易出現裂縫問題，而按照公路橋梁施工要求強化無縫技術在其中的應用力度，則可以控制大體積混凝土出現裂縫隱患，保證大體積混凝土結構質量和穩定性，確保公路橋梁施工質量可以得到有效保障。同時闡述大體積混凝土無縫技術在公路橋梁施工中的應用，并利用合理技術對大體積混凝土結構裂縫問題進行有效控制，為推進公路橋梁工程中大體積混凝土施工安全穩定開展，提供合理技術支持[1]。

1 公路橋梁大體積混凝土常見裂縫分析

1.1 沉降原因

在公路橋梁工程施工過程中，存在地基不均勻沉降問題出現，便會促使混凝土構件出現拉應力以及剪應力等現象，若是這種應力超出結構自身可承受范圍，便會導致沉降裂縫出現，進而導致混凝土構件變形和彎曲。之所以出現此問題，第一，是因為公路橋梁結構物地基邊坡受到外力影響，地面高度差較大，這種因素極易導致深層裂縫以及貫穿性裂縫問題出現，進而對公路橋梁造成極大的危害；第二，是因為地基土下面有軟土層或暗溝等，以及地基中存在分布不均、土質程度各不相同等問題。

1.2 材料原因

混凝土裂縫出現的主要原因是水泥和粗細骨料質量不達標，在混凝土構件施工中，部分活性骨料可能和堿骨料發生化學反應，從而影響混凝土構件質量，比如混凝土膨脹或疏松等，從而為之后埋下諸多隱患，進而降低混凝土構件承載能力，與此同時，水泥壓力、自重以及揚壓力也是造成混凝土裂縫出現的重要因素。

1.3 混凝土內外溫差過大

大體積混凝土具有表面系數小、結構斷面厚等特點，所以在澆筑的時候形成的熱量難以散發，如果沒有運用有效的降溫措施或環境溫度太低，將會加大混凝土內外溫差，從而致使裂縫出現。主要原因有下述幾個方面：首先，混凝土構件澆筑后并未采取有效措施做好降溫和養護工作；其次，混凝土構件分層和分段太厚重；最后，混凝土內外溫差過大，引起水泥水熱化過大。

1.4 塑性收縮裂縫

處于塑性狀態的混凝土，也就是還沒有硬化、凝結前的混凝土，受水分蒸發等因素的影響，塑性收縮裂縫的出現率較高，此裂縫深度較小，在混凝土構件表面較為常見。在干熱或大風天時極易發生，裂縫長度和寬度可能分別在20cm左右、1～5mm左右，具有形狀互不連貫，兩端長度不同等特點，所以混凝土構件極易出現早期自收縮和塑性沉降收縮，進而出現裂縫問題[2]。

2 公路橋梁大體積混凝土防裂措施

2.1 加強混凝土原料管理

通過上述分析可知，水泥水化熱及大體積混凝土三相體積的關系，均會引發裂縫。施工時應加強混凝土原料管理，采用低水化熱的水泥，優化大體積混凝土施工配合比，并降低原料入模溫度，進而降低澆筑溫度，避免溫差帶來的影響。混凝土的三相體積并非一成不變，在澆筑凝結硬化過程中，三相所占的體積將不斷地發生變化，且隨環境條件的變化而變化，故調節混凝土三相體積關系，可避免一定裂縫的出現。以某橋梁工程為例，在混凝土原料管理中，實施措施如下：第一，選用低水化熱水泥。在混凝土施工中，可用水泥類型較多，考慮到水化熱對溫度裂縫的影響，可選擇低水化熱水泥。第二，優化施工配合比。綜合考慮裂縫成因、結構強度等要素，對混凝土施工配合比進行多次試驗，將水灰比控制在0.4～0.43；將砂率控制在38%～42%；將拌合用水量控制在175kg/m3內；加入Ⅰ級粉煤灰、S95磨細礦粉及外加劑；將混凝土的含堿量控制在3kg/m3內。第三，降低原料入模溫度。在施工現場中，將骨料倉儲位置設置在一定高度處，并于料倉和混凝土運輸車輛表面，設置防曬棚，降低原料溫度；嚴格控制混凝土拌和時水泥的入機溫度，要求其＜60℃；在夏季炎熱天氣時，在混凝土拌合時，拌入冰屑或灑水，使混凝土入模溫度＜30℃。

2.2 做好現場溫度控制

考慮到內外溫差對大體積混凝土裂縫的影響，應做好施工現場溫度控制工作，將大體積混凝土內外部溫差控制在一定范圍內，避免溫度裂縫的出現。以某橋梁工程為例，在施工前根據橋梁工程參數要求，明確大體積混凝土內外部溫差應控制在20℃內，采取如下措施進行現場溫度控制：第一，內部降溫。在大體積混凝土澆筑施工前，預埋冷卻水管，選用Φ48的鐵管，共鋪設12層，每層冷卻水管的距離為1.2m。在混凝土澆筑，即水泥產生水化熱提高大體積混凝土內部溫度后，向冷卻水管內通入冷水，以此降低大體積混凝土內部溫度。為確保內外部溫差＜20℃，于冷卻水管的出水口設置傳感器，檢測出水的水溫和壓力，要求出水水溫＜40℃。第二，保溫保濕養護。為避免大體積混凝土出現溫度裂縫，在大體積混凝土表層出現降溫后，立即實施保溫保濕養護。如該橋梁工程中大體積混凝土為墩身結構，在結構頂面覆蓋4層保溫保濕措施，按照從頂面向外的順序，分別為塑料膜、麻袋、塑料膜、麻袋。貼近頂面的塑料膜用于保濕，中間層的塑料膜用于隔離低溫雨水，避免降雨影響大體積混凝土硬化。同時，使用塑料薄膜覆蓋在模板外側，避免混凝土表層熱量擴散在空氣中，提高混凝土表面溫度，降低內外溫差；在混凝土強度差超過0.5MPa后，在墩身頂面結構外側砌筑一圈磚塊，預留小孔，控制排放的冷卻水流到大體積混凝土側面，提高表面溫度。上述養護操作持續14d，有效避免大體積混凝土出現早中期溫度裂縫。

另外，為確保上述溫度控制措施的有效實施，以混凝土澆筑體的平面圖為基準，選擇對稱軸線的半條軸線進行測點布置。結合混凝土溫度分布狀況和混凝土幾何尺寸，準確測量大體積混凝土內外部溫度差，以提高溫度控制有效性。

2.3 大體積混凝土振搗施工防裂措施

對于公路橋梁大體積結構中有高密集的鋼筋布置特點，混凝土振搗難度比較大，現場需要從實際出發采用滿足施工環境的振搗器，平衡分布在澆筑大體積混凝土結構周圍。針對底部布置有密集的鋼筋難以振搗到位情況，通過“分區定點，一個坡度、分層澆筑、循序推進、逐步到頂”的方法，在同一個坡度分步到頂的連續澆筑。盡可減少因混凝土振搗不足而產生的裂縫，提高內部拌和料與鋼筋的結合握裹力，須在混凝土結構振搗界限前對混凝土實施二次振搗，使混凝土結構排出鋼筋下方的多余水分、空隙，提升其內部抗壓和防裂能力[3]。

2.4 運用合理的施工方法

針對大體積混凝土來說，合理的施工方法可以有效防止裂縫產生。所以必須采用規范的施工技術開展大體積混凝土施工工作，制定切實可行的大體積混凝土澆筑方案，以有效預防裂縫的產生。在大體積混凝土施工過程中，可以采用分層的作業方式，而此方式又分成斜面、分段和全斷面分層三類。全斷面分層應按照豎向展開施工，將大體積混凝土分為不同層次，完成第一層澆筑后，應在混凝土還沒有初凝前馬上進入下一層澆筑，然后再一層一層進行澆筑，這種施工方式可以讓大體積混凝土更好地散熱，防止溫度不斷升高。但應注意，只有在小面積公路橋梁結構中適合應用全斷面分層的混凝土澆筑方式。而部分大面積公路橋梁結構而言，可以借助分段分層的方式開展混凝土澆筑工作，這種方法應朝著水平方向進行，斜面分層的方法則適用于長條狀結構施工。

2.5 做好混凝土澆筑工作

由于大體積混凝土澆筑量較大，所以需要做好施工前期準備工作，保證施工機械及車輛充足，同時需要在施工現場設置調度小組，對車輛進行合理調度，并規劃好混凝土運輸路線，盡可能減少混凝土運輸時間，保證材料銜接性強、為混凝土澆筑順利實施奠定基礎。另外，在同一流水施工段施工過程中，應采用同一家混凝土攪拌站提供混凝土材料。在混凝土澆筑過程中，需要控制好混凝土坍落度，通常應在140～160mm范圍內，如果存在偏差，需要相關人員及時采取措施調整，確保混凝土拌合物有良好的和易性，不發生離析和泌水，以利于澆筑。同時，澆筑時還應控制好混凝土入模的速度和時間，避免混凝土結構產生冷縫。振搗時應做好泌水處理工作，全面提高結構質量。針對大體積混凝土澆筑作業，可以選擇多種類型澆筑方法，包括分層連續澆筑、推移連續澆筑等，無論選擇哪種澆筑方法，不能在非結構需要地方留施工縫[4]。

2.6 大體積混凝土養護措施

大體積混凝土養護的關鍵點是使溫度和濕度的適宜性得到保證，使混凝土內外部溫差得到有效控制，為混凝土強度的正常發展提供保障，以免出現混凝土裂縫。在養護大體積混凝土的過程中，不僅要提高混凝土的強度，同時需要對混凝土的溫度進行控制，防止溫度變化致使混凝土裂縫產生。大體積混凝土養護溫度控制措施主要有：首先，混凝土內外溫度之間、混凝土表面溫度和室外最低氣溫之間的相差不能超過20℃，抗裂能力充足的混凝土結構，溫差應保持在25℃～30℃之間。其次，在拆除大體積混凝土模板的過程中，混凝土的內外溫度之間、表面溫度和外界氣溫之間的溫差不能超過20℃。再次，大體積混凝土可以借助內部降溫法減少混凝土內外溫差。內部降溫法主要是利用預埋在混凝土內部的冷卻水管，把冷卻水注入，促使大體積混凝土內部的溫度降低，大體積混凝土澆筑完成后要第一時間冷卻。最后，將鋸末、濕砂、草袋等保溫材料覆蓋在大體積混凝土結構表面以及模板外側，促使混凝土散熱速度放慢。將混凝土養護時間延長，混凝土拆模后第一時間覆蓋保護，以免受到環境氣溫降低的影響，防止早中期裂縫出現。

2.7 積極采用不同性能的裂縫修補材料

修補和填充裂紋的原材料可根據其功能分為增強材料和密封材料。如果水泥涂層的強度不足，會導致開裂，則應使用鋼筋。如果由于干燥收縮，熱收縮和其他因素在水泥涂層上出現外部裂縫，但涂層的結構強度仍能滿足應用要求，則必須使用密閉材料。①壓力注入法可以修復一些裂縫寬度小于0.5m的未擴展表面裂縫。②噴涂方法適用于修復道路裂縫，清潔裂縫和大約2.5mm的道路裂縫。③對于接縫寬度小于3mm且裂紋不剝落的小裂紋，可以使用伸縮縫法。用擴徑器沿著裂紋形成1.0～2.0cm寬的槽。深度由裂紋的高度決定。最大值不超過面板厚度的2/3。首先使用密封劑清除殘留物，清除污垢，然后在其內填充粒度為0.3～0.6cm（濕度＜1%）的干凈石料。

2.8 其它控制裂縫措施

由于公路橋梁工程大體積混凝土施工技術難度大，除了正常控制裂縫技術措施外，還可以在提高抗力和減少收縮方面采取實施。在加強抗力方面可以采用鋼絲鋼纖維、剪切鋼纖維、銑削鋼纖維混凝土等新型材料來實現阻裂作用。在控制收縮方面，在混凝土表面設置防裂鋼筋焊接網片、控制水分蒸發等手段控制裂縫的產生[5]。

3 結束語

綜上所述，就公路橋梁而言，在開展大體積混凝土作業時，嚴格控制施工工藝、施工現場配合比、原材料和施工方法，進而可以有效地改善大體積混凝土的裂縫問題，這些裂縫的出現不但會對橋梁結構的穩定性以及承載能力造成影響，還會影響公路橋梁的使用年限，從而對公路橋梁工程的使用性能造成影響。所以，對大體積混凝土施工而言，還需合理控制其施工工藝，避免裂縫問題的出現，確保其整體結構的施工質量，提高公路橋梁混凝土結構的使用性能，以保證混凝土結構的工程質量。