桥梁施工裂缝处理的形成原因分析
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作者: 高小军
摘要：桥梁工程施工中，裂缝的产生会严重影响桥梁施工质量，以及桥梁的使用寿命，因此全面分析桥梁混凝土裂缝产生的原因，采取积极有效的解决方案，意义重大。文章阐述了混凝土裂缝产生的原因，分析了裂缝控制措施。
关键词：桥梁施工 混凝土裂缝 原因 措施
一、桥梁施工中混凝土裂缝概述
混凝土桥梁荷载引起的裂缝主要分为直接应力裂缝和次应力裂缝两种。直接应力裂缝产生的原因有：（1）设计阶段：计算模型不合理；结构受力假设与实际情况不吻合；结构安全系数不够；结构刚度不足；构造处理不当；荷载少算或漏算；设计断面不足；内力与配筋计算错误；钢筋设置偏少或布置错误；结构设计没有考虑施工的可能性；设计图纸交代不清等。（2）施工阶段：不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制构件的结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工；擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模型；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。（3）使用阶段：超出设计载荷的重型车辆过桥；受车辆、船舶的接触和撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等；混凝土浇筑施工后的4~5h左右，此时水泥的水化反应开始剧烈，分子链逐渐形成，出现水分急剧蒸发现象，混凝土发生失水收缩，同时骨料因自重下沉，形成收缩。在构件的竖向变截面处如T梁、箱梁的腹板与顶板、底板的交接处，因硬化前沉实的不均匀多会产生表面的顺腹板方向的裂缝，混凝土含气量过大，而且引气剂质量欠佳。由于目前使用的各种引气剂性能有较大的差异，因此在混凝土中呈现的状态也不尽相同，有的引气剂在混凝土中会形成较大的气泡，而且表面能较低，很容易形成联通性大气泡，如果再加上振动不合理，大气泡不能完全排出，肯定会给硬化混凝土结构表面造成蜂窝麻面，混凝土桥梁发生裂缝的主要原因有以上几种，如何采取一定的设计和施工措施来克服和控制大的裂缝产生，是每一个工程技术人员应该遵循的原则。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中，进一步加强巡查和管理，及时发现和处理问题。
二、裂缝控制措施分析
严格控制混凝土原材料的质量，特别注意控制骨料的含泥量，含泥量的增加会大大降低混凝土的抗拉强度。应注意振捣，在施工条件的允许下宜进行二次振捣，以提高混凝土的抗裂性，同时还可有效防止塑性裂缝。采用合理的养护措施，如采用冷却水管进行综合养护措施，实行信息化自动监控，为减小大体积混凝土表面出现裂缝，施工中应根据实际情况，尽量选择热性比较低的水泥品种，限制水泥单位用量；减少骨料入模温度，采取混凝土表面的保温措施，提高混凝土表面温度，缩小内外温差，并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统进行内部散热，或采用薄层连续浇筑以加快散热，砌筑要使用料石，才能够相互咬合。但事故后发现，塌下来的主拱券中还有片石。而且砌筑的砂浆混凝土不饱和，未填实，有空隙、空洞。另外，混凝土的沙石含量比较高。沙石应该用水洗过的沙，一般沙石含量就影响混凝土的凝结力。控制好拆模时间，气温骤降时进行表面保温，避免混凝土表面产生急剧的温度梯度。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑的混凝土如早期拆模，在表面会引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象，与水化热应力叠加后再加上混凝土的干缩，表面的拉应力会达到很大的数值，有导致裂缝产生的危险。如果需要早期拆模，则在拆除模板后应及时在表面覆盖一层轻型保温材料，这些对于防止混凝土表面产生过大的拉应力有着显著的效果，混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温度、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩，另一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。适宜的温湿条件是相互关联的，混凝土的保温措施常常也有保湿的效果，裂缝的压力灌浆修补法。压力灌浆系指施加一定的压力，将某种浆液灌入结构物内部裂缝中去，以封闭裂缝、恢复并提高结构强度及耐久性和抗渗性能的一种修补方法。此法一般用于裂缝多且深入结构内部或结构有空隙的修补场合。按灌浆材料的不同，可分为两种：一是水泥灌浆，二是化学灌浆，表面粘贴法是指用胶把玻璃布或钢板等材料粘贴在裂缝部位的混凝土面上，以封闭裂缝的一种修补方法。具体讲有以下两种方式：（1）玻璃布粘贴。玻璃布一般采用无碱玻璃纤维织成，它比有碱玻璃纤维的耐水性好，强度高。（2）钢板粘贴。此法是用环氧基液粘结剂涂敷在整个钢板上，将钢板粘贴在钢筋结构物的薄弱部位，使之与结构物形成整体共同受力，限制裂缝展开，改善主梁的受力状态。 表面喷浆。喷浆修补是在经过处理的裂缝表面，喷射一层密实而且强度高的水泥砂浆保护层来封闭裂缝的一种修补方法。根据裂缝的部位、性质和修理要求与条件，可分别采用无筋喷浆、挂网喷浆，或挂网喷浆结合凿槽的嵌修补等修补方法。 打箍加固封闭法。当钢筋混凝土产生主应力裂缝时，可采用在裂缝打箍加固的封闭的方法。打箍加固焊成或圆钢制成，打箍加固与梁的上下面接触处可垫以角钢或钢板，角钢或钢板面积及箍的横截面积，按修补加固部位主应力的大小而定，箍的安全应力及混凝土的抗压强度通过计算而定。
三、裂缝产生的原因分析
桥梁结构能够观察到的严重裂缝损害，很多都是由于温度引起的内应力和约束应力所造成的。混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形受到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝，薄、厚构件的连接处易发生裂缝；在箱形桥梁中，当桥面板的温度与底板温度有较大差别时，箱形梁腹板处容易开裂；浇筑大体积混凝土时、由于产生水化热，致使混凝土内外温差过大，使得混凝土表面开裂：混凝土在降温收缩时受到约束，内部产生拉应力，混凝土也容易开裂。此外，蒸汽养护或冬季施工时，若施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，也易导致裂缝的产生，大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9％，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30％～50％。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝，而在设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算;计算模型不合理;结构受力假设与 实际受力不符;荷载少算或漏算;内力与配筋计算错误;结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性;设计断面不足;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足;设计图纸交代不清等；实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。次应力裂缝也是由荷载引起，仅是按常规一般不计算，但随着现代计算手段 的不断完善，次应力裂缝也是可以做到合理验算的。例如现在对预应力、徐变等产生的 二次应力，不少平面杆系有限元程序均可正确计算，但在40年前却比较困难。在设计上，应注意避免结构突变(或断面突变)，当不能回避时，应做局部处理，如转角处做圆 角，突变处做成渐变过渡，同时加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋，对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。 荷载裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。这类裂缝多出现在受拉区，但必须指出，如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，往往是结构达到承载力极限的标志，是结构破坏的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。
结语
在桥梁施工中，混凝土裂缝是常见的问题，然而，裂缝的产生对桥梁寿命的影响是巨大的。必须在施工中，全面分析裂缝产生机理，控制施工温度，对于产生的裂缝必须采取积极有效的措施，这样才能确保桥梁质量。
参考文献：
[1]韩素芳，钢筋混凝土结构裂缝控制指南(第二版).[M].北京：化学工业出版社，2006．
[2]JTG D60―2004，公路桥涵设计通用规范[S].
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