基于混凝土桥梁施工裂缝的产生原因及控制探讨
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【摘要】随着我国桥梁技术的突飞猛进，大体积混凝土在桥梁结构中的应用也越来越广泛。混凝土是应用最广泛最重要的工程材料之一。本文作者介绍混凝土桥梁施工过程中易产生的裂缝，分析产生裂缝的原因，探索在施工过程中应采取的控制措施，以供参考。
【关键词】 混凝土；桥梁；裂缝；控制
近年来，我国交通基础建设得到迅猛发展，各地兴建了大量的混凝土桥梁。在桥梁建造和使用过程中，有关因出现裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的报道屡见不鲜。混凝土桥梁裂缝，对桥梁的结构破坏、表面美观及桥梁的寿命都有着重要的影响，究其原因有多方面的，如何控制，是我们长期探讨研究的问题。
一、桥梁常见裂缝及产生的原因分析
混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：1.1荷载引起的裂缝
混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。
1.1.1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；构造处理不当；设计图纸交代不清等。
1.1.2施工阶段
不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构结构受力特点，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，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。
1.1.3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、撞击；发生大风 、大雪、地震、爆炸等。次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。⑴ 在设计外荷载作用下，由于结构物的
实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。例如两桥拱脚设计时常布置“X”形钢筋、同时削减该处断面尺寸的办法设计铰，理论计算该处不会存在弯矩，但实际该铰仍然能够抗弯，以至出现裂缝而导致坏基础。
⑵ 桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。
⑶ 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。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。
⑷ 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、受剪区或振动严重部位。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。
1.2温度变化引起的裂缝
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，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时，即是生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素有：
⑴ 年温差：一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移，一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝，例如拱桥、刚架桥等。我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度。考虑到混凝土的蠕变特性，年温差内力计算时混凝土弹性模量应考虑折减。
⑵ 日照：桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。
⑶ 骤然降温：突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实桥资料进行，混凝土弹性模量不考虑折减。
⑷ 水化热：出现在施工过程中，大体积混凝土（厚度超过2.0米）浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥单位用量，减少骨料入模温度，降低内外温差，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。
⑸ 蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝 。
1.3基础沉降变形引起的裂缝
在预应力混凝土箱梁基础竖向不均匀的沉降，使结构产生附加应力，当超过结构抗拉能力时，将产生裂缝。
1.4钢筋锈蚀一起裂缝
由于混凝土质量较差或保护层厚度不够，钢筋中铁离子与浸入混凝土中的氧气和水分发生反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来体积的2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、破落。
1.5施工工艺不良引起裂缝
在预应力混凝土箱梁浇筑过程中若施工工艺不合理，施工质量低劣，如保护层过厚、混凝土振捣不密实、不均匀、混凝土浇注过快、混凝土搅拌、运输时间过长、混凝土初期养护不好、混凝土分层浇筑时，接头部位处理不好、混凝土早期受冻等因素，都可能产生各种形式的裂缝。
二、 施工过程中的防治措施
从以上各种类型裂缝的分类及成因来看，造成混凝土桥梁裂缝的原因很多，互相影响、错综复杂。根据调查资料分析，造成混凝土桥梁裂缝，施工质量不好是主要原因，下面主要谈谈混凝土桥梁裂缝施工阶段的防治措施：
2.1配合比设计考虑裂缝因素
⑴ 配合比设计时应充分考虑混凝土收缩变形因素，考虑到桥梁箱梁各个阶段所产生的温度应力，把混凝土的变形特性作为混凝土质量的一个主要方面。
⑵ 尽量使用含泥量少、级配良好的砂石材料，洁净的拌合用水，减少混凝土体内杂质含量。慎用早强外加剂，采用较小的水灰比和较小塌落度，水泥用量在满足要求的情况下不宜过大。
2.2、施工工艺控制
⑴ 严格按图纸所示顺序施工，特别是预应力筋张拉程序应严格按规定执行，顶板横向预应力筋张拉不得推迟太晚，避免箱梁结构承受该阶段不该承受的外荷载。
⑵ 控制保护层在厚度允许正负差范围内，严格按图立模、下料，检查钢筋、模板尺寸，施工人员不得踩在已绑好钢筋面上。对振捣工人进行技术交底，控制混凝土厚度在30~40cm。混凝土浇注顺序按先低后高，先外侧后内侧顺序进行。
⑶ 尽量采用钢模施工。同时检查底模、侧模支撑牢固可靠，减少浇筑后模板、支撑的塑性变形，避免混凝土初凝后发生变形产生裂纹。
2.3、大体积混凝土的浇筑控制
⑴ 对于预应力混凝土变截面箱梁0#块，两头有横隔板将其封闭，导致混凝土浇筑后水泥水化热集中，可考虑采用二次浇筑工艺，第一次浇筑底板和腹板至上倒角，等其强度大于90%后，再浇筑顶板和翼板。对于合拢段，由于合拢后箱室内空气流通性差，不利于混凝土水化热的散热，必要时在人洞入口设置风扇加速空气流通，有利于散热。
⑵ 混凝土分层浇筑后，在浇筑后一层混凝土前及时对前一层混凝土进行二次振捣。如分二次浇筑，尽量减短两次混凝土浇筑的时间间隔，第一次浇筑底板时不宜随意将腹板浇高，否则该处在底板内形成应力尖角，造成裂缝产生。在浇筑第二层混凝土前将箱室内多余混凝土或杂质清除干净，将箱室内养生水清除干净，尽量减少浇筑顶板时人为的施工荷载，施工接缝处浮浆凿除，清水冲洗干净。
⑶ 做好箱梁混凝土养护工作，特别是早期养护阶段（终凝开始8h内）由于不宜过多淋水而采用覆盖麻袋养护法，其余应采用专人24h直接淋水保湿养护。
混凝土浇筑后拆模不宜过早，必须在混凝土强度及预应力张拉均满足要求后，才能拆模。2.4 、其他因素的控制
夏季施工时，应考虑气温对箱梁结构的影响，混凝土浇筑应尽量安排在夜晚温度较底时进行。
不得提高混凝土强度等级来弥补设计要求张拉控制强度，必须采用强度龄期双控制。
若预应力混凝土连续箱梁桥桥址处于软土地带，由于土灵敏度相当大而且具有触变性，当其受到外来荷载时，原有天然结构就发生变化，土粒间联结减弱，从而使地基承载力降低、支架、地基产生沉降，导致裂缝产生。所以应在混凝土浇筑后2~3天内封锁便道，不准任何车辆通过。
三、 结束语
总而言之，在桥梁施工中，混凝土裂缝是常见的问题。作者从多方面对混凝土桥梁产生裂缝成因作出了分析，相信以后在桥梁施工方面，对防止混凝土桥梁施工过程中裂缝的产生，以及对裂缝的控制工作打下了基础。
参考文献
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[3] JT041-2000，《公路桥涵施工技术规范》.
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