道路桥梁施工中裂缝的原因分析

道路桥梁施工中裂缝的原因分析

刘奉良

刘奉良

中铁六局北京铁建公司

摘要：随着国家经济的发展，道路桥梁建设的社会地位越来越重要，但道路桥梁施工极具复杂性，因此稍有不慎，便会产生施工裂缝，由此给道路桥梁的施工质量及使用安全造成严重威胁。为此，本文侧重探讨道路桥梁施工裂缝的成因。

关键字：道路桥梁；施工裂缝；成因

一、引言

道路桥梁施工裂缝会对道路桥梁结构的连续性及力学性能造成严重的影响，如削弱结构刚度、增加桥梁挠度、增大钢筋应力及破坏结构。此外，若道路桥梁出现施工裂缝，则空气及水会经此通道破坏混凝土内部结构，从而降低道路桥梁的耐久性，如加重钢筋腐蚀、引起保护层剥落及降低抗渗性能，同时施工裂缝亦会对道路桥梁的外观质量造成影响。可见，重视对道路桥梁施工裂缝的研究及控制具有现实意义。为此，本文侧重讨论道路桥梁施工裂缝的成因。

二、道路桥梁施工裂缝的类型

混凝土硬化期间释放的热量会使混凝土内部温度持续升高，从而导致混凝土表面出现拉应力，而混凝土施工后期温度的降低会使混凝土内部出现接应力，由此导致混凝土工程出现各种裂缝。道路桥梁施工裂缝分为结构性裂缝、非结构性裂缝两类。两种施工裂缝的成因与产生的结果各不相同。（一）结构性裂缝是由桥梁结构承载力过低或外界荷载过大所引起的施工裂缝。据此定义可知，道路桥梁出现结构裂缝的原因是桥梁的强度、刚性及延性过低。（二）非结构性裂缝是由外界环境变化所引起的道路桥梁非荷载结构变形或混凝土无法满足自身需求而引起的变形。与结构性裂缝相比，非结构性裂缝不会影响到道路桥梁结构的局部或整体承载力，但会影响到道路桥梁的美观性及耐久性，亦或使结构的承载力被削弱。

三、道路桥梁施工裂缝的成因

（一）结构性裂缝的成因

从结构性裂缝的力学原理来讲，道路桥梁结构性裂缝分为局部应力、预应力二次、弯曲、剪切、拉压及扭曲裂缝。研究表明，当前常见的结构性裂缝多由荷载所致，而荷载又分为间接荷载、直接荷载两种。直接荷载多由预应力、恒（活）载及风所致，间接荷载多由环境因素所致。结构性裂缝的发生机理为：若混凝土的实际负载压力较极限压力的30%~50%小，则界面便会产生系列细微的裂缝，而卸载后的混凝土并不会发生较大变形，此时混凝土保持着线弹性的稳定状态；若混凝土的实际负载压力较极限压力的50%~75%大，则原来细微的裂缝会延伸及加宽至水泥砂浆，同时亦会出现新的裂缝，此时裂缝保持着稳定扩展的状态；若混凝土的实际负载压力持续增加，则原有的裂缝或快速延伸及加宽至连续裂缝的产生，此时被贯通性裂缝分割的混凝土会丧失承载力或失稳破裂。与直接荷载相比，间接荷载的产生是持续性的过程。

（二）非结构性裂缝的成因

从裂缝的形成机理来讲，非机构性裂缝分为温度裂缝、塑性裂缝及收缩裂缝三种。虽然三种裂缝均属非结构性裂缝，但三者的成因各不相同。

1.收缩裂缝。众所周知，混凝土凝固后的体积较原来的体积小，而道路桥梁混凝土体积的缩小定会致使混凝土表面出现收缩裂缝。收缩裂缝多顺着梁、板的长边呈均匀状及细密形态分布。道路桥梁侧面部位及平面部分分布着大体积混凝土，且拖筋位置分布着预制构件。若混凝土梁足够高，则梁的腰部会出现竖向裂缝，具体集中分布在构件的中部位置，且呈两头细、中间宽的形态。研究表明，出现此现象的原因为：若配筋密度大，则裂缝少；若密度少，则混凝土的实际拉力低，此时便会产生更多的裂缝。此外，泥沙的含沙量亦会对收缩裂缝的产生造成影响，即若含少量大，则裂缝多。可见，必须对道路桥梁所用混凝土的水泥含量、水灰、含沙量及砂石含量进行严格控制，同时混凝土必须振捣密实及养护到位，即板面抹匀压实、养护时间延长，如此方才能实现对收缩裂缝的有效控制。

2.早期塑性沉降裂缝。塑性收缩裂缝是新拌混凝土凝固期间表面水分蒸发所致的裂缝，多分布在构件的外露表面。混凝土凝固初期仍保持着流塑状态，此时重力作用会使混凝土逐渐被压实，同时表面水分的蒸发会使混凝土表面出现干缩现象，并最终出现塑性沉降裂缝。例如，混凝土浇筑后数小时内便会出现参差不齐、走向不规则的裂缝，即称为龟裂。研究表明，塑性沉降裂缝具有下列特征：集中分布在构件表面水平钢筋的上方；若保护层较弱，则裂缝会顺着钢筋长度方向延伸；若钢筋直径较粗、保护层较弱，则此裂缝现象越明显。苏型裂缝出现此种现象的原因为：未凝固的混凝土浆体会下沉及水分会上移，此时混凝土浆体表面便会出现塑性沉降裂缝，同时水平钢筋的底部会出现水分孔隙。可见，必须对混凝土的水灰比进行严格控制，亦可适当添加比例相当的减水剂及粉煤灰，以免道路桥梁混凝土出现早期塑性沉降裂缝。此外，混凝土浇筑两小时后应相继进行二次振捣及表面振实，注意振捣的时间及速度必须控制到要求范围，以此确保混凝土的密实性。混凝土的养护过程，务必要控制好浇筑早期水分的蒸发，同时注意夏季严禁阳光直射、冬季重视御寒保温及竖向模板涂抹脱模剂。

3.水化热温度裂缝。道路桥梁施工过程，混凝土的拌和作业定会出现水化过程或升降温效应，特别是大体积混凝土的升降温往往受到温差边界约束力的影响，从而使混凝土出现自约束应力，并最终形成裂缝。研究表明，道路桥梁混凝土浇筑三天后，混凝土的温差值最大，且若此文差值超过20℃，则定会出现开裂现象。此裂缝的分布多受道路桥梁结构特征的影响，如混凝土长边中心、顶底板相交角隅及腹板位置均有水化热温度裂缝的分布。可见，必须从材料、工序及温度角度进行控制，方才能实现对水化热温度裂缝的有效控制。从就温度控制来讲，混凝土的入模温度应＜20℃；混凝土内部的最高温度应＜65℃；混凝土表面与中心的温差应＜25℃，而常用的温控方法由有设计循环冷却水管、控制混凝土温度梯度及冷水回流冷却。从施工工序来讲，若混凝土浇筑厚度过大，则采取分层法完成浇筑，以确保混凝土低水平的入模温度。从材料来讲，应选用低水化热的水泥，亦或以特定比例添加减水剂及粉煤灰，由此实现对水泥用量的有效控制。

总之，混凝土道路桥梁施工裂缝的出现具有不可避免性，因此准确掌握各种裂缝出现的原因及采取相应的处理办法对提高道路桥梁的施工质量及使用安全非常必要。

参考文献：

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