浅谈高速公路桥梁施工中桥梁裂缝的成因

浅谈高速公路桥梁施工中桥梁裂缝的成因

樊孝富

中交第二航务工程局有限公司湖北省武汉市

摘要：施工裂缝在桥梁工程中是各种病害的有力体现，只有在施工组织科学、原材料严格控制、技术到位的情况下才能有效避免。本文对高速公路桥梁施工中桥梁裂缝的成因进行了探讨。

关键词：高速公路；桥梁施工；桥梁裂缝；成因；措施

混凝土桥梁作为高速公路系统的一个重要组成部分，能带动全国的经济发展，然而桥梁的安全问题则是高速公路的重中之重。桥梁部件的裂缝存在，给桥梁安全问题埋下了隐患，因此对桥梁裂缝进行合理有效的处理非常关键。

一、高速公路桥梁施工中桥梁裂缝的成因

1、温度和湿度

在一般情况下，混凝土具有热胀冷缩的特点，水泥出现的水化放热、阳光照射、周围温度的变化、大气温度的变化、湿度等因素均会对混凝土膨胀收缩的现象造成影响，在此过程中混凝土会产生出一定的应力，当应力超出混凝土所能承载的强度后，其表面就会产生裂缝。混凝土裂缝问题不同于其他建筑的裂缝，因为混凝土裂缝受多半是由于温度产生的，其受温度影响严重，裂缝会随着温度的升高或降低而出现缩拢或者扩张。混凝土浇筑完成后，水泥热量不易散发，进而引起其内部温度升高，若混凝土表面与内部温差达到极限，就可能会出现裂缝的现象，在浇筑后，没有对混凝土表面覆盖塑料薄膜或麻袋，保障其湿度以及内外温差，未全面了解混凝土在强度发展过程中内部的温度分布情况，根据温度梯度的变化情况，控制混凝土的内外温差、降温速率，进而出现裂缝现象。在混凝土逐渐凝固的过程中，其表层的水分蒸发很快，其内部也会产生剧烈的水化反应，这些足以使混凝土的内部结构发生巨大变化，进而使其出现裂缝。

2、荷载

桥梁混凝土受到动荷载、静荷载以及次应力的作用时，会产生荷载裂缝。荷载裂缝包括两种主要形式：直接应力裂缝和次应力裂缝。桥梁混凝土在受到向外荷载后产生次应力导致桥梁混凝土产生的裂缝被称作次应力裂缝，如在设计内力时出现的错误，或者运输车辆的违规运行等；桥梁混凝土在受到向外荷载后产生直接应力导致桥梁混凝土产生的裂缝被称作直接应力裂缝。如桥下过往船舶与公路桥梁的桥墩发生激烈碰撞，或者受到洪水，地震等自然灾害的影响。

3、钢筋锈蚀

一般情况下，公路桥梁的主要结构均长时间暴露在外部环境中，加之其所处环境的影响以及防腐设施的缺乏，使高速公路桥梁的自身保护功能低于一般的建筑，在其施工中经常受到外界条件的腐蚀，在不同程度上影响了公路桥梁内部的钢筋结构，因此钢筋的体积会出现膨胀现象，进而使混凝土发生不同程度上的裂缝现象。如果不及时修护，其裂缝会随着时间的推移越来越大，影响越来越严重，最后出现保护层剥落以及钢筋断裂的情况。

4、施工技术原因

在高速公路桥梁施工中，产生混凝土裂缝问题的常见的原因是混凝土自身的热胀冷缩现象，收缩会导致混凝土体积发生变形，主要包括缩水收缩、塑性收缩、自生收缩以及炭化收缩。在混凝土浇筑5小时后，其水泥成分的内部会发生水化反应，使水分析出，在水泥中形成分水链，由于水分过快蒸发，混凝土中的骨料会出现下沉情况，若混凝土此时还没有完全硬化，则发生塑性收缩。一般情况下，混凝土骨料在下沉过程中会受到一些阻拦，因此会沿着钢筋的布置方向产生收缩裂缝。在混凝土硬化后，其表面水分蒸发，因此内部温度就会逐渐下降，混凝土体积就会减小，进而出现缩水收缩现象。若混凝土内外部收缩力度不均衡，外部则受到内力的制约，致使表面承受来自内部的拉力，当拉力超过混凝土表面的承受极限时，会产生收缩裂缝的现象。

二、高速公路桥梁施工中桥梁裂缝的控制措施

1、严格控制混凝土原料

在温度裂缝产生的机理分析中可以看出，混凝土原料的配比及质量是其产生的主要原因。在桥梁施工中，施工方为避免施工裂缝，首先选用了收缩性能较低的水泥，在实际配比中所采用的水泥强度要比混凝土强度高一个级别，如要配置C30的混凝土一般采用42.5的水泥进行配比。在配比完成浇筑过程后观察其施工裂缝数量有明显较低。其次对于骨料的选择也要严格控制，如粗骨料中要严格控制片石、针片石的数量，细骨料不能采用海砂及细砂，并且骨料的含泥量要少才能避免含水量过大，骨料的收缩性能也要小。当夏季进行配比时可以适当进行洒水处理，来减缓混凝土在浇筑过程中水化速度，降低混凝土入模板时的温度。

2、严格控制温度

温度是混凝土发生化学反应最敏感的因素，在水泥采购时可以尽量选择粉煤灰水泥、矿渣水泥等中热或者低热的水泥。并且可以掺入塑化剂或者引气剂等措施来减少水泥的用量，水泥最合适的用量是450kg/m3。其次在拌合过程中可以加入减水剂俩改善拌合的流动性，降低水化热反应，从而推迟热峰出现的时间。并且在浇筑过程中可以采取分层浇筑或者室内浇筑，通过分层浇筑的平面进行散热来控制混凝土的温度上升。因为在桥梁设计中，有许多设计为大体积混凝土，体积越大将会导致温度应力越大，可以在混凝土中埋设冷却水管，通过冷水注入降低内外温差降低水化热反应。梁体混凝土浇筑完成后要及时进行覆盖养护，并且养生时间一定要达标，才能保证混凝土表面的冷却。

3、严格控制非结构性裂缝

干缩裂缝、塑性收缩裂缝、塑形沉降裂缝都属于非结构性裂缝，干缩裂缝的防治措施主要是在设计时布置足够的分布筋，并且施工时尽量增加骨料用量，采用大骨料粒径等措施来降低干缩裂缝的产生。塑形收缩裂缝可以在结构外铺设土工布、海绵进行洒水养护，并且加强早起混凝土养护或者降低混凝土中水分的散失速度。沉降裂缝主要是在基础施工中要处理好基层土质，每一层基层施工中要对其压实度及灰剂量进行检测。

4、施工过程中的荷载控制

（1）仔细阅读并且分析施工图纸是施工前必须做的准备工作，施工人员要在理解设计者的构图思路和各方面要求的前提下，认真分析桥梁不同组成部分的受力特征和负荷能力，为制备完善的施工方案打下基础。

（2）完善的施工方案需要具备恰当合理的实施顺序，明确指出操作的前后顺序。

（3）由于结构荷载产生裂缝时常发生，首先要明确裂缝的类型和造成裂缝的真正原因，采取富有针对性的措施治理裂缝，减少损失。同时，要定期检查桥梁的安全问题，尽量避免裂缝等问题的出现。

（4）对症下药治理裂缝是十分重要的。在治理过程中要综合考虑结构承载力、收缩、温度变化等多方面的因素，避免再次出现裂缝现象。

（5）为了减少安全隐患，我们要适时检测桥梁的强度和震动疲劳。制定系统全面的操作规范和惩处规定，规范施工人员的行为，尽量减少由于人为原因造成的桥梁安全问题。

5、对以有裂缝的补修措施

（1）表面补修

表面补修是对混凝土表面进行修补，即在混凝土裂缝的表面涂一层保护膜。在施工过程中，先将混凝裂缝内的杂物清除，并用水冲洗干净。排除积水后，在裂缝处用树脂进行填充，对适当部位进行涂抹。

（2）灌浆法

灌浆法是用真空压力装置将浆质料压进裂缝，一段时间后，裂缝中的浆质料会逐渐强化、硬化，使混凝土与其成为一个整体，此种方法能长期有效的避免裂缝现象再次发生，其整体的密封性良好。

（3）嵌缝法

嵌缝法是在混凝土产生的裂缝处开槽，然后向其中添置一些止水材料，这样补修既能封堵裂缝，又能确保混凝土的表面平整。此方法在补修裂缝方面十分有效。

总之，针对裂缝问题的严重性，我们要不断学习先进的工程技术，借鉴发达国家的成功经验弥补自身的不足，提高桥梁施工的安全保障，减少甚至杜绝裂缝现象的发生。

参考文献：

[1]宋志伟.桥梁建设施工管理中存在的问题分析[J].公路与汽运.2015（03）

[2]安朗，崔凤坤.桥梁工程保险费率厘定模型研究[J].公路与汽运.2015（04）

[3]黄攀.沙河特大桥钢管混凝土拱桥施工监控[J].黑龙江交通科技.2015（03）