淺談混凝土橋梁施工裂縫有效控制

譚靈堅(jiān)

（河池公路管理局，廣西 河池 547000）

我國絕大部分的橋梁使用的都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形式的橋梁具有價(jià)廉物美、施工方便、承載力大、可裝飾性強(qiáng)的特點(diǎn)，然而，該結(jié)構(gòu)形式的橋梁同時(shí)也有著不可避免的問題——裂縫的產(chǎn)生。在橋梁施工過程中，裂縫的出現(xiàn)不僅影響工程質(zhì)量，甚至可能導(dǎo)致橋梁垮塌?；炷翗蛄菏┕ぶ械牧芽p問題經(jīng)常困擾著橋梁工程技術(shù)人員，其實(shí)，如果采取有效的施工措施，很多裂縫是可以有效控制的。文章試對(duì)混凝土橋梁在施工過程中產(chǎn)生裂縫的原因作較為全面的分析、總結(jié)，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施，以便在設(shè)計(jì)和施工時(shí)有效地控制裂縫的產(chǎn)生，保證工程質(zhì)量。

1 混凝土橋梁設(shè)計(jì)原理

混凝土橋梁具體的設(shè)計(jì)過程是按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)來進(jìn)行的。按承載能力極限狀態(tài)是控制結(jié)構(gòu)在喪失服務(wù)能力臨界狀態(tài)時(shí)的承載能力，其設(shè)計(jì)的基本原則是要求荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值要小于結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計(jì)值。同時(shí)利用荷載安全系數(shù)、材料安全系數(shù)及工作條件系數(shù)來考慮不確定因素作用下的結(jié)構(gòu)總體的安全儲(chǔ)備，是一種極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。按正常使用極限狀態(tài)是控制結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)時(shí)應(yīng)力，裂縫和變形小于一個(gè)限定值，即使用容許裂縫寬度來控制混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

有關(guān)規(guī)范規(guī)定：在一般正常大氣條件下，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在荷載組合Ⅰ的作用下，計(jì)算得到的最大裂縫寬度不應(yīng)超過0.2 mm；在荷載組合Ⅱ和Ⅲ作用下，不應(yīng)超過0.25 mm；處于嚴(yán)重暴露情況（有侵蝕性氣體或海洋大氣）下的鋼筋混凝土構(gòu)件，容許裂縫寬度不應(yīng)超過0.1 mm?；炷翗?gòu)件容許裂縫的存在，是由混凝土抗拉能力差、容易開裂的缺點(diǎn)決定的。通過對(duì)大量工程實(shí)例的研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的混凝土構(gòu)件都是帶裂縫工作的，只是有些裂縫太細(xì)（縫寬小于0.05 mm），對(duì)構(gòu)件無大的危害，而有些裂縫在使用荷載或外界物理化學(xué)因素的作用下，不斷擴(kuò)展，使混凝土的強(qiáng)度和剛度受到削弱，耐久性降低，甚至發(fā)生事故，這些裂縫必須加以控制。

2 混凝土橋梁裂縫五大常見成因及預(yù)防措施

2.1 收縮引起的裂縫

2.1.1 成因

在實(shí)際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是混凝土發(fā)生體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。其中，塑性收縮所產(chǎn)生量級(jí)很大，在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫?？s水收縮則是因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，進(jìn)而產(chǎn)生收縮裂縫。

2.1.2 預(yù)防措施

防止塑性收縮裂縫的措施是加強(qiáng)早期混凝土養(yǎng)護(hù)以降低混凝土中水分蒸發(fā)速率，方法是結(jié)構(gòu)外露面覆蓋麻袋、海綿等澆水保濕養(yǎng)護(hù)。防止干縮裂縫的措施有設(shè)計(jì)部門布設(shè)足夠的控制裂縫的分布筋，施工配合比設(shè)計(jì)時(shí)減小水灰比，盡量增加骨料用量、增大骨料粒徑，施工完成后加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)。

2.2 施工質(zhì)量引起的裂縫

2.2.1 成因

由于施工質(zhì)量原因而產(chǎn)生的裂縫發(fā)生率在95 %以上。在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，就容易產(chǎn)生各種裂縫。如施工時(shí)拆模過早、混凝土強(qiáng)度不足使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

2.2.2 預(yù)防措施

制定合理的施工方案，方案中著重強(qiáng)調(diào)一定澆筑量、施工縫間距、位置及構(gòu)造、澆筑時(shí)間、運(yùn)輸及振搗等。一次澆筑長度由垂直施工縫分割，最好是設(shè)置在變截面處或承受拉、剪、彎應(yīng)力較小的部位。除控制一次澆筑厚度外，分層位置即水平施工縫留設(shè)位置也應(yīng)加以注意，一般來說，因盡量留在變截面處，或遠(yuǎn)離受拉鋼筋部位而設(shè)在混凝土砼的受壓區(qū)，確定澆筑時(shí)間的原則是應(yīng)盡量避開炎熱天氣和晝夜溫差大的日子。

2.3 施工材料質(zhì)量引起的裂縫

2.3.1 成因

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成，配置混凝土所采用的材料質(zhì)量不合格就可能產(chǎn)生裂縫。如：水泥安定性不合格、出廠時(shí)強(qiáng)度不足、受潮或過期、含堿量較高；使用含有堿活性的骨料，砂石粒徑太小、級(jí)配不良、空隙率大及使用超出規(guī)定的特細(xì)砂；采用海水或含堿泉水拌制混凝土或采用含堿的外加劑等，都可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

2.3.2 預(yù)防措施

嚴(yán)格按照施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工操作，嚴(yán)格抽樣檢查原材料（鋼筋、水泥、砂、碎石、水等），對(duì)混凝土配合比應(yīng)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，在高溫或雨后施工時(shí)，砂、碎石應(yīng)進(jìn)行含水量實(shí)驗(yàn)，及時(shí)調(diào)整施工配合比，確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量。

2.4 溫度變化引起的裂縫

2.4.1 成因

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，在結(jié)構(gòu)內(nèi)易產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫區(qū)別于其他裂縫最主要的特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。常見的情況有橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后，溫度梯度呈非線形分布，由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫；冬季施工措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱出現(xiàn)裂縫等。

2.4.2 預(yù)防措施

防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫；防止混凝土超冷，應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度；防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

2.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫

2.5.1 成因

由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2倍～4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

2.5.2 預(yù)防措施

要防止鋼筋銹蝕，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護(hù)層厚度（當(dāng)然保護(hù)層亦不能太厚，否則構(gòu)件有效高度減小，受力時(shí)將加大裂縫寬度）；施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強(qiáng)振搗，保證混凝土的密實(shí)性，防止氧氣侵入，同時(shí)嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其他存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。

2.6 其他常見裂縫成因

混凝土橋梁裂縫種類、成因復(fù)雜，多種因素相互影響，每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因。除了上述歸納總結(jié)的以外，導(dǎo)致混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫的因素還有許多，如設(shè)計(jì)和施工不合理產(chǎn)生的裂縫、荷載引起的裂縫、養(yǎng)護(hù)條件引起的裂縫、地基礎(chǔ)變形引起的裂縫、凍脹引起的裂縫等，在此不再詳細(xì)闡述。

3 混凝土橋梁裂縫的修補(bǔ)建議

橋梁施工規(guī)范規(guī)定，混凝土表面裂縫寬度小于0.15 ram、深度小于10 mm時(shí)，可不進(jìn)行處理，一旦裂縫超出上述規(guī)定，則必須進(jìn)行修補(bǔ)處理，針對(duì)不同情況，建議如下：

3.1 表面處理法

表面處理法包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法，表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫、深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫、不漏水的裂縫、不伸縮的裂縫以及不在活動(dòng)的裂縫。表面貼補(bǔ)法適用于大面積漏水的防滲堵漏。

3.2 灌漿法

此法應(yīng)用范圍廣，從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。

3.3 結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法

因超荷載產(chǎn)生的裂縫，長時(shí)間不處理導(dǎo)致混凝土耐久性降低的裂縫，火災(zāi)造成的裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的裂縫可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等。

綜上所述，橋梁裂縫形成的原因多種多樣，就目前的技術(shù)而言，保證橋梁工程不出現(xiàn)裂縫是不現(xiàn)實(shí)的，但只要我們在具體施工中多觀察，多分析，按照設(shè)計(jì)圖紙、施工技術(shù)規(guī)范及有關(guān)操作規(guī)程進(jìn)行施工，便能夠把不必要的隱患消滅在萌芽狀態(tài)，創(chuàng)造出符合現(xiàn)代混凝土橋梁的優(yōu)秀作品。