大体积混凝土桥台裂纹检测及成因研究

后明山

（贵州宏信创达工程检测咨询有限公司）

桥台一般为大体积混凝土，而对大体积混凝土而言，裂缝、裂纹是最常见的问题，如果裂缝产生而且没有被及时发现，则会不断扩大和发展，造成钢筋锈蚀与混凝土脱落等问题，不仅影响桥台整体外观，而且还会带来安全隐患。因此，在实际工作中必须重视并做好裂缝检测。

1 工程概况

某桥梁为双幅公路桥梁，左、右两幅的孔数分别为18孔和20孔，采用T形桥台，桥墩截面形状为圆形，基础采用钻孔桩和挖井相结合的形式。台帽采用抗冻融混凝土，强度等级为C35，台身采用普通混凝土，强度等级为C30。通过现场观测可以发现，本桥梁18#桥台产生开裂，裂缝从台帽开始不断向下延伸到地表[1]。

2 桥台裂纹检测方式

按照检测单位相关要求，采用超声波检测法检测桥台处裂缝，确定裂缝深度，判断裂缝的开裂程度，为裂缝处理方案的编制提供参考和依据，确保结构处在安全稳定的状态，并提高结构的耐久性。此外，还应对混凝土强度进行综合评定，确定钢筋所在具体位置。在实际工作中，主要采用下列几种方法。

（1）回弹法

以现场施工条件为依据，采用通用的强度检测曲线，利用回弹法对台身实际强度进行检测。在施测的过程中，桥台表面应合理布置一定数量的测区，充分考虑浇筑面和混凝土碳化方面的修正。由于台身混凝土浇筑施工时间通常很短，需要在台身选择具有一定代表性的点位，均匀喷洒一层酚酞试剂，确定混凝土的实际碳化深度[2]。

（2）钢筋所在位置检测

为使裂缝检测实际结果达到预期的精度要求，避免钢筋的存在对最终检测结果造成太大影响，需要在进行裂缝的检测工作前，利用定位仪等设备仪器对测区内钢筋具体位置进行准确检测。

（3）裂缝深度检测

利用超声波法对裂缝实际深度大小进行检测是指结构中超声波的传播会在遇到缺陷时发生绕射，此时根据波幅等相关参数发生的变化，能对裂缝深度进行判断，并通过计算予以验证。此外，在超声波检测过程中，宜采用单面平测的方法，主要有以下几个检测步骤：

①以裂缝的实际走向为依据布置测线和测点；

②对混凝土表面进行彻底清理和平整，到换能器能和避免良好贴合为止；

③确定跨缝测点及不跨缝测点的具体位置；

④进行规范的超声波检测工作，除跨缝实时测量外，还应考虑不跨缝条件下的测量；

⑤根据具体的检测结果对裂缝深度进行准确计算，计算公式为：

式（1）中，dci表示跨缝测距过程中对应的裂缝深度，单位：mm；t0i表示声时的实测值，单位：μs；v表示超声波传播速度，单位：km/s；li表示传播距离，单位：mm。

测线处裂缝实际深度可采用以下公式进行计算：

式（2）中，mdc表示裂缝深度；dci表示跨缝测距过程中对应的裂缝深度，单位：mm；n表示相同测线内的测区总数。

⑥裂缝深度的确定可采用以下方法进行：在跨缝测量过程中，如果传感器产生首波反向的现象，则应采用式（1）对dci进行计算，并求取平均值来作为推定值。如果传感器没有产生首波反向的现象，则可以先求取dci均值，再与其它测距对应的均值对比，剔除差异较大的项后，将余下均值直接作为推定值[3]。

3 检测结果与分析

根据现行的检测作业规程，对台身处混凝土实际强度实施推定。为对裂缝的特征进行直观描述，在现场利用显微镜观察裂缝，同时绘制出裂缝实际分布的图像。在此之后，运用超声波检测分析装置采用单面平测的方法对裂缝的实际深度进行准确检测。

（1）强度评定

按照现行检测作业规程，对桥台混凝土实际强度进行推定，并作必要的碳化试验和检测。结果表明，台身碳化实际深度几乎为0，基于此，采用回弹法对混凝土强度实施推定时，可不考虑碳化造成的影响。经数据统计与计算，本桥台的强度推定值确定为38.4MPa。

（2）裂缝特征

在台身的中间区域发现一条沿竖向分布的裂缝，为准确描述裂缝实际发展情况，现场运用显微镜实施观测。经观测，最大裂缝的宽度在0.11～0.57mm范围内，已超出现行规范的相关要求，必须进行修补处理[4]。

（3）裂缝深度

根据现场的实际条件，结合规范与规程，在裂缝走向均匀布置测线和测点。此外，为防止裂缝对检测结果造成太大影响，钢筋和侧线之间的夹角应按45°进行控制。检测采用超声波仪进行，最大裂缝深度检测结果为：1#测线裂缝深度为70.54mm；2#测线裂缝深度为31.83mm；3#测线裂缝深度为89.81mm；4#测线裂缝深度为27.29mm。可见，裂缝深度在27.29～89.81mm范围内，通过与现有技术规范的对比，确定该裂缝属于表面裂缝，并未形成贯通。

4 裂缝成因

因桥台在完成混凝土施工后，未直接承受施工与使用的荷载，所以可基本排除外力或基础沉降造成的影响。由于裂缝具有规则性，所以也不是因为混凝土质量问题造成的。台身浇筑一次性完成，未进行分层与分块，并且采取了合理有效的降温与控温措施。台身浇筑完毕后，水泥会产生大量水化热，同时集料也会吸收环境中的热量。因混凝土自身导热能力较差，大量的热都聚集在台身内部，因此形成一个高温度场[5]。在进行施工时，若未采取有效降温措施，加之直接受到养护方面的影响，表面快速散热，容易产生较高的温度差，最终在浇筑的过程中产生很大应力。因混凝土自身弹性模量及早期强度都较低，所以如果混凝土实际强度不足以抵抗以上应力，则就会在表面产生开裂的现象。此外，本桥梁台身的开裂是从中间部位开始的，通过对工艺方法、台身尺寸、裂缝特点等的综合考虑，确定引起台身开裂问题的主要原因为水泥硬化过程中释放出大量水化热。这一结论能为后续施工提供真实可靠的依据，为防止由于这一原因造成的裂缝奠定基础。

5 结束语

通过无损检测可以看出，本桥台身最大裂缝的宽度在0.11～0.57mm范围内，深度在27.29～89.81mm范围内。本桥梁台身的开裂是从中间部位开始的，通过对工艺方法、台身尺寸、裂缝特点等的综合考虑，确定引起台身开裂问题的主要原因为水泥硬化过程中释放出大量水化热。在侵蚀介质不断作用下，台身一旦开裂，将使内部钢筋发生锈蚀，钢筋在锈蚀后体积增大，使保护层脱落，造成严重影响和损失，使结构偏不安全，甚至引发安全事故。基于此，应在布置观测点的基础上对裂缝实际情况和发展情况进行动态观察，同时制定行之有效的修补方案及对策。

参考文献

[1]郭晓明，王伟安.水运工程大体积混凝土裂纹预防与控制[J].绿色环保建材，2018（02）：210.

[2]赵 剑.大体积混凝土裂纹的防治与修补[J].河南建材，2017（03）：192～194.

[3]孟云，陈国祥，宋俊伟.某悬索桥锚锭大体积混凝土后期裂纹成因分析[J].交通科技，2016（01）：45～48.

[4]林海燕.基于断裂力学的大体积混凝土施工阶段裂纹研究[J].黑龙江交通科技，2014，37（01）：7～8.

[5]张 垒，高建，刘中存，王 辉.大体积混凝土裂纹分析及预防措施[J].石油化工建设，2012，34（04）：92～95.