铁路桥梁墩身混凝土裂缝成因及防治措施

周志刚

（中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西 西安 710021）

铁路桥梁工程施工难度较大，存在工期长、风险高等多重特点，易出现混凝土裂缝。对此，需从裂缝的具体成因出发，提出合适的整改措施，为铁路桥梁工程的开展提供支持，最大程度上避免铁路建设缺陷，创造安全的施工与运营环境。

1 工程概况

某铁路桥梁工程中，墩身结构强度等级为C30，为圆端形重力式桥墩，坡比35∶1，各墩身高度有所不同，介于12～30m。利用大型定型钢模板辅助施工，拌合站用于配制施工所需混合料，由混凝土罐车转移至施工区域并利用吊车吊送入模。由于墩身施工量较大，采取多次施工的方式，单个墩身3～4次。现场作业环境复杂，对技术水平要求较高，尽管采取了科学的防控措施，但依然难以避免裂缝问题，不利于墩身施工质量，加大安全隐患。鉴于此，文章根据裂缝的实际情况，经探讨后总结防治措施。

2 铁路桥梁墩身混凝土结构裂缝类型及成因分析

2.1 裂缝类型

根据铁路桥梁混凝土材料的性能特点可以得知，裂缝的形式较为丰富，常见有干缩裂缝、沉陷裂缝、因外力作用产生的裂缝等。也可以以裂缝贯穿程度为判别依据进行分类，主要评定裂缝深度h与结构厚度H两项指标。若h≤0.1H，可视为表面裂缝；若为0.1H＜h＜0.5H，此时裂缝程度有所提升，为浅层裂缝；若为0.5H≤h＜1.0H，可视为纵深裂缝；特殊情况下h=H，则为贯穿裂缝[1]。

2.2 混凝土裂缝成因

根据大量工程案例，混凝土裂缝的生成机制较为复杂，容易受到多项因素的影响。因此，准确分析裂缝成因并非易事，实际分析工作中要兼顾裂缝发生区域与表象综合判断。

（1）干缩裂缝。水分蒸发极容易产生干缩裂缝。蒸发过程具有持续性，主要表现为由表及里的规律，由于湿度分布不均，墩身各区域干缩变形程度也存在差异。通常，若水泥用量增加，该批次混凝土出现干缩变形的程度也更深，当出现干缩变形现象后，会产生明显的干缩应力，若该值不断加大并且超过混凝土抗拉强度，将引发干缩裂缝现象。从发生时间来看，墩身浇筑结束后易出现干缩裂缝；从分布上来看，呈现出不规则分布的特点，宽度普遍介于0.1～0.4mm。干缩裂缝如图1所示。

图1 干缩裂缝

（2）收缩裂缝。此类型裂缝主要发生在混凝土凝结前，受自然环境等因素的影响，其表面大量失水从而形成裂缝，成因较为复杂，如水灰比不当、环境温度偏高、混合料凝结时间不合理等。

（3）温度裂缝。结束混凝土浇筑作业后，常出现明显的水化热聚集现象，具体表现为混凝土内部温度偏高且难以在短时间内降低，因风力等因素的影响表面散热较快，使得混凝土存在内外部温差，最终形成温度裂缝，以浇筑中后期发生概率最高。温度裂缝的分布较为规则，主要集中在结构薄弱处，宽度多达到0.2mm以上。根据裂缝贴片观测结果得知，由于现场温度的变化，裂缝的生成情况也随之发生改变。混凝土温度裂缝水热化聚集现象如图2所示。

图2 混凝土温度裂缝水热化聚集现象

（4）工艺水平引发的裂缝。①浇筑作业时速度未控制好，缺乏可靠的振捣措施；②养护工作未做到位；③浇筑缺乏持续性，间歇时间偏长，且缺乏对接茬处的有效处理；④模板稳定性不足，伴随有下沉或是失稳现象，受此影响已浇筑的构件易出现裂缝；⑤拆模过早，混凝土强度未达到要求，因自重形成裂缝[2]。

3 铁路桥梁裂缝的防治措施

3.1 优化混凝土配比

以不影响混凝土强度为基本前提，做好混凝土配比的设计工作。单位水泥用量要得到有效控制，可适当降低一些，挑选适量的骨料用于拌制作业。降低水灰比，在控制水化热现象的同时还可避免外观残缺。水泥用量的增加必须合理，为保证混凝土具有足够的强度，多数工程项目中常采取大量增加水泥的方法，尽管整体强度有所提升，却存在大范围收缩现象，反而加剧了水化热，易引发混凝土开裂问题。

（1）水泥品种选择。放热速率在很大程度上决定了水泥水化热水平，混合料拌制时要尽可能选择低中热水泥。水泥矿物中含有丰富的C2S和C2A，这两类物质均会引发水泥水化热现象，因此在选择水泥时要关注这两类物质的含量，需使其保持较低的水平。

（2）骨料的选择。要求所使用的骨料级配良好，中砂含泥量＜3%，泥块量＜1%，针片状含量＜15%。以设计要求为准，若砂、石含泥量超出合理范围，不可投入使用。

（3）减少水泥用量。以不影响混凝土强度与坍落度为基本前提，尽可能挑选大粒径骨料，采取掺入粉煤灰的方式可达到减少水泥用量的效果。采取此方法后，水泥用量较原方案可减少25%～30%。

（4）混凝土的要求。以不影响泵送作业为基本前提，适当地降低坍落度。根据施工现场施工环境，若为高温天气，此时坍落度控制在160～180mm；阴雨天气可适当降低，为140～160mm。

3.2 混凝土施工控制措施

（1）降低骨料温度。通过对原材料预冷却的方式，在降低混凝土浇筑温度的同时，还能够有效控制水化热峰值，此时混凝土内外部温差有所减小，缓解了温度变形现象。关于预冷却方法的选择，较为可行的是冷却拌合水的方式，或是对粗细骨料采取预冷措施。

（2）采取合适的钢筋施工方法。工作平台的搭建至关重要，是实现施工作业的基础，可避免对钢筋的扰动；在原有钢筋网的基础上增设支撑钢筋，并采取焊接措施使其形成稳定性较好的钢筋骨架，保证钢筋位置不发生变化。

（3）增设构造钢筋。墩身下部易出现开裂现象，因此该区域要设置适量构造钢筋，采取小间距的方法，此举可提升混凝土的完整性，避免裂缝现象。控制全截面的配筋率，该指标以0.3%～0.5%为宜。

（4）降低混凝土入模温度。若要有效控制混凝土温度升高的情况，必须降低混凝土入模温度，而影响该指标的关键在于出机温度，同时还要兼顾运输工具的工作状况、现场气候等。总体上看，需尽可能减少混凝土转运次数，若遇到高温施工环境，则要在低温时段施工，入模温度≤30℃；而在冬季温度较低时，严格控制入模温度，至少要达到5℃。

（5）采取措施解决混凝土泌水问题。因振捣作业的影响易出现泌水现象，施工中要从根本上消除泌水，使得混凝土各层达到紧密连接的效果，以免对混凝土抗裂性造成不良影响。

（6）加强测温监控。做好对混凝土温度的监测工作，根据所得结果分析内外温差值，若超过25℃则要采取处理措施，如浇冰水的方法，使得内外温差缩小。

（7）养护措施。结束浇筑作业后，养护措施也应落实到位，此项工作直接影响墩身的整体质量。养护的关键在于温度与湿度的合理性，现阶段较为典型的有降温法、保温法等。具体而言，降温法的工艺要点在于向混凝土内部预埋水管，通过灌入冷却水的方式降低内部温度。从实际应用效果来看，降温法的适用性较好，因此在多数工程中都取得了广泛应用。保温法的关键在于保温材料，将其覆盖在混凝土表面，抑制表面温度的快速蒸发，缩小混凝土内外部温度差，此方法在多数工程中也得到了广泛应用。部分情况下还会使用保湿法，完成混凝土浇筑作业后，通过蓄水、洒水等方式实现对混凝土结构的养护。

3.3 冷却管降温和保温措施

经灌注施工后，大体积混凝土将出现内部温度大幅提升的现象，产生的内外温差偏大，若缺乏合理的控制措施，极容易出现裂缝。为缓解此问题，可使用“内降外保”的方式[3]。“内降”指的是在混凝土内部设置适量的冷却管，通过持续性的通水达到降温的效果，并生成测温记录，分析混凝土芯部温度，若该值与施工现场的环境温度大体一致，即可停止通水。冷却管选择的是薄壁钢管，为提升降温效果，层间距与横向间距均为1.0m，加强弯头接管，使其具有足够的稳定性，且要检查混凝土管的状态，避免堵塞。部分混凝土体积较大，此时要通过接长冷却管的方式使其贯穿于整个结构中，可设置多个独立循环单元，目的在于缩短管内循环时间，改善降温效果。关于测温管的选择，可行的有PVC管或钢管，确定混凝土平面对称轴线，于该处设置测点，沿着浇筑体厚度方向依次设置测温点。为保证测温结果的准确性，要求测温计在孔内持续停留的时间要达到3min或更长。关于“外保”，可在混凝土上覆盖土工布，目的在于控制表面温度的快速蒸发，以达到保温的效果，缩小与混凝土温度的温差，确保混凝土内外部的整体质量。

4 结束语

混凝土是现代工程施工中的重要材料，但易出现裂缝病害，不仅影响整体观感，还会对结构物的承载力造成影响，随之出现钢筋锈蚀等问题，混凝土的碳化现象愈发明显，整体耐久性持续下降，无法为结构的正常使用提供保障，甚至对人员的安全造成威胁。基于此，必须在施工中做好质量控制工作，分析可能出现的裂缝并采取针对性防治措施，确保混凝土使用效果，为工程项目的持续运营创造稳定环境。