桥梁施工技术及裂缝成因的研究新探

文／王杨君 杨丹妮 浙江交工国际工程有限公司 浙江杭州 310051

引言：

近年来我国不断加大桥梁等基础交通工程的建设力度，桥梁工程项目的数量和规模都有明显的增加，客观上要求桥梁工程的施工建设单位必须充分了解桥梁工程的各项施工技术，准确掌握桥梁工程施工技术特点和相关技术规范要求，积极提高施工技术水平，以适应新时期我国桥梁工程建设的实际需要。同时也必须注意到，裂缝问题在目前的桥梁工程施工中成为了较为常见的质量缺陷，给桥梁工程的整体结构安全带来了风险隐患，而且也会影响桥梁通行的畅通性和舒适性。因此必须高度重视桥梁工程的裂缝问题，对裂缝成因应进行全面而深入的分析研究，综合分析各影响要素，并在桥梁工程的施工以及管理维护工作中采取有针对性地防范和治理措施，防止裂缝的形成，并对裂缝进行必要的修复处理，从而保证桥梁工程的质量安全。

1、桥梁施工技术分析

1.1 现阶段桥梁工程主要施工技术分析

1.1.1 桥梁工程施工桩基础技术分析

桩基础施工技术是桥梁工程中应用较为广泛的技术之一。目前在桥梁工程的桩基础施工中可以根据施工现场的实际情况采用钻孔灌注桩以及人工挖孔桩等技术方法。以现阶段最为常见的钻孔灌注桩技术为例，在施工时应用高精度全站仪确定桩位，并做好保护桩，以便施工过程中随时纠偏。根据工程地质情况，选择合理的钻具并埋设护筒，在开钻前制备好泥浆，以便在钻进过程中形成泥浆护壁，避免出现塌孔等问题。当钻进至设计深度时，施工人员应做好一次清孔，并对钻孔的直径、孔深以及孔壁垂直度等进行检测。在各项指标合格后进行钢筋笼安装定位，钢筋笼安装过程中应选用合适的起重机械并做好相应的防护工作。钢筋笼安装完毕后进行二次清孔，在沉渣厚度及泥浆指标达标后进行混凝土灌注，以保证成孔质量。在混凝土灌注施工时，施工人员应合理确定施工配合比及首灌方量，关注混凝土顶面标高，准确控制导管埋深，并在灌注到桩顶标高后进行适当超灌，确保混凝土灌注饱满充实，为保证桥梁工程整体结构的安全性和稳定性奠定坚实的基础。

1.1.2 桥梁工程施工钢筋连接技术分析

在桥梁工程施工中，钢筋工程是重要的组成部分，对钢筋焊接连接技术也提出了较高的要求。施工单位应加强对施工现场环境温湿度参数的监测，合理选择焊接技术工艺。焊接施工一般应在晴朗干燥的环境条件下开展施工作业，施工人员应全面清理作业环境，并要做好各项防护措施，以保证焊接施工的质量安全。焊接时可以采取二氧化碳气保焊等技术方法，并要加强对焊缝质量的监测，确保钢筋连接符合设计及规范要求。在钢筋连接施工中也可以采用直螺纹连接方式。施工单位应在横纵肋筋上进行螺纹滚丝，并利用套筒将钢筋连接牢固。在应用直螺纹连接技术时，应严格控制连接套筒以及钢筋规格，认真检查套筒丝扣以及丝头的洁净程度。安装施工时可利用力矩扳手将套筒紧固，并要确保钢筋连接与轴线相一致。此外，在钢筋工程的施工中应对保护层厚度进行严格的控制，避免出现开裂或锈蚀等问题。

1.1.3 桥梁工程混凝土浇筑施工技术分析

在桥梁工程的施工过程中，混凝土浇捣是核心环节。在混凝土浇筑施工中一般包括混凝土拌制和运输技术、模板支立施工技术、混凝土浇筑技术、混凝土振捣技术以及养护技术等。施工单位应根据桥梁工程的实际情况制定科学的施工技术方案，并可以采取现场试验等方式对施工技术参数进行优化，从而提高施工质量和效率。

1.2 特殊桥梁工程施工技术分析

随着近年来我国桥梁工程建设力度的不断加大，大跨度桥跨工程项目也相应的增加。在大跨度桥梁工程的施工中，由于桥梁结构跨度大且结构体量也相对较大，对施工技术有较高的要求，一般会涉及超大直径灌注桩施工技术、平台支撑技术、刚性导向定位技术和爬模技术等。这也是现代桥梁工程中施工技术发展的重要方向之一。

为加强我国山区等地形条件复杂地区的经济建设和社会发展，我国近年来加大了山区桥梁工程的建设力度。山区桥梁工程的施工区域由于地形条件复杂，且往往有岩溶或者滑坡等不利地质构造存在，加大了施工技术难度。因此在施工中通常需要应用高墩定位技术以及大型、新型施工机械设备。施工人员必须加强对各项先进桥梁工程施工技术的研究，更好的掌握施工技术要点，才能满足山区桥梁工程的施工要求。

近年来我国桥梁改进工程项目较多，其施工技术一般包括架空线路便梁架设技术、旧梁拆除技术、移梁技术以及捆梁施工技术等。该类型桥梁工程的施工技术发展已经较为成熟，技术应用经验比较丰富，但在施工中要加强施工安全技术应用的管理监督。

2、分析桥梁工程裂缝成因

2.1 常见桥梁工程裂缝类型分析

在桥梁工程中，裂缝是比较常见的病害问题，根据桥梁工程裂缝宽度可以将裂缝类型划分为宏观裂缝以及微观裂缝这两大类。其中宏观裂缝主要指的是通过肉眼观察可以发现的裂缝类型，宏观裂缝的宽度在0.05mm 以上。当宏观裂缝宽度小于0.2mm 范围内时，一般不会对桥梁工程的结构安全和通行安全构成威胁；当裂缝宽度达到0.3mm 以上时，会直接影响车辆通行的舒适性和安全性，给桥梁工程的整体结构安全带来风险隐患，甚至可能存在引发重大安全事故的风险。此外，按照裂缝出现部位的不同，还可以将桥梁工程的裂缝分为钢筋混凝土梁裂缝、混凝土或者碎石拱裂缝、混凝土预应力梁裂缝以及墩台裂缝等类型。不同位置的裂缝允许的最大宽度也存在一定的差异。

2.2 桥梁工程裂缝成因分析

2.2.1 桥梁工程裂缝成因中的温度变化因素

导致桥梁工程产生裂缝的原因有很多，其中温度变化是诱发裂缝形成的重要成因之一。目前在桥梁工程的施工中，钢筋混凝土是比较常用的施工材料，而混凝土混合料中的水泥在遇水后会产生水化热反应，产生大量的热量，一旦混凝土构件内外温差较为明显时，就有可能造成桥梁工程混凝土构件内部的温度应力较大，并超过其抗拉能力，此时就会在混凝土构件表面形成温度裂缝。

2.2.2 桥梁工程裂缝成因中的基础不均匀沉降因素

在桥梁工程的裂缝成因中，桥梁地基的不均匀沉降也是重要的影响因素之一。当桥梁基础结构发生不均匀沉降后，桥梁工程的桥身、墩身会由于受力不平衡而出现沿垂直方向下沉的现象，而桥梁工程的结构体则往往会在水平方向上发生位移变形，这两种情形下都会在桥梁结构内部产生应力作用，当应力作用超过了桥梁工程结构的抗拉能力时，就会有裂缝在桥梁工程的结构表面出现。

2.2.3 桥梁工程裂缝成因中的荷载作用因素

荷载也是导致桥梁工程出现裂缝问题的关键性成因之一。当桥梁工程荷载超过了其设计荷载时，在应力作用的影响下就会导致桥梁工程产生次应力裂缝或者直接应力裂缝。当应力是由扭矩以及剪力作用所造成时，在相对方向上的桥梁结构上就会有裂缝形成。造成桥梁工程荷载变化以及受力模式改变的原因也有很多，比如在施工过程中作业面上堆放了过多的施工材料，或者施工时所采用的重型机械设备吨位过大，或者在桥梁工程投入运行后有大量重载车辆甚至超载车辆在桥梁上通行等，都可能导致桥梁工程产生荷载裂缝。

2.2.4 桥梁工程裂缝成因中的钢筋锈蚀因素

当桥梁工程结构中的钢筋发生锈蚀等现象时，也会导致桥梁工程出现裂缝问题。钢筋锈蚀一般是由于在桥梁工程的施工过程中未能严格控制钢筋保护层的厚度，使得空气环境中的酸性物质对钢筋造成侵蚀，钢筋表面氧化膜遭到破坏，进而导致钢筋锈蚀。当钢筋锈蚀后会在膨胀应力作用的影响下体积膨胀，甚至达到原钢筋体积的约4 倍，进而造成桥梁工程产生裂缝问题。而且钢筋在锈蚀后还会造成其承载面积减小，对桥梁工程整体的承载性能产生不利的影响，并导致裂缝持续发育，裂缝宽度以及深度不断增加，给桥梁工程整体结构的安全性和稳定性带来较大的风险隐患。

2.2.5 桥梁工程裂缝成因中的混凝土收缩变形因素

当桥梁工程的混凝土工程在浇筑完成后，混凝土如在硬化过程中未能达到强度标准，则会产生塑性收缩。此时桥梁工程钢筋混凝土结构内的钢筋会在一定程度上阻挡骨料下沉，因此在沿钢筋方向上就会有裂缝形成。同时，如果桥梁工程的混凝土构件表面水分快速散失，就会导致混凝土表面出现干缩现象，并对混凝土内部结构产生约束，此时在混凝土构件表面就会有干缩裂缝形成。

2.2.6 桥梁工程裂缝成因中的施工材料因素

在桥梁工程的混凝土施工中要严格控制各种混合料的质量性能，如果所选择的掺合料、外加剂的类型以及型号等不合理，也有可能造成桥梁工程混凝土结构表面出现收缩裂缝等（如图1所示），给桥梁工程的结构稳定性带来安全隐患，并有可能引发严重的交通事故。因此桥梁工程施工材料的质量性能达不到设计标准和施工要求，是产生裂缝问题的主要原因之一。

图1 桥梁工程混凝土结构裂缝

2.2.7 桥梁工程裂缝成因中的其他影响因素

在桥梁工程的施工过程中，由于其涉及的施工环节和专项工程较多，是一项复杂的系统性工程，因此一旦在某一施工环节中存在施工操作不当或者施工质量缺陷，都有可能导致裂缝的形成。在桥梁工程的桩基础施工时，地基的压实度或者桩体强度未能达到施工要求，基础结构的承载性能不符合设计标准，这是桥梁工程裂缝的重要成因之一。在桥梁工程的混凝土浇捣施工中如果存在所使用混凝土的强度、坍落度等关键性指标性能不合格，或者混凝土搅拌不均匀不充分，混凝土模板支立时存在变形移位现象，混凝土振捣作业时有漏振或过振情况等，都有可能导致桥梁工程出现裂缝等质量缺陷。

3、桥梁工程裂缝的有效防治措施分析

3.1 防止桥梁工程产生裂缝的技术方法

3.1.1 合理控制桥梁工程配筋率

在桥梁工程的施工过程中，施工单位应严格按照设计图纸准确控制配筋率，以确保桥梁工程结构强度以及承载能力等能够满足桥梁工程设计荷载以及车辆安全通行要求。同时，施工单位在施工实践中还可以通过补偿收缩混凝土等相关技术方法来控制配筋率，以提高施工质量，增强桥梁工程的刚度和抗拉性能。

3.1.2 加强对桥梁工程钢筋的保护措施

在桥梁工程的钢筋施工中。施工单位应严格按照设计要求对所使用钢筋的型号规格进行检查，确保钢筋的质量性能符合施工要求。同时，在钢筋连接施工时应合理选择连接方式，并做好接头部分的处理，准确控制同一截面内钢筋接头的数量。施工单位应准确控制钢筋保护层厚度，避免钢筋出现氧化锈蚀等现象，影响桥梁结构的抗拉性能，导致裂缝的产生。

3.1.3 加强对施工材料质量性能的控制

桥梁工程施工材料的质量性能对施工质量会产生较大的影响，因此应加强对施工材料质量的控制，从源头上实现对裂缝缺陷的有效预防。施工单位应按照设计标准对桥梁工程施工中所使用的混凝土、钢筋以及其他外加剂等各项施工材料进行严格的检测，严禁质量不合格产品进场使用。如在桥梁工程施工中采用的是商品混凝土时，应重点对混凝土强度、坍落度等指标参数进行复核；而如果采用的是现场拌制混凝土时，则应加强对混合料中骨料的级配、粒径、含泥量、含水量以及水泥的型号类型等均进行检测核验，为避免裂缝的出现奠定良好的基础。

3.1.4 优化混凝土混合料配合比

在桥梁工程的混凝土施工中，施工单位如果采用现场拌制混凝土方式时，应通过现场实验对混凝土配合比进行验证分析，以优化混凝土配比。在拌制混凝土施工时则应严格按照确定的配合比准确控制混凝土混合料各成分用量，且应根据实际情况合理选择外加剂，以确保混凝土的强度以及工作性能能够满足桥梁工程施工要求，避免出现裂缝等质量缺陷。

3.1.5 加强桥梁工程施工过程中对混凝土温度的控制

在桥梁工程的混凝土施工中，温度控制是避免混凝土构件出现裂缝问题的重要技术途径。首先，在拌制混凝土时应加强对温度控制。施工人员应根据施工现场的环境温度采用相应的技术方法，例如在环境温度较低时采用热水作为搅拌用水，以及在环境温度较高时采用冷水进行搅拌作业。在混凝土浇筑过程中则可以采取分层浇筑方式降低桥梁工程大体积混凝土构件的内外温差，同时可以采取埋设测温管、测温元件和冷却水管的方式对混凝土构件的内部温度进行监测，并及时采取通入冷却水的方式为混凝土内部降温，以减少温度裂缝的形成。

在桥梁工程的施工过程中，还应根据不同的环境温湿度条件采取相应的保温保湿措施。例如在高温干旱季节施工时，应对混凝土原材料采取洒水降温措施，且可以设置遮阳棚等避免混凝土构件被暴晒。施工单位应尽量选择早晚等气温相对较低的时段开展施工作业，以防止混凝土结构出现干缩裂缝等。在严寒季节施工时则应加强对环境温度的监测，气温过低时应暂停施工，以避免混凝土结构出现温度裂缝。施工单位可采取搭设保温棚等方式进行保温，且应选择一天中温度相对较高的时间段开展施工作业，以避免温度过低导致混凝土开裂。

3.1.6 加强对桥梁工程混凝土浇捣施工的管理监督

在桥梁工程混凝土的浇捣施工中，为有效控制混凝土构件内外温差，避免出现裂缝现象，一般应采取分层浇筑方式。施工单位应准确控制分层厚度，且应合理确定上下两层混凝土浇筑的间隔时间。每层混凝土浇筑应连续进行，不得随意中断。在对混凝土进行振捣作业时，应均匀充分，且应合理控制振捣时间，避免出现漏振或者过振等情况，确保混凝土密实度达到设计标准，从而防止裂缝的出现。

3.1.7 加强对混凝土构件的养护措施

在桥梁工程的混凝土浇捣作业完成后，施工单位应根据施工现场环境温湿度及时采取科学的养护措施，例如覆盖薄膜或者土工布、洒水养生等，防止混凝土构件由于表面温度和湿度快速散逸而出现裂缝问题。同时，在高温干燥季节或者严寒气候条件下进行混凝土施工时，则应结合实际温湿度参数采取洒水降温或者蒸养措施，以提高混凝土构件完整性。

3.2 治理桥梁工程裂缝的技术方法

当桥梁工程已经有裂缝出现后，在管理维护工作中应根据裂缝类型以及宽度等合理选择修补技术方法。目前在桥梁工程的病害治理实践中，一般可以采用表面修补处理技术、充填修补技术以及注浆修补技术等。其中表面修补技术就是用填料以及防水涂料对浅层裂缝进行填补修复。当桥梁工程出现了宽度较宽的裂缝时，施工人员应采取充填技术加以修复。施工时应先在裂缝位置进行开槽，然后将粘结材料等嵌补其中，确保充填饱满密实。当桥梁工程裂缝病害程度较为严重时，施工单位可以采用注浆技术加以修补。目前大多采用水泥以及树脂材料进行浆液配制，并通过低压低速灌注方式将浆液注入到裂缝内，以完成对裂缝的治理修复。

结语：

在桥梁工程的施工过程中，施工单位应加强对各项施工技术的研究，严格遵守施工技术规范，并结合桥梁工程建设的实际情况合理选择应用相关的施工技术工艺。在施工过程中应不断总结施工技术应用经验，大胆进行技术创新和改进，全面提高施工技术水平，防止桥梁工程出现裂缝等质量缺陷问题。同时，施工单位应加强对施工技术应用有效性和规范性地控制监督，确保施工操作规范准确，加强对裂缝成因的分析，并采取有针对性的防治措施，有效防止桥梁工程出现裂缝等质量问题，同时应对已出现裂缝及时进行修补维护，以保证桥梁工程结构的安全性和耐久性能够达到设计标准。