公路桥梁施工中混凝土裂缝原因和处置措施

文 / 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 邵昀琦

前言

从我国现阶段桥梁施工情况来看，仍然存在各方面的问题，甚至在某些方面根本无法满足人们的要求，再加上水泥自身所携带的特点，很容易受到恶劣天气和运营环境的影响，一旦保护工作不及时，会给桥表面带来不同程度的裂缝。

针对这一情况，亟需有关方面在设计、施工、运营等阶段开展研究，再根据实际问题制定正确的补救措施，从而提高桥梁的稳定性和安全性。而如果建筑企业忽略对桥梁混凝土裂缝的研究，不仅会影响桥梁外观美，还会给桥梁结构安全性带来致命隐患，在我国所有桥梁事故中，结构裂缝所造成事故的比例要远超过总事故比例，所以不难发现混凝土桥梁裂缝是影响桥梁安全耐久性的重要因素。

案例分析

工程概况

四川某告国道，其结构形式是利用预应力混凝土连续箱梁；限定车速在120km/h；桥梁设计荷载挂车不能超过120级、汽车不能超20级，可通行净高为6m，。当完成标高段施工后，要对桥梁某些部分进行检查，查看混凝土表面是否存在不规则裂缝，发现其表面出现形状不规则裂缝（如图1所示）。

桥梁裂缝形成的原因

根据目前研究内容发现，造成裂缝出现原因有两个方面：一方面，工程技术人员太注重桥梁裂缝加工和修补工作，并未从裂缝形成的根源出发进行分析，对桥梁裂缝的产生机理并未提出可行理论依据。另一方面，全球对桥梁裂缝形成中，具有不同方法准则和理论知识，无法在最短时间内形成统一，缺乏健全的理论体系。因此，我国目前很多关于桥梁裂缝只有少量自主成果，急需补充。

温度变化引起的裂缝

温度变化所引起的裂缝，是由于混凝土结构受到周围温度、阳光照射、水泥水化放热等方面因素影响，出现热胀冷缩的现象，在混凝土内外形成应力差，在内外应力差超过一定界限的情况下，桥梁表面产生的裂缝。

在正常情况下，通常温度裂缝产生有下面几种原因：

第一，在某些地区全年温差值差异性较大，很容易导致桥梁纵向移动，一旦这时纵向移动受定位构件的限制，在不同部位产生受力差异，则会产生温度裂缝。第二，日照温度过高，会影响局部拉应力，当拉应力超过标准值后，就会产生裂缝。

第三，早晚温差大，由于温差过大温度变化快，会给桥梁结构表面造成温度变化，但桥梁结构内部温度相对稳定、变化速率也较慢，这种温度差异很容易产生温度梯度变化，从而产生裂缝。

第四，水泥水化热的影响，这方面影响通常出现在施工阶段，混凝土构件浇筑后，水泥胶结材料自身、凝胶与其所裹覆的骨料表面发生反应，水化放热，越是构件核心其水化热越易积累，导致混凝土内化温差，若养护不到位，极易产生裂缝。

荷载引起的裂缝

在桥梁施工过程中会受到不同载体作用，如动力荷载、静力荷载、各种次应力荷载等，在这些荷载的共同作用下，会导致桥梁出现一定损伤，最终产生不同程度的裂缝。一般这种裂缝分为二次应力裂缝和直接应力裂缝两种类型。同时，桥梁在施工期间会由于个别原因，造成桥梁结构产生直接应力裂缝。

如设计计算时，由于计算模型选择不当、荷载计算公式错误等，都会造成结构实际受力与理论计算出现严重不符，进而导致应力超过约束力，最终出现混凝土裂缝。

或者施工过程当中，施工人员不按照设计图纸和设计规划进行施工，随意更改原本的设计要求和施工顺序，都会给桥梁结构受力带来不利影响，进而诱发桥梁结构出现裂缝。

地基变形引起的裂缝

在桥梁施工时，由于基础受到多方面的影响，产生多重形变，如水平位移、不均匀沉降等，会给结构受力带来影响，产生附加应力，使桥梁结构出现裂缝。

目前，基础不均匀沉降主要原因有：

第一，桥梁勘察设计过程当中的试验资料不健全，在进行专业地质勘查时，计算方式不够精准。

第二，结构基础类型差别较大。在同一桥梁施工过程当中，由于结构基础之间具有较大差异，很容易造成地基出现不均匀沉降。

第三，地基地质方面具有较大差异，如建造河谷区域的桥梁时，在山坡处的地基和河谷处的地基方面具有差异性。

第四，地基冻涨，在北方冬季温度较低，地基土内由于存在大量结合水类物质，很容易出现冰冻膨胀现象；随着气温上升，冻土会逐渐融化，冰冻膨胀现象会逐渐消失，从而让地基软化收缩产生下降，从而出现沉降。

第五，施工阶段，对地基处理不当，未严格按照施工方案进行基础处理，导致明显的工后沉降。

混凝土收缩引起的裂缝

混凝土收缩主要包括塑性收缩和缩水收缩两种类型。缩水收缩是指混凝土随着强度不断增加，表面水分会逐渐蒸发，湿度越来越低，从而导致其体积减少。其内部收缩要比外部收缩幅度小的多，会让混凝土表面产生较大拉应力，甚至出现收缩性裂缝。

而在施工过程当中，混凝土通常在5个小时后，会产生强烈的水化反应，混凝土内部水分会迅速减少，甚至会出现泌水现象。而混凝土骨料伴随时间不断增多向下沉，这时混凝土内部还未彻底硬化，从而造成塑性收缩现象。

因此，在施工过程当中，要根据实际情况严格控制水灰比和搅拌时间，当浇筑竖向变截面处时，可利用分层浇筑方式，在后期对其充分保养，只有完成好上述步骤，才能降低塑性收缩现象出现的概率。

防治策略

加强混凝土养护

当混凝土静置时间结束后，可利用专业工具在混凝土表面喷洒上足够的水分，从而保持混凝土湿度能满足要求。

在正常情况下，混凝土静置时间在12-18小时后，养护时间要持续28小时。具体时间要根据实际情况调整。混凝土养护在整个工作流程中具有至关重要的作用，一旦操作不当，就会给混凝土质量带来严重影响，增加混凝土裂缝几率。尤其是在温度较高的夏天，更要注重混凝土养护工作。要经常在混凝土上喷洒水，从而提高混凝土结构的稳定性，避免混凝土出现裂缝现象。

增加辐射筋

在施工过程中，增加负筋能避免出现裂缝，这是因为裂缝应用作用方向和辐射筋一直，通过负筋能限制裂缝产生，所以在一些重要的工程部位可利用增加辐射筋的方式，来降低裂缝产生。同时，可利用外包钢加固法，这种方式通常是将钢材包在原有桥梁结构外，再合理进行加固处理。

这种方式通常使用在构建截面较大且混凝土结构承载力不足的桥梁上面，采用干式外包钢加固和湿式外包钢加固两种。该方式优点在于施工作业难度低，加固后整体结构受力均匀，与其他加固方式相比，具有较好的效果。

加大负筋混凝土厚度

通过混凝土垫块对负筋所在位置进行加工，减少施工人员数量和行人践踏数量，降低板面钢筋下沉程度，加强保护层厚度，避免出现混凝土开裂的问题。

此外，可利用增大构件截面加固法，该种方式是以桥梁结构为切入点，浇筑大量混凝土，提高桥梁截面面积和结构整体承载能力。这种方面是现阶段最为实用的解决方法，是通过主梁梁底来进行施工，提高构建截面积和截面钢筋面积，并对结构表面进行专业处理，从而确保截面承载性能。

这种方法在目前已被广泛应用于建筑行业，对桥梁结构截面刚度和承载能力具有非常重要的作用，并且其计算方式也比较简单。

总结

综上所述，公路桥梁施工作为一种难度系数较高的系统性工程，其涉及范围较广，只有所有环节质量都满足要求，才能确保整个工程项目的质量。

而混凝土裂缝作为目前公路桥梁中最常见的问题，同样是目前急需解决的问题。因此，政府层面和企业层面都要提高对桥梁建设的重视程度，从勘察设计、施工、养护各个阶段不同环节着手，提高对桥梁结构裂缝控制的重视程度，避免出现桥梁裂缝现象，提高桥梁本身的质量，使桥梁能发挥其真正作用，推动经济向前发展。

要从桥梁裂缝问题的源头出发，认知到引发桥梁裂缝的原因，根据不同原因采用不同的修补方式，从而有效延长桥梁使用寿命，减少桥梁裂缝问题的产生。