小型农村公路混凝土裂缝成因分析及防治措施

张善华 郭春伶 陈敏

(1.嘉兴市秀洲区交通工程质量安全管理服务中心 浙江嘉兴 314000;2.交通运输部公路科学研究院 北京 100088)

1 裂缝形式及产生原因

混凝土是一种由骨料、胶凝材料、砂、水及外加剂等组成的复合材料，由于各种原材料的物理性能不同，导致混凝土内部存在一些孔洞、微裂缝等原始缺陷。而这些缺陷位置通常是混凝土内部产生应力集中的位置，当拉应力大于当时混凝土内部抗拉强度时，即会产生微裂纹。因此，混凝土这种材料的特殊性，使得它比较容易产生各种微观及宏观的裂缝[1]。通过对嘉兴地区在建工地的日常检查发现，小型农村公路路面及桥梁常见的混凝土裂缝有表面不规则收缩裂缝、路面纵向通长裂缝、路面横向裂缝、桥面纵向长裂缝、桥梁伸缩缝混凝土裂缝以及桥面连续缝裂等几种形式。

1.1 表面不规则收缩裂缝

部分混凝土桥面及混凝土路面，在浇筑完成不久后会出现如图1所示的不规则裂缝，裂缝无固定走向，较多较密，裂缝深度较浅，部分可发展成浅型通长裂缝。这种裂缝形成的原因跟混凝土材料本身的特殊性有关。混凝土细观层次上是由集料、砂浆及其两者的交界面等三相组成的复合材料，砂浆的收缩性能是混凝土早期收缩性能的原动力，由于集料和砂浆的力学性能和收缩性能的不同，在水泥水化过程中，砂浆的收缩变形受到集料的约束，导致集料和砂浆的界面处出现应力集中现象，当拉应力超过混凝土中最薄弱处的抗拉强度时，混凝土内部出现微裂缝[2]，随着砂浆收缩变形的累积，微裂缝开始扩展和汇集，导致混凝土宏观裂缝的产生[3]。

图1 表面不规则收缩裂缝

1.2 混凝土路面纵向通长裂缝

日常检查中发现，该地区混凝土路面出现纵向通长裂缝[4]主要有两种情况。

1.2.1 新建路段纵向通长裂缝

出现新建路段纵向通长裂缝的原因，是由于进行路基的施工时，未按设计要求进行分层压实，或者填方路基对原地面处理不到位，原地面压实度不符合设计要求。这两种原因都导致路面承受荷载时，路基产生不均匀沉降，导致混凝土路面由于地基变形而破坏，如图2所示。

图2 新建路纵向通长裂缝

1.2.2 改建拓宽路段纵向通长裂缝

嘉兴地区小型农村公路对于老路拓宽的设计方法通常是对原有混凝土路面进行破碎并压实，与拓宽部分的路基统一加铺混凝土路面。这种路段的裂缝一般在新老路面交界处出现，裂缝呈纵向，长度一般较长，如图3所示。出现这种裂缝的原因与上面一种情况类似，由于拓宽路段与原有路段的路基缺乏整体性和一致性，导致路面承受荷载时，不同部位的路基产生的变形沉降不一致，从而导致混凝土路面被拉裂。

图3 改建路段纵向通长裂缝

1.3 混凝土路面横向裂缝

在项目完工，质量评定核查时发现，较多的水泥混凝土路面在完工不久后即出现横向裂缝，裂缝一般较深，混凝土板块沿路面横向部分断裂[5]或整块断裂。如图4所示。出现这种裂缝的原因一般是由于未及时对路面缩缝进行切割或者未在规定位置设置胀缝引起，在浇筑完成后，由于混凝土自身热胀冷缩的特性，路线较长的混凝土路面会产生拉裂现象。还有一种情况是，在混凝土强度达到设计强度之前，过早开放交通，或者混凝土路面承受的荷载超过了混凝土设计强度，导致混凝土板块在荷载作用下断裂。

图4 混凝土路面横向裂缝

1.4 混凝土桥面纵向长裂缝

混凝土桥面纵向裂缝通常出现在梁板铰缝位置，裂缝长度一般较长，裂缝深度一般较浅，部分可发展成贯通桥面的纵向裂缝。出现这种裂缝的原因一般有以下几种：（1）梁板铰缝钢筋未焊接；（2）铰缝混凝土未振捣充分；（3）在铰缝混凝土未达到设计强度时过早承受荷载。这3种原因都导致混凝土梁板无法形成整体协同受力，因此在承受荷载时，会在较薄弱的位置即铰缝位置产生裂缝。

1.5 桥梁伸缩缝混凝土裂缝

桥梁伸缩缝混凝土裂缝一般呈规则性分布，出现在伸缩缝箍筋的位置，裂缝沿箍筋走向，深度一般较浅，如图5所示。出现这种裂缝的原因有以下两种。

图5 混凝土桥面伸缩缝裂缝

（1）混凝土拌合物在振捣以后，由于骨料和水泥浆密度的差异，从而使得水泥浆只能漂浮在上面，而钢筋上方的骨料由于受到钢筋的阻挡，不能够完全地下沉到内部，导致钢筋上部的混凝土受拉而产生裂缝。

（2）伸缩缝混凝土掺加纤维含量不足。国外有关研究结合有限元法分析了纤维混凝土在约束条件下早期收缩应力的发展趋势，表明纤维混凝土可以提高混凝土的应力松弛和延迟混凝土的开裂时间，而当混凝土中掺加的纤维含量不够时，则无法有效地起到阻挡混凝土开裂的作用。

1.6 混凝土桥面连续缝裂缝

混凝土桥面连续缝裂缝沿桥梁横向方向，出现在连续缝混凝土附近，裂缝深度一般较浅，呈贯通状。出现这种裂缝的原因是施工人员未按设计要求及时对连续缝进行切割或者未严格按施工图和施工规范要求进行连续缝的施工，后期梁板混凝土伸缩变形导致桥面混凝土在连续缝位置附近被拉裂。

2 常见裂缝防治办法

2.1 原材料控制

原材料的选取在混凝土裂缝的防控中是一个重要的角色，是裂缝及其他质量通病控制的源头。原材料的选取首先要符合规范和设计要求，例如：路基填料的种类，宕渣粒径的控制及级配；混凝土拌制所用的砂石料以及外加剂，尤其是特殊部位混凝土例如伸缩缝处混凝土处外加剂的含量、混凝土配合比等。另外，施工单位应积极采用新型材料，优化配合比控制，以减少混凝土内部的初始微裂缝及初期的收缩裂缝。

2.2 施工过程控制

施工过程是混凝土裂缝及其他质量通病控制的重中之重。通过日常检查总结出，对于嘉兴地区小型农村公路路面及桥梁，从施工过程的角度进行裂缝控制的一个重要之处在于按设计要求进行施工。施工人员在施工前应熟悉图纸，明确各部位的施工要求及施工方法。例如：按照图纸要求进行混凝土路面缩缝、胀缝及桥面连续缝的设置；进行路基的分层碾压、路基拼接处的台阶预留等。严格按照设计要求进行施工，可以有效地避免大多数较严重的混凝土裂缝。而对于混凝土表面收缩裂缝的控制，应进一步提高施工工艺。国外学者Elie El Hindy 和Buquan Miao 等通过试验分析了养护时间、养护条件、硅粉含量以及水胶比等参数对混凝土干燥收缩变形的影响，结果也表明，延长养护时间可以有效降低混凝土的干燥收缩变形[6]。因此施工单位在进行混凝土施工时，应加强对混凝土的振捣和养护，并结合施工环境适当增加养护时间，可有效减少混凝土收缩裂缝[7]。

2.3 加强监督管理

作为监督管理人员，从以下两个方面探讨了如何从管理的角度进行混凝土裂缝的控制[8]。

（1）从管理方面确保原材料的选用符合规范及设计要求，保证质量源头。严格执行原材料施工单位[9]自检，监理单位抽检的制度，抽检的频率、批次等应符合规范要求。监督管理单位应加强对施工单位自检报告、监理抽检报告以及检测单位的管理[10]。

（2）应加强中间交验制度的监督管理。中间交验制度是隐蔽工程质量控制的重要抓手。对隐蔽工程，应按照设计要求进行施工，并按照规范要求及时进行各项指标的检测。作为社会监督的监理单位，应落实监督管理的责任，对不符合要求的分项工程不应进行中间交验的签字通过。作为政府监督机构，应加大监督管理力度，对重要的隐蔽工程中间验收时，可采取突击检查的方式，督促各参建单位提高施工质量。

3 结语

混凝土裂缝是嘉兴地区小型农村公路路面及桥梁常见的质量通病之一，对结构物的耐久性有着不良影响。不同位置、类别的裂缝形成的原因各异，施工人员及管理人员应从各自职责出发，从原材料选取、施工工程过程及施工管理等方面采取措施，以有效控制混凝土裂缝的产生。