试论混凝土桥墩开裂的原因及防裂措施

摘要：近年来，随着城市公路交通量的增加，公路、桥梁负荷上升、其承载力日趋饱和，考虑不少公路、桥梁采用混凝土结构，且大多为建国后所建，桥龄较长，这些旧桥梁很多都已出现老化、破损、裂缝等现象。大体积混凝土施工的关键问题是控制好原材料配合比，控制好混凝土温度，做好混凝土的养护，防止混凝土裂缝的产生，因此，施工前要制定针对大体积混凝土施工的技术方案，即防止混凝土产生温度裂缝的预案。针对桥墩易于开裂的问题，本文通过对桥墩在设计、施工及运营期间可能出现的裂缝原因进行列述，探讨桥墩混凝土防裂措施，根据分析结果提出相应的处理对策。关键词：大体积混凝土桥墩 裂缝分析 混凝土施工防裂措施

中图分类号：TV544+.91文献标识码：A文章编号：

引言

根据相关病害调查，桥墩裂缝是混凝土桥梁最主要的病害形式之一：桥墩作为桥梁结构中重要的下部构件，不仅承担着上部结构及汽车等产生的竖向轴力、水平力和弯矩，有时还受到风力、土压力、流水压力以及可能发生的地震力、冰压力、船只和漂流物对墩台的撞击力等荷载的作用。桥墩墩身裂缝直接影响且损害其自身乃至整体桥梁（根据混凝土结构缺损状况评定标准，墩台部件权重约占全桥的50%）的安全性、实用性、耐久性和美观。

裂缝形成原因归结为温度裂缝，温度裂缝的走向通常没有规律的，大面积结构裂缝常纵横交错；裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

1 、裂缝成因分析桥墩病害的主要表现形式为：混凝土剥落、露筋、砌体风化、灰缝脱落、水平裂缝、竖向裂缝、网状裂缝、水平位移、倾斜、沉降等。其中，裂缝作为混凝土结构的主要病害之一，其成因复杂繁多，裂缝划分无严格界限，每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素，其余因素对于裂缝起到继续发展或加剧劣化的作用。常见的墩身裂缝形式包含：桥墩中心线附近的竖向裂缝、桥墩在日照时间较长侧的裂缝、桥墩模板对拉筋孔处的裂缝、桥墩模板分块接缝处的裂缝、桥墩顶部环向裂缝以及混凝土表面细小、不规则的裂缝。究其开裂原因，拟从桥墩的设计、施工及运营使用三方面进行分析论述。1.1 桥墩设计。桥墩在设计阶段，结构不计算或漏算、结构受力假设与实际受力不符，内力与配筋计算错误，结构的安全系数不够、设计时考虑的施工可能性与实际情况出现差异等均会使桥墩在外荷载直接作用下产生裂缝。1.2 桥墩施工。桥墩施工过程中，水化热效应、施工工艺、材料自身等因素都会影响桥墩开裂。 （1）水化热。混凝土浇注过程中水泥水化放热，受混凝土自身的不良导热性和混凝土热胀冷缩性质影响，桥墩内部温度升高体积膨胀而外部温度相对较低发生收缩，内外相互作用易导致桥墩混凝土外部产生很大的温度拉应力，当混凝土抗拉强度不足以抵抗该拉应力时，会引发桥墩竖向开裂。该类裂缝仅存在于结构表面。 （2）施工工艺。在桥墩浇注、起模等过程中，若施工工艺不合理、质量低劣，可能产生各种形式的裂缝，裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度都因产生的原因而异：模板的倾斜、变形以及接缝都可能会使新浇注的混凝土产生裂缝；混凝土振捣不密实、不均匀，也会引发蜂窝、麻面等缺陷；混凝土的初期养护时的急剧干燥也会引发混凝土表面的不规则裂缝；混凝土入模温度过高、施工拆模过早也会导致墩身开裂。1.3 桥墩运营。桥梁在运营阶段，交通量的增长、超出设计荷载的重型车辆过桥、钢筋的锈蚀等都会影响桥梁墩柱及其它构件的裂缝开展情况。当墩柱受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，则应特别注意，往往是结构达到承载力极限的标志。此外，环境温度对桥墩等构件的开裂影响也不容忽视，引起混凝土桥墩温度变化的主要因素包括：年、月温差、日照变化、骤降温差等，尤其是入冬期间温度骤降极易造成桥墩等大体积构件开裂。

2、桥墩混凝土防裂措施

2.1 合理的设计

在计算模型选取合理、桥墩强度、刚度、稳定性等满足规范要求的条件下，可选择尺寸较小的圆形截面桥墩，以一定程度地减缓减弱其温度应力峰值，从而降低其开裂风险。此外，在桥墩四周加防裂钢筋网，配筋除满足承载力及构造要求外，应结合水泥水化热引起的温度应力增配钢筋，以提高钢筋控制裂缝的能力。2.2 混凝土原材料控制及配合比控制

(1)选择水泥品种。控制水泥水化热引起的温升，减少混凝土内外温差，对降低温度应力、防止产生温度裂缝起着重要作用。混凝土温升的热源主要是水泥在水化反应中产生的水化热，因此选用低热或中热的水泥品种，是控制混凝土温升最根本的方法。

(2)调整混合砂比例。混凝土用砂细度模数M应在2．6～3之间，机制砂应颗粒均匀，粉含量(0．06mm以下)应小于20％。

(3)增加粉煤灰掺量，替代水泥用量。

(4)严格控制混凝土施工配合比，根据混凝土强度等级和质量检验以及混凝土和易性的要求确定配合比，严格控制水灰比和水泥用量，是防止裂缝的关键

2.3 混凝土温度控制措施

控制混凝土温度就是控制混凝土中心及表面之间、新老混凝土之间、混凝土表面和外界气温之间的温差在25℃以内。混凝土施工前应计算混凝土内部最高温度峰值，估算混凝土结构内外最大温差，采取相应控制措施。

混凝土运输过程中的温度的变化。

水泥水化引起的混凝土温度上升，经试验，每m³混凝土中每1OO kg水泥水化热引起的混凝土温度上升值为10～12℃。

浇筑后混凝土内部的温度峰值：12℃-1℃+30℃=41℃。

施工期间外界气温为4～12℃，混凝土与外界气温温差超过20℃，需采取保温措施。

2.4 施工工艺控制措施

（1） 混凝土搅拌

施工前，复核拌合水计量，并在施工过程中，反复检查水泵周围是否有淤泥、杂草等杂物影响水流量，确保每盘用水量准确。高效减水剂称量后装入塑料袋，每盘一袋，严控高效减水剂用量。混凝土搅拌时间每盘不小于3 min，确保高效减水剂搅拌过程中充分发挥作用。 控制混凝土坍落度为16±1 cm。不合格者不得使用。

（2）混凝土浇筑

顶帽、托盘及墩身一次立模，先浇注墩身及托盘，然后将绑扎好的顶帽及垫石钢筋吊装就位，最后浇注顶帽混凝土。混凝土泵送至墩顶，泵管出口接泵送软管至浇筑混凝土面，混凝土分层浇注、逐层振捣。浇筑顺序从桥墩一侧向另一侧移动浇筑，保证混凝土布料均匀，浇筑一层后再返回来，仍从先浇侧向另一侧浇筑。每浇筑层混凝土厚度不超过30cm，混凝土振捣以泛浆为度。每棒振捣时间一般不大于20 s，距离模板边缘20cm，振捣棒移动间距20cm。

（3）其它。桥墩的模板应具备足够的强度、刚度和稳定性，可承受新浇混凝土的重力、侧压力以及施工过程中可能产生的各种荷载；混凝土的振捣密实、均匀，可有效防止收缩裂缝，不可过捣，否则造成混凝土离析；拆模不应太早，混凝土终凝后对墩柱表面应及时的保湿保温养护，使水泥水化作用顺利进行，以提高混凝土的抗拉强度。

2.5混凝土养生

桥墩混凝土浇筑完成后，墩顶混凝土外露面采用塑料薄膜覆盖养护，采用保温罩将模板包裹保温养生，保温罩分两层，外层为不透水防雨布，内层采用棉被，保温罩接口处应密封，不得漏风。混凝土浇筑完成7 d后拆模，拆模后立即覆盖塑料薄膜保湿养护，塑料薄膜外采用保温罩密封保温，直至温差不大于20℃时，方可拆除保温罩。

2.6混凝土温度监测

大体积混凝土的凝结硬化过程中，及时摸清混凝土温度场升降变化规律，随时监测混凝土内部的温度情况，对于有的放矢的采取相应技术措施、确保混凝土不产生过大的温度应力、避免温度裂缝的产生，具有极其重要的作用。混凝土测温采用圆盘式温度计2个，分别测定混凝土内外温度。将温度计感应棒贴在模板外侧，混凝土保温罩内测定混凝土表面温度。混凝土浇筑前在模板上预留测温孔，将圆盘式温度计测线放人混凝土测温孔内测量混凝土内部温度。混凝土浇筑完成后，每2 h测定一次混凝土内外温度，并计入测温记录表，计算混凝土内外温差。

结语

混凝土桥墩施工过程中，多属于大体积混凝土工程，较易出现裂缝。只有在设计、施工、运营各阶段进行科学、合理的运作，严格控制施工工艺，采取内控外保措施，加强混凝土养护和温度监测，采用保温罩保温，能有效解决桥墩混凝土结构开裂问题。