浅谈特大桥梁裂缝控制

摘要：桥梁大体积混凝土出现裂缝是一项复杂的系统工程，产生裂缝的原因很多，且工程又千差万别，但只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑各种因素的影响，为了减少和控制裂缝的出现，专业技术人员在施工过程中多观察、总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以控制在允许范围内的。

关键词：桥梁；混凝土；裂缝

0 前言

目前，对于大体积混凝土裂缝控制的研究多集中在水工结构的大坝、高层建筑基础上。而对于桥梁中大体积混凝土裂缝的研究并未得到足够的重视。随着我国桥梁事业飞跃发展，修建了许多大跨度的桥梁。随着跨度的不断增加，桥梁中的基础、锚锭、桥墩、承台、主塔等构件的体积相应增大。这些桥梁构件亦属于大体积混凝土范畴。大体积混凝土如果施工处理不当，极易产生裂缝，混凝土结构更容易受侵蚀，控制裂缝对桥梁结构的耐久性具有非常重要的意义。如何把裂缝宽度控制在合理的范围，使我们免遭经济损失。本文会给出一些合理化建议。

1 桥梁裂缝产生原因浅析

1.1荷载引起的裂缝

桥梁在应力作用下产生的裂缝称为荷载裂缝，可分为直接应力裂缝和次应力裂缝两种。

1.1．1直接应力产生的原因有：

①设计阶段：计算模型不合理；安全系数不够；荷载计算失误等。②施工阶段：不加限制堆放施工机具、专业知识不牢固等。③使用阶段：天气原因，人为原因。

1.1.2次应力裂缝产生的原因有：

①在设计外荷载作用下，结构的实际工作状态与计划不符，从而在某些部位引起次应力导致开裂。②桥梁结构中经常要开槽、凿洞、设置牛腿等，受力构件挖孔之后，力流会产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。往实际工程中，次应力裂缝足产生荷载裂缝的常见原因。

1.2 温度引起的裂缝

(1)年温差。一年四季温度不断变化，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移产生。

(2)日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度会大大高于其它部位，导致局部的拉应力较大，出现裂缝。

(3)突然降温。突降大雨、冷空气侵袭导致桥梁混凝土结构外表面温度突然下降，造成应力变化而出现裂缝。

(4)水化热。水泥的水化放热，导致温度升高，致使混凝土表面出现裂缝。

1.3 收缩引起的裂缝

塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因。另外还有自生收缩和炭化收缩二种情形。

(1)塑性收缩。混凝土浇筑后4～5小时左右，此时水泥的水化反应剧烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发现象，混凝土发生失水收缩，塑性收缩产生的量级一般很大，若骨料往下沉过程中受到钢筋的阻挡，便可形成沿钢筋方向的裂缝。

(2)缩水收缩(干缩)。由于缩水表快内慢，产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，致使表面混凝土承受拉力，当承受的拉力超过其抗拉强度时，即会产生收缩裂缝。

(3)基础变形引起的裂缝。由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力。超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。

(4)钢筋锈蚀引起的裂缝。钢筋周围的混凝土碱度降低，使钢筋周围的氯离子含量增大。使钢筋中的铁离子氧化反应，氧化后体积比原状体积增加2～4倍，从而对岗围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝士开裂、剥离，同时沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗透到混凝土表面。

(5)冻胀引起的裂缝。环境温度低于零度时，吸水饱和的混凝土会出现冰冻现象，使混凝土的膨胀力加大，混凝土的强度降低，最终引起裂缝出现。

(6)施工材料质’特引起的裂缝。配置混凝土用的材料如果质量不合格，亦会导致结构产生裂缝。

(7)施工工艺质敞引起的裂缝。施工工艺不合理、施工质量低劣，易产生纵向、横向、斜向、竖向、水平，浅表、深进和贯穿等各种形式的裂缝。

(8)混凝土中的水分有80％的水分需要蒸发，只有20％的水分是水泥硬化所必须的。混凝土在水泥水化过程中多余水分的蒸发会引起混凝土产生体积变形，多数是收缩变形。混凝土中多余水分的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。这种干燥收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，即产生收缩应力即可引起硅的开裂，并随龄期的增加而发展。

2 桥梁混凝土裂缝控制对策

针对桥梁混凝土裂缝出现的原因，可以通过改善施工措施、加强过程控制，优化监控方案从而控制裂缝产生、发展。

2.1改善施工措施有效控制温度应力

2.1.1改善混凝土级配减少水化热

水化热引起混凝土内最高温度是混凝土绝热温升，混凝土的散热性能，结构尺寸，混凝土浇筑温度及各种温度和因素影响的总和，因此降低混凝土的发热量是控制桥梁混凝土裂缝的重要措施，主要有：采用低水化热的水泥、掺粉煤灰、骨料的选用、优化混凝土配合比

2.1.2改善施工措施有效降低混凝土入模温度降低温度差

(1)合理分缝分块可以使混凝土内部的水化热得以充分地散发。(2)采用二次振捣技术可以消除沉陷的影响，减少孔隙和塑性收缩裂缝，增强混凝土的密实性。(3)降低混凝土浇筑温度的措施可以把混凝土的初始温度降低到一定程度，使之产生的温差较小，从而产生的拉应力小于混凝土抗拉强度，可以避免混凝土开裂。(4)加强混凝土的保温和养护，刚浇筑的混凝土、强度低、抵抗变形能力小，如遇到不利的温湿度条件，其表面容易发生有害的冷缩和干缩裂缝。保温的目的是减小混凝土表面与内部温差及表面混凝土温度梯度，防止表面裂缝的发生。

2. 2强化施工控制减少应力变化

2.2.1 施工过程结构应力验算

以预应力砼连续刚构悬浇桥为例，整个过程划分为主墩浇注施工、主梁浇注施工、主梁合拢段施工、二期恒载施工四个主要的阶段，其中主梁各节段悬臂施工阶段又划分为挂篮移动前、后，混凝土浇注前、后、预应力张拉前、后6个工况，施工控制在施工前依据设计图纸和初步施工方案对结构进行初步的结构整体应力验算和理想状态分析。

在实际的悬臂施工过程中，则按照具体的施工方案，考虑挂篮等施工机具荷载变化、临时材料堆放荷载、结构温度变化、节段施工尺寸偏差等影响，根据混凝土弹模、容重测试和预应力摩阻损失测试的结果以及结构实测几何线形资料、对计算模型进行修正，进行前进分析计算，验算结构整体应力。

2.2.2 误差分析

施工控制的目的是尽可能消除理论计算与施工实际情况的差导，引起这些差导的原因主要有以下几个方面：

①计算参数与实际情况的差导，如施工时结构的实际温度与计算假定温度的差导；混凝土实际的弹性模量、容重与设计弹模、容重取值差导等等；②计算假定与实际结构状态的差导，混凝土实际的收缩、徐变等等；③施工误差，如悬浇立模、预应力张拉、节段尺寸等施工误差；④测量误差，如主梁每节段标高、截面内力测量产生的误差等等。

依据施工过程实测的数据，分析各种原因的影响值，通过参数调整，消除参数误差，在施工过程中，严格控制施工参数，消除或减小施工误差，滤除随机误差，掌握各施工阶段结构的实际内力与线形状态，为后续计算分析提供符合实际的结构参数。

2.2.3 施工过程实际工作流程

悬浇桥的施工方法采用从墩顶往两岸利用挂篮悬浇，因此，施工控制应首先从桥墩开始，根据桥墩试验实测结果修正施工前的前进、倒退计算分析，提供桥墩墩顶施工标高（一般高于设计图纸提供的成桥标高），依据已完工的墩顶实测标高及挂篮静载试验修正计算模型，进行前进分析，将分析结果与成桥理想比较，若不符合，则进行反馈、倒退分析及参数调整，纠偏，直至分析结果符合理想状态，在此基础上提供1号块的立模标高，并进行温度修正，如此类推，每一节段施工前都将以修建参数的结构识别、误差分析结果代入程序进行反馈分析，得出下一节段的立模标高，使每一节段的内力和标高都在我们的预测和控制之中，从而实现成桥的内力及线型符合设计要求的施工控制目的。但应注意，当施工进入张拉阶段时，还应根据预应力损失试验结果，修正计算模型。

2.3优化施工监控方案有效监控应力变化

2.3.1应力、应变监测

应力、应变监测是施工控制中的重要组成部分，不仅可以对施工实际荷载情况进行检验，而且可以通过对结构应力、应变的定期定时监测，一旦发现结构应力超限，立即向施工控制领导小组提出危险预警及处理建议，从面达到结构安全施工的目的。

以预应力砼连续刚构桥为例，桥的应力检测截面布置在主梁节段根部，测量元件采用钢弦式应力传感器，在每一节段施工过程中（混凝土浇注前、后、纵向预应力张拉前、后）共测量4次，主梁合拢及二期恒载施工完应进行应力、应变测试。

2.3.2标高观测

标高观测的任务是反映各工序前后，某一特定时段内主梁挠度的实际情况，对于悬臂浇筑施工的桥梁，一个施工块件主要有挂篮行走，绑扎钢筋、混凝土浇筑、预应力张拉四道工序。对正在施工的节段观测测次为：①混凝土浇筑前；②混凝土浇筑后；③预应力张拉前；④预应力张拉后，共四个测次。观测节段为包括本节段在内的想念前3个节段控制截面的标高，每施工完四个节段，就观测一次全桥各控制截面的标高。标高观测由施工单位完成，观测数据需经监理工程师认可，当施工控制单位对观测结果产生导议时，由监理工程师及施工控制单位会同施工单位复测。

标高观测的时间一般应安排在早上太阳出来半小时之前完成，使结构经过一昼夜的热交换后大致处于均匀温度场的状态下。标高控制截面距离每一节段前端20cm，测点埋设钢筋头，钢筋头高出混凝土表面2cm，并用红油漆标记之。

3 结语

在桥梁混凝土施工过程中，可以通过对结构应力进行验算，误差分析，加强应力、应变监测，标高观测，优化施工措施方案等方法从而有效地控制桥梁混凝土裂缝。