桥梁施工中混凝土裂缝的成因分析及其预防

[摘要]大量桥梁施工理论和实践分析表明，在施工过程中采取一定的措施，很多桥梁施工过程中产生的裂缝是可以控制或避免的。本文从桥梁混凝土出现裂缝的成因分析入手，简要地提出了预防策略。

[关键词]桥梁混凝土；裂缝；预防

1.引言

桥梁施工过程中，很容易出现裂缝。裂缝的出现不仅会影响工程质量，甚至会导致桥梁垮塌。混凝土开裂经常困扰着桥梁工程技术人员。其实，如果采取有效的施工措施，很多裂缝是可以避免和控制的。为了尽量避免工程中出现危害较大的裂缝，文章对混凝土桥梁在施工过程中产生裂缝的原因作了较全面的分析、总结，以便施工中做出行之有效的控制办法，保证工程的质量。

2.桥梁施工混凝土裂缝的原因

2.1结构性裂缝产生的原因

2.1.1施工工艺质量引起的裂缝

在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，也容易产生各种裂缝。一是混凝土保护层过厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。二是混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其他荷载裂缝的起源点。三是混凝土浇筑过快，容易发生塑性收缩裂缝。四是混凝土搅拌、运输时间过长，容易出现不规则的收缩裂缝。

2.2非结构性裂缝产生的原因

2.2.1施工材料质量引起的裂缝

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，容易导致结构出现裂缝。水泥安定性不合格。因水泥生产中原料未烧透，成品中残留游离的氧化钙、氧化镁，其含量超标。氧化钙、氧化镁在凝结过程中水化速度很慢，在水泥结硬后仍然继续起水化作用，可引起已硬化的水泥石内部产生张力，严重者使混凝土开裂或崩溃。水泥出厂时强度不足，水泥受潮或过期，可能使混凝土强度不足。当水泥中碱性氧化物含量较高（超过0.6％），同时又使用含有碱活性的砂、石骨料，可能导致碱骨料反应，引起混凝土开裂砂石的粒径、级配、杂质含量、砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大，如果使用超出规定的特细砂，后果更严重。砂石中云母的含量较高，将削弱水泥与骨料的粘结力，降低混凝土强度。

2.2.2温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。温度裂缝的特征主要表现为裂缝的走向一般无规律性，深层或贯穿裂缝的走向一般与主筋平行或接行，裂缝宽度大小不一，受温度变化的影响热细冷宽。表面温度裂缝出现在现浇混凝土1～2天之间，深层温度裂缝与贯穿温度裂缝常出现在现浇混凝土21天后。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素有：年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当等。

2.2.3钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2－4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度：施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。

3.预防桥梁施工混凝土裂缝的措施

3.1预防施工质量引起裂缝的措施

良好的施工方案与预防、控制裂缝有很大的关系。施工方案主要应确定一定浇筑量、施工缝间距、位置及构造、浇筑时间、运输及振捣等。一次浇筑长度由垂直施工缝分割，最好是设置在变截面处或承受拉、剪、弯应力较小的部位。除控制一次浇筑厚度外，分层位置即水平施工缝留设位置也应加以注意，一般来说，因尽量留在变截面处，或远离受拉钢筋部位而设在混凝土砼的受压区，确定浇筑时间的原则应尽量避开炎热天气和昼夜温差大的日子。如果必须在夏季施工，则应采取材料降温措施来控制混凝土砼入模温度。由于施工质量原因而产生的裂缝发生率在95％以上。如果在施工阶段控制住了裂缝，则在使用阶段开裂的可能性就很小了。

3.2预防荷载产生裂缝的措施

在施工阶段，不要不加限制地堆放施工机具、材料；在不了解预制结构受力特点情况下，不要随意翻身、起吊、运输、安装。要严格按设计图纸施工，不得擅自更改结构施工顺序；另外还要对结构做施工机具振动等条件下的疲劳强度验算等。桥梁在施工过程中，如果斜裂缝一旦出现，就应加强观察。如裂缝发展缓慢并限制在受拉区，裂缝宽度在限值以内，此时还允许；但如裂缝不断发展或者裂缝已接近受压区，则不论其宽度和长度如何都应及时予以必要的加固处理，不得随意在桥梁结构中凿槽、开洞、设置牛腿等，避免桥梁在荷载作用下，产生应力集中而引起的裂缝。

3.3施工材料的控制

施工工艺是保证混凝土构件质量的关键，除施工的操作应严格按照施工技术规范的有关规定进行。对原材料（钢筋、水泥、砂、碎石、水等）都应进行严格的抽样检验。在高温下或雨后施工对砂，碎石应进行含水量实验，及时调整施工配合比，确保混凝土的施工质量。

3.4温度的控制

改善骨料级配，采用干硬性混凝土，加添加剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；拌和混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度；利用浇筑层面散热：在混凝土中埋设水管；通入冷水降温；规定合理的拆模时间；气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度变化；施工中长期暴露的混凝土浇筑体表面或薄壁结构，在寒冷季节采用保温等措施。合理地分缝分块；避免基础过大起伏；合理地安排施工工序；避免过大的高差和侧面长期暴露。

4.结语

桥梁施工中预防混凝土裂缝是一项非常重要、非常复杂的工作。选择合格的材料，改进施工工艺，根据混凝土主要技术指标及现场条件，选择合适的水泥和集料，严格控制水灰比，是保证结构安全耐用的前提和基础。只要在具体的施工实施过程中多观察、多比较，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防及处理应对措施，混凝土的裂缝是完全可以控制在允许的范围之内。