浅议混凝土桥梁施工裂缝产生的原因以及防治措施

浅议混凝土桥梁施工裂缝产生的原因以及防治措施
摘要：随着桥梁技术的突飞猛进，大体积混凝土在桥梁结构中应用的越来越多。

近年来我国各地兴建了大量的混凝土桥梁。

在桥梁施工和建设过程中，极易出现裂缝。

由于混凝土施工、本身变形和约束等一系列问题，使混凝土裂缝成为了桥梁工程中最常见的工程病害。

本文将对此进行分析，探讨裂缝出现的原因及控制措施，尽可能的对桥梁在施工过程中产生的裂缝的原因作全面的分析，以保证工程的质量，减少交通事故及安全事故。

关键词：桥粱；裂缝；原因；防治措施
一、裂缝的分类：
桥梁混凝土裂缝按深度的不同，分为表面裂缝、深度裂缝及贯穿裂缝三种。

1、表面裂缝主要是温度裂缝，一般危害性较小，但影响外观质量。

2、深层裂缝部分地切断了结构断面，对结构的耐久性产生一定的危害。

3、贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。

它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害是较严重的。

二、桥梁裂缝产生的原因
混凝土桥梁裂缝的成因复杂多化，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种原因。

混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：
1、温度变化原因
混凝土具有热胀冷缩的性质。

当气温下降时，特别是温度骤降，会很大程度的增加混凝土内部与外层混凝土的温度梯度，从而会产生温差以及温度应力，使混凝土产生裂缝。

混凝土硬化期间水泥会释放大量的水化热，导致内部温度不断上升，在表面引起拉应力。

后期在混凝土降温过程中，由于受到基础或老混凝土的制约，也会在混凝土内部出现拉应力。

气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。

当这些拉应力一旦超出混凝土的抗裂能力时，就可能出现裂缝。

虽然混凝土的内部温度变化很小或变化较慢，但表面温度可能发生剧烈的变化。

在钢筋混凝土桥梁中，拉应力主要是由钢筋承担的，混凝土则只是承受压应力。

大体积混凝土结构中通常只在表面配置少量钢筋，或者不配钢筋。

因此，拉应力要由混凝土本身来承担。

例如在素混凝土内或钢筋混凝土的边缘部位，有时温度影响
可能超过其它外荷载所引起的影响，因此熟练掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工显得相当重要。

在某些大跨径桥梁中，温度应力引起的裂缝可以达到甚至超出活载应力引起的裂缝。

温度裂缝最主要特征是随温度变化而扩张或合拢。

因此温度变化引起的裂缝是我们最为常见的裂缝。

2、荷载原因
荷载裂缝特征依据荷载不同而呈现不同的特点。

这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。

主要分为以下几个阶段：
（1）设计计算阶段，内力与配筋计算错误、结构计算时部分漏算或未计算、计算不合理、结构受力的假设与实际不符、荷载的漏算或少算、钢筋设置偏少或布置错误、设计断面不足、结构刚度不足；构造处理不当等都可能引起裂缝的产生。

（2）施工阶段，不了解预制结构结构受力特点，过多的堆放施工机具、材料；施工时随意翻身、起吊、运输、安装；施工人员擅自更改结构的施工顺序，不按设计图纸施工，擅自改变结构受力模式；不对结构做疲劳强度验算等也能引起裂缝。

3、收缩引起的裂缝
在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。

混凝土中的80%水分要蒸发，约20%的水分是水泥硬化所必需的。

而最初失去的30%自由水分几乎不引起收缩。

随着混凝土的陆续干燥而使20%的吸附水逸出，就会出现干燥收缩，而表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢。

由于表面的干缩收到中心部位混凝土的约束，在表面产生拉应力而出现裂缝。

研究表明，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：
（1）水泥品种、标号及用量。

矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。

另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。

（2）骨料品种。

骨料中石英石、白云岩、石灰岩、花岗岩等吸水率较小、收缩性较低；而板岩、角闪岩、砂岩等吸水率较大、收缩性较高。

另外骨料粒径大收缩小，含水量大收缩越大。

（3）水灰比。

用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。

（4）外掺剂。

外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。

（5）振捣方式及时间。

机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。

振捣时间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀；时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。

4、地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。

基础不均匀沉降的主要原因有：
（1）试验资料不准或者地质勘察资料精确度不足。

没有充分掌握地质情况就设计，这是造成地基不均匀沉降的主要原因。

（2）地基地质差异太大。

建造在山区沟谷的桥梁，河沟处的地质与山坡处变化较大，河沟中甚至存在软弱地基，地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。

（3）结构基础类型差别大。

同一联桥梁中，混合使用不同基础如扩大基础和桩基础，或同时采用桩基础但桩径或桩长差别大时，或同时采用扩大基础但基底标高差异大时，也可能引起地基不均匀沉降。

（4）基础的沉降。

在原有桥梁基础附近新建桥梁时，如分期修建的高速公路左右半幅桥梁，新建桥梁荷载或基础处理时引起地基土重新固结，均可能对原有桥梁基础造成较大沉降。

（5）地基冻胀。

在低于零度的条件下含水率较高的地基土因冰冻膨胀；一旦温度回升，冻土融化，地基下沉。

因此地基的冰冻或融化均可造成不均匀沉降。

三、桥梁裂缝的防治措施
1、设计方面的控制
(1)设计中要尽量避免结构断面突变带来的应力集中。

如因造型或结构方面原因而不能回避时，必须做局部处理，如在转角处做圆角，突变处则做成渐变过渡，并考虑加强构造配筋，还应该在转角处增配斜向钢筋。

另外对于较大孔洞，可以在周边设置护边角钢。

从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，这样可以有效的控制裂缝的发展
(2)要积极采取补偿收缩混凝土技术。

在常见的混凝土裂缝中，大部分都是由于混凝土收缩而造成的。

要解决由于收缩而产生的裂缝，在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩是行之有效的方法。

(3) 为了避免裂缝的出现，在设计中利用中低强度底水泥充分利用混凝土的后期强度。

在工程结构设计中要特别注意降低结构的约束度。

对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。

2、施工方面的控制
由于水化热产生的升温较高、降温幅度大、速率快，使混凝土产生较大的温度和收缩应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。

因此，为防治水化热引起的裂缝，施工前应计算升温峰值、内外温差及降温速率，制定相应的技术措施，防止和控制温度裂缝，确保工程质量。

（1）优化混凝土配合比
①大体积混凝土因其水泥水化热的大量积聚，容易使混凝土内外形成较大的温差，而产生温差应力，因此，选用水化热较低的水泥，以降低水泥水化热的热量，从而控制温度升高
②充分利用水泥混凝土中后期强度，尽可能降低水泥用量
③严格控制集料的级配及其含泥量。

④选用合适的缓凝剂、减水剂等外加剂，以改善混凝土的性能。

延长凝结时间
⑤控制好坍落度，不宜过大，一般在120±20mm 即可。

(2) 降低混凝土入模温度
尽最大可能的降低原材料进入搅拌机的温度。

例如粗骨料遮阳防晒，并洒冷水降温；细骨料遮阳防晒；散装水泥提前储备，避免新出厂水泥温度过高，最大限度降低混凝土出机温度；夏季，混凝土运输车对罐体喷淋冷水降温或加保温套，混凝土泵送管道遮阳防晒；混凝土浇筑作业面遮阳，减少混凝土冷量损失。

（3）降低混凝土水化热
①选择中低热品种水泥，可以优先选用矿渣硅酸盐水泥。

②掺人一定比例的粉煤灰。

（4）掺UEA膨胀剂
UEA膨胀剂，它可以等量替换水泥。

并且是混凝土产生适度的膨胀。

一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力，以抵消混凝土中产生的部分拉应力
（5）大体积混凝土的骨料控制
在骨料的选择上应该选取粒径大强度高级配好的骨料。

这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土
裂缝的开展。

结束语：虽然混凝土桥梁裂缝产生的原因多种多样，但是防治措施还是比较集中和统一的。

在施工中，我们要多观察，多分析，采取积极有效的措施预防和治理混凝土裂缝，提高施工质量。