桥梁施工中裂缝的形成原因及其防治方法

桥梁施工中裂缝的形成原因及其防治方法

杨本科

摘要: 在桥梁工程的施工建设中,施工裂缝是工程应当关注的问题。工程的质量问题,在很大程度上是由于桥梁施工的裂缝引起的。因此,为保证桥梁施工和使用的安全,必须要对桥梁施工裂缝的问题进行系统的研究、深入的认识,以便有效的防止裂缝的产生。本文对造成桥梁施工裂缝的常见原因进行概述。



关键词: 裂缝原因 措施 防止方法



前言: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。

一 桥梁裂缝形成的原因

1.荷载性裂缝的形成原因

1.1 在设计时，计算模型不合理;结构受力假设与实际受力不符;荷载少算或漏算;内力与配筋计算错;结构安全系数不够。造成结构设计断面不足;钢筋设置偏少或布置错;结构刚度不足。在施工中，结构本身存在设计缺陷，不能抵抗应力而开裂。

1.2 设计对施工考虑不全，大体积结构构造钢筋偏少，在浇筑混凝土时，中途停止浇筑，混凝土表面开裂。施工对结构受力不了解，在施工中，构件在连成整体前，是单独受力的，施工不合理堆放施工机具、材料;对混凝土构件随意翻身、起吊、运输、安装;擅自更改结构施习顷序，改变结构受力模式，造结构混凝土开裂。

1.3 由于施工和构造的需要，桥梁结构经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，设计时难以用准确的模型进行计算，一般根据经验设置受力钢筋。受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。因此，如处理不当，在这些结构的转角或构件形状突变处，受力钢筋截断处易出现裂缝。

1.4 由于施工的不准确，构件尺寸或位置有偏差，使构件理论计算无拉应力的截面产生拉应力，导致混凝土开裂。

2. 结构性裂缝的形成原因

设计结构裂缝是指设计时采用的结构型式在荷载作用下必然会产生的裂缝，如非预应力的预制梁板及非预应力现浇连续箱梁等。虽然在施工时针对这种形式设置了预拱，但在荷载作用下，预拱消失后梁底抗拉区的混凝土最终还是要开裂的。非预应力现浇连续箱梁还在梁顶负弯矩区产生裂缝。这种裂缝是正常的、安全的，但裂缝的宽度应小于0．20mm或设计规定的范围，若超过这个范围，那么裂缝就不正常了，就需要对其成因及安全性作进一步分析和鉴定。施工结构性裂缝是指由于施工原因造成的结构性裂缝，如预应力结构的张拉裂缝，普通钢筋混凝土连续箱梁支架拆除过程中产生的裂缝等等。预应力结构的张拉裂缝一般是由于锚垫板位置没按设计位置布置、锚垫板后螺旋筋没有顶牢锚垫板、锚垫板混凝土不密实或混凝土强度未达到设计或规范规定的张拉强度时进行张拉等原因造成的；普通钢筋混凝土连续箱梁拆架过程中产生的裂缝是由于落架顺序不当或落架时间过长引起的，因为一联箱梁落架不可能在瞬间完成，有一个从简支梁到连续梁的受力体系以接近设计受力体系的方式进行转换，那么连续梁的负弯矩区在简支过程中梁底是肯定要产生横向裂缝的。

3. 非结构性裂缝的形成原因

3.1 塑性裂缝

塑性裂缝，即混凝土在可塑状态下出现的裂缝，分为沉降裂缝和收缩裂缝两种形式。沉降裂缝产生的原因一是由于混凝土在塑性状态下其基础、支架等有不均匀沉降，使局部地方的混凝土变形受约束导致裂缝；二是由于重力作用使混凝土中较重颗粒下沉，而使水泥浆上浮，当这种下沉受到钢筋、模板拉杆约束时就会产生裂缝。收缩裂缝产生的主要原因是由于混凝土快速干燥，混凝土内水份的蒸发速率大于其泌水速率，在固体颗粒水面形成弯月形产生毛细管张力，混凝土自体收缩所产生的拉应力大于 昆凝土本身的抗拉强度而导致裂缝。

3.2 温差裂缝

温差裂缝，即由于混凝土自体的温度变化及混凝土自体温度与环境温度的差异使混凝土自体收缩不均而产生的裂缝。由于早期混凝土构件被模板等材料隔离，水泥水化所产生的热量无法及时散发到空气中，故在初始24h内混凝土温度将升高，过几天后随着热量的散发混凝土将变冷，此时混凝土会产生收缩，这种收缩受结构内部钢筋及外部模板等约束会使混凝土开裂；当混凝土冬季施工时，由于混凝土散热快，其内部温度较高，而表面温度受环境影响变得较低，表面混凝土的收缩率大于混凝土内部的收缩率，从而使表面混凝土产生裂缝。

3.3 长期干缩裂缝

长期干缩裂缝，即混凝土长期暴露于不饱和的空气中由于物理的、化学的失水使混凝土体积缩小，当缩小受到约束时产生的裂缝。通常来讲，干缩产生的混凝土应变速率非常慢，而且混凝土徐变产生的松弛可抵消部分干缩应变。但混凝土设计的体积与表面积的比值、分布钢筋的布置、混凝土的配合比及混凝土所处环境的温度、湿度等都会导致干缩裂缝。

4.施工材料质量引起的裂缝

4.1 水泥出厂强度不足，安定性不合格，水泥受潮或过期，施工时使混凝土强度不足，导致混凝土开裂。

4.2 砂石粒径太小，级配不良，空隙率大，将导致拌合水和水泥用量加大，使混凝土收缩加大;砂石中含泥量高，将造成水泥和水用量加大，将降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性，导致混凝土开裂。砂石中含有硫化物会与水泥中的铝酸三钙发生化学反应，体积膨胀导致混凝土开裂。

5.收缩引起的裂缝

在施工中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，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，另外还有自生收缩的炭化收缩。

5.1 塑性收缩。棍凝土浇筑后4一5小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时滑料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩产生量级很大，可达1%左右。在骨料下沉过程若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。

5.2 缩水收缩(干缩)。混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件(超过3%)，钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。

5.3 自生收缩。自生收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应，这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的(即收缩，如普通硅酸盐水泥混凝土)，也可以是负的(即膨胀，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土)。

5.4 炭化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生，且随二氧化碳的浓度的增加而加快。炭化收缩一般不做计算。

6. 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:

6.1 地基地质差异太大，地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。

6.2 结构荷载差异太大。在地质情况比较一致条件下，各部分基础荷载差异太大时，有可能引起不均匀沉降。

6.3 结构基础类型差别大，也可能引起地基不均匀沉降。

6.4 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。

6.5 桥梁基础置于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。

6.6 拱桥等产生水平推力的结构物，对地质情况掌握不够、设计不合理和施工时破坏了原有地质条件是产生水平位移，导致结构开裂。

二 桥梁裂缝的控制与预防措施



（一）混凝土原材料 

1．水泥在使用前要做好各种试验以确定其是否是低水化热的水泥。由于矿物成分及掺加混合材料数量的不同，水泥的水化热差异较大。混合材料掺量多的水泥水化热较低。为减小水泥水化热，降低混凝土绝热温升和混凝土内部温度，从而减小内外温差，应选用低水化热的水泥产品。  

2．骨料的选用。应优先选用热膨胀系数小、含泥量低的骨料，并强调骨料的级配合理，条件许可时，应尽可能使用粒径大的骨料。之所以这样，是因为一方面骨料本身的强度就大于水泥胶体，另一方面，采用级配合理的骨料，可以提高骨料在混凝土中的所占体积，能大幅度降低水泥用量，从而间接地降低水化热。 

3．混凝土配合比。施工前进行混凝土配合比设计，通过试验确定施工中采用的合理配合比。严格控制砂石骨料的含泥量，在满足混凝土设计强度等级、混凝土各项性能要求以及泵送混凝土流动性要求情况下，应以节省水泥，降低混凝土温差的改变。 

（二）地基处理 

1．基底采取夯实、换填夯实等，使沉降均匀；对刚性扩大基础，并尽量对基底进行技术处理，最好对下部结构连成一体，尽可能减少不均匀的沉降。一般要对基底进行水泥硬化或灰土处理，以确保其稳定。

2．做好新建基础与原有基础的相互衍接，使其承载能力相互吻合；一般加强横向连接，降低沉降对新旧接缝处受力的影响。 

（三）采取合适的施工措施 

1．浇筑方案。在混凝土施工过程中，为了有效降低混凝土的内外温差，常采用分块浇筑。分块浇筑又可分为分层浇筑法和分段跳仓浇筑法两种。分层浇筑法目前有全面分层法、分段分层法等浇筑方案。全面分层浇筑是在第一层全面浇筑完毕后，开始浇筑第二层时，已施工的第一层混凝土还未初凝，如此逐层进行，直至浇筑完成；分段分层浇筑，适用于厚度不大而面积或长度较大的工程，施工时混凝土先从底层开始浇筑，进行至一定距离后再浇筑到第三层，如此依次向前浇筑其他各层，这种方法在现浇箱梁施工中较为常见，对降底混凝土内外的温差起到了很好的效果。 在时间允许的条件下，可将混凝土结构采用分层多次浇注，施工层之间按施工缝处理，就是薄层浇筑技术，这样可以使混凝土内部的水化热得以充分地散发，采用这种施工方法应该注意的是分层浇筑的间歇时间。

2．振捣工艺。采用二次振捣技术，即是浇灌后的混凝土，在振动界限以前，给予二次振捣，改善混凝土强度，提高抗裂性，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和孔隙，提高混凝土与钢筋的结合力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，以减小内部微裂，增加混凝土密实度，从而可使混凝土抗压强度提高。 

3．降低混凝土浇筑温度的措施。混凝土因为水化热引起体积变化，以及因为环境温度的周期性变化均会引起开裂，如果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。降低浇筑温度的具体措施包括：浇筑前预冷混凝土；降低原材料温度，比如做好水泥散热、骨料浇水冷却和预冷等措施；采用冷却拌和水与加冰拌和；减少运输途中的热量倒灌，包括减小运输距离，采用特制的保温罐车，用保温材料包裹混凝土泵送管道等

结束语: 一座桥梁从建成到使用，牵涉到设计、施工、监理、运营管理等各个方面。由上述可知，设计疏漏、施工低劣、监理不力。均可能使混凝土桥梁出现裂缝。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保障结构安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中，进一步加强巡查和管理，及时发现和处理问题，也是相当重要的一个环节。

 

参考文献

王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社.2006

刘柯.大体积混凝土温度监测及分析研究[J]。建筑技术开发，2005.3

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