浅谈道路桥梁施工裂缝的原因分析

浅谈道路桥梁施工裂缝的原因分析

王守昌

黑龙江省龙江县公路管理站161100

摘要：目前我国的道路桥梁施工过程当中，依旧存在各种各样的问题还未能得到良好的解决。为了便利人们的生产生活，道路桥梁的建设越来越多，然而在建设的过程当中也不可避免的出现了诸多的问题，比如裂缝、变形等问题较为严重，一直以来都未曾得到良好的解决。

关键词：道路桥梁施工；裂缝；原因分析

混凝土桥梁工程实践及混凝土材料的细观研究均表明，桥梁结构中的裂缝是难以避免的，若对混凝土桥梁所有部位的抗裂性要求过严，必将付出巨大的经济代价。然而，裂缝影响到桥梁结构的连续性，从而影响结构的力学性能，严重时危及安全。

1.地基变形引起的裂缝

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：

1.1地质勘察精度不够、试验资料不准。在没有充分掌握地质情况就设计、施工，这是造成地基不均匀沉降的主要原因。

1.2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。

1.3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，例如高填土箱形涵洞中部比两边的荷载要大，中部的沉降就要比两边大，箱涵可能开裂。

1.4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。

2.荷载引起的裂缝

混凝土桥梁在静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，主要有直接裂缝、次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝；次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。

3.结构性裂缝

从桥梁产生结构裂缝的力学原理角度来说，可以将结构裂缝分为很多种，包括：拉压、剪切、弯曲、预应力二次、扭曲、局部应力裂缝等。目前国内研究表明结构性裂缝主要是由荷载引起的。这里的荷载主要包括两种，即直接荷载和间接荷载。直接荷载主要是由恒（活）载、预应力以及风等产生的；间接荷载则主要来源于一些其它因素如温度、收缩、沉降、渐变等环境的变化。其发生机理为：当混凝土承受的负载压力小于其极限压力的30～50%时，界面上产生微小的裂缝，卸载后，混泥土的变形不大，此时，混泥土处于线弹性的稳定状态；当混凝土承受的负载压力超过其极限压力的50～75%时，会导致原来的微小裂缝延伸和加宽并扩散至水泥砂浆中，同时，伴随着新的裂缝出现。这种情况下，裂缝则处于稳定扩展的状态；当混凝土承受的负载压力进一步增加，原有的裂缝迅速地延展并加宽，产生连续裂缝。混凝土被贯通的裂缝分割，逐渐丧失承载力即混凝土在外荷载作用下逐渐失稳破裂。较直接荷载而言，间接荷载荷载的产生是一个持续的过程，并非一瞬间完成的，这也是它不同于直接荷载的主要特征。

4.钢筋锈蚀引起的裂缝

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。

5.冻胀引起的裂缝

大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%-50%。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。

6.施工材料因素

混凝土的原料主要有水泥、骨料、拌合水、砂石、外加剂等组成。如果在配置混凝土的时候，其原材料质量没有达到使用标准，必然会导致建筑结构产生裂缝。当砂石粒径过小、空隙率过大、级配不良的时候，必然会增加水泥拌合水的用量，进而对混凝土的强度产生影响，增加混凝土的收缩量，如果使用一些超出使用标准的特细砂，也会导致出现严重的后果。当砂石中云母含量比较多的时候，就会降低水泥和骨料之间的粘结力，进而使混凝土强度降低。当砂石中含泥量增加的时候，不仅会增加相应的水泥拌合水用量，还会使混凝土强度、抗渗性、抗冻性得以降低。而砂石中轻物质以及有机质含量太多的时候，将会减缓水泥硬化的时间，使混凝土强度得以降低，尤其是混凝土早期强度。如果砂石中硫化物能够和水泥中铝酸三钙进行化学反应，必然会导致混凝土体积膨胀2.5倍左右，出现一些裂缝。由此可以看出，在选择砂石原料的时候，一定要进行充分的考虑，保证其粒径的大小符合施工要求，控制其中物质的含量，保证其使用不会降低混凝土强度，确保工程施工质量。同时在选用外加剂的时候，也要注意外加剂的酸碱性，保证其不会对混凝土质量产生影响，确保工程整体施工质量达到使用标准。

7.水化热温度裂缝

道路桥梁施工时，混凝土拌和过程会产生升温、降温效应，即水化过程。尤其对于体积较大的混凝土，在升温、降温中会受到温差边界约束力作用，进而自身产生自约束应力，导致裂缝形成。实践证明，在混凝土浇筑桥梁后三天左右，其自身温差处于最大，当此温差超过20℃时，即可发生开裂现象。根据桥梁结构特征，此裂缝常出现混凝土长边中心，腹板与顶、底板相交角隅处。有效预防水化热温度裂缝，可以从温度控制、工序、材料等方面入手。在温度控制上，一般要求入模温度低于28℃，混凝土内部最高温度低于65℃，混凝土中心与表面温差低于25℃。所以，在实际操作中，可以通过冷水回流冷却、控制混凝土桥梁温度梯度、设计循环冷却水管等措施进行温度的有效控制。在施工工序上，针对浇筑厚度较大时，改用分层浇筑，以此来保证低水平入模温度。在材料上，选择低水化热水泥，可以根据比例添加粉煤灰、减水剂等，从而有效控制水泥用量。

8.施工工艺质量因素

在混凝土结构起模、构件制作、浇筑、运输、存放、吊装等过程中，如果存在着施工工艺不当、施工质量较低的情况，必然会出现一些横向、纵向、斜向、水平、表面、竖向、贯穿等各类裂缝，尤其是一些细长薄壁类型的结构，更容易产生一些裂缝。裂缝产生位置、宽度、走向均是根据不同原因而存在差异的。其主要包括以下几种常见典型：一是，混凝土保护层太厚，或者上层钢筋存在乱绑扎的情况，导致增加受力筋保护层厚度，致使构件的有效高度减小，出现和受力筋垂直方向的裂缝。二是，混凝土振捣不均匀、不密实的情况，会导致出现麻面、空洞、蜂窝等现象，致使出现钢筋锈蚀，产生一定的荷载裂缝。三是，在浇筑混凝土的时候，出现操作太快，降低了混凝土的流动性，导致混凝土硬化前后的沉实不足，出现塑性收缩的裂缝。