陳安

摘 要：本文對(duì)預(yù)應(yīng)力橋梁砼裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了深入分析，探討砼裂縫預(yù)防措施，以期作為預(yù)應(yīng)力橋梁砼裂縫防治工作的參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力橋梁；裂縫；產(chǎn)生原因；防治措施

預(yù)應(yīng)力橋梁承重結(jié)構(gòu)主要為鋼筋混凝土砼結(jié)構(gòu)，裂縫的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，會(huì)對(duì)橋梁使用壽命產(chǎn)生不良影響，甚至?xí)绊憳蛄喊踩?。預(yù)應(yīng)力橋梁砼結(jié)構(gòu)裂縫常見于底板、腹板及頂板等部位，不同部位的裂縫，所形成的形狀、產(chǎn)生原因也會(huì)有所差異，部分裂縫有方向性，絕大多數(shù)裂縫無(wú)方向性。導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力橋梁砼裂縫的原因較多，大致可以分為內(nèi)因和外因兩種類型，也有可能是內(nèi)外因共同作用的結(jié)果。砼裂縫類型可分為施工質(zhì)量裂縫、鋼筋腐蝕裂縫、地基形變裂縫、收縮裂縫、溫度裂縫及荷載裂縫等。本文圍繞預(yù)應(yīng)力橋梁砼裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行探討，分析其防治措施。

1 預(yù)應(yīng)力橋梁砼裂縫主要類型

1.1 橋梁預(yù)應(yīng)力裂縫

預(yù)應(yīng)力橋梁砼裂縫可分為幾種類型，常見的包括預(yù)應(yīng)力裂縫、溫度裂縫及收縮裂縫等。預(yù)應(yīng)力裂縫可表現(xiàn)為縱向裂縫，主要產(chǎn)生于橋梁底部朝縱向預(yù)應(yīng)力筋表面，在端塊錨下應(yīng)力區(qū)也可產(chǎn)生裂縫。導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力裂縫產(chǎn)生的原因主要為以下兩種：（1）環(huán)狀拉應(yīng)力導(dǎo)致開裂：砼在張拉過(guò)程中，沒(méi)有達(dá)到要求的強(qiáng)度，導(dǎo)致泊松效應(yīng)作用于錨中局部，從而產(chǎn)生一種橫向的環(huán)狀拉應(yīng)力，最終致使裂縫產(chǎn)生。（2）泊松效應(yīng)導(dǎo)致縱向開裂：當(dāng)泊松效應(yīng)作用于底板中部時(shí)，產(chǎn)生縱向預(yù)應(yīng)力，或在進(jìn)行橋梁施工時(shí)，由于預(yù)應(yīng)力影響，管道附近的砼收縮不夠完全，增加了底板橫橋向拉應(yīng)力，致使縱向裂縫產(chǎn)生。

1.2 橋梁溫度裂縫

連續(xù)箱梁施工的限制性較大，在施工過(guò)程中，容易受到各方面的約束，有內(nèi)部約束，也有外部約束，包括箱梁內(nèi)部底板、腹板及頂板等截面薄厚約束、鋼筋約束、預(yù)應(yīng)力約束及混凝土固結(jié)支座約束等。箱梁在受到約束時(shí)，砼熱脹系數(shù)為約束度×砼熱脹系數(shù)×溫差×砼的有效彈模。導(dǎo)致砼溫度裂縫的前提為：砼熱脹系數(shù)大于或等于砼抗拉強(qiáng)度，為了防止砼溫度裂縫，應(yīng)盡量降低砼熱脹系數(shù)，使其小于抗拉強(qiáng)度，從而降低溫差，避免因溫度過(guò)高引起砼裂縫。砼澆筑后3～5天為溫升期，砼在溫升期內(nèi)，可由塑性轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥裕诺挠行椖］^小，不會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫現(xiàn)象。但過(guò)了溫升期，砼的有效彈模會(huì)不斷增加，到了澆筑后7～20天，應(yīng)溫度影響，會(huì)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。另外，在澆筑連續(xù)梁時(shí)，懸臂分塊中已出現(xiàn)硬化現(xiàn)象的老砼塊體，一旦與新澆筑的塊體接觸，會(huì)對(duì)其溫度變形產(chǎn)生約束，導(dǎo)致新塊體出現(xiàn)裂縫。新老砼接觸時(shí)由于溫差影響，導(dǎo)致溫度裂縫產(chǎn)生，發(fā)生機(jī)制簡(jiǎn)單明了，可通過(guò)減小砼澆筑時(shí)所產(chǎn)生的溫差，來(lái)控制溫度裂縫，防止溫度裂縫現(xiàn)象。

1.3 橋梁收縮裂縫

當(dāng)混凝土或水泥石中的水分含量逐漸蒸發(fā)，會(huì)轉(zhuǎn)化成蒸汽消耗掉，這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是混凝土和水泥石的干燥過(guò)程。水泥石中的水分在蒸發(fā)前，可以蒸發(fā)水的形式存在于凝膠孔、毛細(xì)孔及大孔洞中。砼毛細(xì)水及凝膠水蒸發(fā)可使砼發(fā)生收縮反應(yīng)，砼收縮時(shí)，橋梁體表層局部會(huì)因抗拉強(qiáng)度較低，出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。砼凝膠水大幅度較低，是導(dǎo)致沉陷裂縫的主要原因，而毛細(xì)水蒸發(fā)過(guò)度，會(huì)導(dǎo)致水分蒸發(fā)過(guò)多，造成干縮裂縫。

1.3.1 沉陷裂縫產(chǎn)生的原因：梁體水分會(huì)隨著外界濕度降低而蒸發(fā)，濕度越低，蒸發(fā)速度越快，當(dāng)水分蒸發(fā)到一定程度時(shí)，可導(dǎo)致凝膠失水。膠粒在沒(méi)有水膜保護(hù)的狀態(tài)下，受到水分引力影響后，膠粒間距會(huì)越來(lái)越小，從而導(dǎo)致收縮現(xiàn)象發(fā)生，最終引起沉陷裂縫。沉陷裂縫通常發(fā)生在澆筑后幾小時(shí)內(nèi)，因此，在砼澆筑完成后，應(yīng)做好其養(yǎng)護(hù)工作，尤其是梁體頂板的養(yǎng)護(hù)工作，防止沉陷裂縫產(chǎn)生。

1.3.2 干縮裂縫產(chǎn)生的原因：砼內(nèi)會(huì)含有一定的毛細(xì)水分，當(dāng)毛細(xì)水分含量降低時(shí)，毛細(xì)管內(nèi)的壓力也會(huì)隨之增大，并作用于管壁上，當(dāng)砼內(nèi)溫度降低時(shí)，管壁壓力也會(huì)越來(lái)越大，導(dǎo)致砼體積“干縮”現(xiàn)象產(chǎn)生。在正常情況下，箱梁外表與內(nèi)部的溫度會(huì)存在一定差異，外表干縮速度與內(nèi)部干縮速度也會(huì)隨之改變，與內(nèi)部干縮速度相比，表面干縮速度較快，因此，當(dāng)拉應(yīng)力作用于箱梁外表時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生干縮裂縫。

新砼體干縮速度快于老砼體干縮速度，兩者接縫時(shí)，老砼體會(huì)對(duì)新砼體產(chǎn)生約束影響，致使新砼體表面發(fā)生新的變化，從而導(dǎo)致接縫干縮裂縫現(xiàn)象，這就是常說(shuō)的施工縫。施工單位用水量、水泥用量與水泥品種等因素決定了砼體的干縮速度，施工時(shí)所采用的水量越大、水泥量越多、水泥顆粒越細(xì)，水泥標(biāo)號(hào)越高，砼的收縮越明顯，收縮力越大。當(dāng)砂石以骨架的形式存在砼體中時(shí)，會(huì)對(duì)砼收縮產(chǎn)生抑制作用，砂石搗鼓的密實(shí)程度和純凈度會(huì)對(duì)砼收縮量產(chǎn)生一定影響，密實(shí)程度和純度越高，收縮量越小。

2 預(yù)應(yīng)力橋梁砼裂縫控制措施

2.1 材料選擇

想要預(yù)防砼裂縫，避免橋梁裂縫產(chǎn)生，應(yīng)做好砼施工過(guò)程中的質(zhì)量控制，從預(yù)應(yīng)力和箱梁施工方面，全面控制施工質(zhì)量，做好裂縫防治工作，避免同裂縫產(chǎn)生。

2.1.1 骨料：水泥漿與砂石混合時(shí)，不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，采用這兩種材料作為砼體骨架材料，可有效減少水化熱，避免因水泥漿硬化導(dǎo)致砼體收縮，從而防止裂縫出現(xiàn)。骨架材料是砼體重要組成部分，因此，應(yīng)采用顆粒級(jí)配良好的骨料進(jìn)行砼施工，避免空隙產(chǎn)生，確保砂石純凈，使其完全與水泥漿融合，盡量減低砂石雜質(zhì)含量，確保砼體穩(wěn)定性和耐久性。采用的砂石粒徑越大，水泥用水量與水泥使用量越少，砼水化熱越低，干縮程度越小。如果砂石的粒徑過(guò)大，又會(huì)增加砼攪拌難度，使砼施工工序變得更加復(fù)雜，更加困難，甚至有可能導(dǎo)致離析現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)這一施工特點(diǎn)，可選擇兩種級(jí)配的骨料，選擇粒徑為10～25mm的砂石，或選擇碎石施工，但應(yīng)確保其粒徑為5～16mm。如采用的砂石太粗，在攪拌過(guò)程中，容易出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，增加砼攪拌難度；如采用的砂石太細(xì)，又會(huì)增加砼粘聚性，雖然容易振搗，且利于水分保持，但由于干縮速度較快，其表面會(huì)出現(xiàn)干縮裂縫。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，在砼施工時(shí)，應(yīng)采用細(xì)度模數(shù)為2.6～2.9的粗砂作為骨料。

2.1.2 水泥材料：水泥是砼施工的主要材料之一，其品質(zhì)優(yōu)劣會(huì)對(duì)水泥凝膠的使用數(shù)量、結(jié)構(gòu)及組分產(chǎn)生影響，同時(shí)影響水泥凝膠孔與毛細(xì)孔的數(shù)量、尺寸及形狀等，致使砼體干縮性發(fā)生改變。

2.1.3 配合比：砼的配合比指的是在保證經(jīng)濟(jì)性的前提下，確保砼的耐久性、強(qiáng)度及其和易性等滿足施工要求，合理運(yùn)用石子、砂子、水、水泥及外加劑等材料，使其比例適宜，以滿足砼施工條件。應(yīng)以砼振搗密實(shí)、澆筑均勻作為砼施工前提，盡量減少水量，降低水灰比，用配級(jí)良好的骨料，減小拌和溫度和坍落度，從而抑制砼干縮反應(yīng)，避免干縮裂縫出現(xiàn)。

2.1.4 外加劑：箱梁表面會(huì)有一定數(shù)量的波縫管，且鋼筋較為密集，對(duì)于砼的和易性和流動(dòng)性要求較高，必須采用密實(shí)劑和減水劑作為外加劑。采用密實(shí)劑進(jìn)行砼攪拌，可以充分連接各層砼，防止施工裂縫現(xiàn)象。減水劑可降低砼攪拌時(shí)的水量，提高砼和易性，降低水化熱速度，減少水化熱量，從而提高砼溫度應(yīng)力，避免砼開裂情況發(fā)生。

2.2 提高混凝土抗拉能力

當(dāng)溫度應(yīng)力大于或等于砼抗拉強(qiáng)度時(shí)，可導(dǎo)致砼溫度裂縫產(chǎn)生，由此可見，砼抗拉能力越高，其裂縫發(fā)生率越小，可通過(guò)控制砼抗拉伸變能力，防止砼裂縫。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于砼裂縫與砼抗拉性能的研究較少，不夠充分，仍有待進(jìn)一步研究。圖1為混凝土受拉應(yīng)力變化線形圖。

從圖1可以看出，當(dāng)混凝土拉應(yīng)力高于A點(diǎn)時(shí)，砼內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)微裂縫，且數(shù)量逐漸增多，裂縫面積逐漸擴(kuò)大，當(dāng)發(fā)生塑性變形后，拉應(yīng)力會(huì)逐漸提高，并提高至極限B點(diǎn)（ft），此時(shí)，混凝土并不會(huì)立即發(fā)生裂縫反應(yīng)，直至拉應(yīng)力降低至C點(diǎn)，才會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。相關(guān)研究指出，決定混凝土最高拉伸度的因素為混凝土強(qiáng)度，除此之外，粗骨料的粒徑大小也會(huì)影響其極限拉伸度。如果混凝土主料為碎石，那抗拉伸性相對(duì)卵石混凝土來(lái)說(shuō)，更強(qiáng)、更好。研究表明，混凝土抗拉性能可隨著其骨料粒徑的增加而降低。

圖1 混凝土受拉應(yīng)力變化線形圖

2.3 控制預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量

在預(yù)應(yīng)力橋梁建造過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力施工環(huán)節(jié)十分關(guān)鍵，其施工質(zhì)量可對(duì)整個(gè)橋梁質(zhì)量產(chǎn)生影響，是決定箱梁承載力的重要工序。施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，應(yīng)確保其精度與施工要求相符，在施工過(guò)程中，應(yīng)盡量避免受到不良影響，如施工人員專業(yè)水平、張拉機(jī)具、彈簧筋、錨下鋼筋及錨頭砼質(zhì)量等影響。在預(yù)應(yīng)力施工中，應(yīng)采取質(zhì)量控制措施：對(duì)油表及千斤頂進(jìn)行標(biāo)定處理，確保其工作狀態(tài)良好；檢查鋼絞線與錨具的質(zhì)量，避免因質(zhì)量問(wèn)題影響正常施工；嚴(yán)格控制砼張拉時(shí)所產(chǎn)生的彈性模量及強(qiáng)度，使其強(qiáng)度大于49.5Mpa；盡量貼近錨墊板與工作錨之間的距離，夾片需擰緊，安裝均勻；在卸載或加載過(guò)程中，需保持緩慢、平穩(wěn)的加卸載速度，避免因速度過(guò)快導(dǎo)致沖擊力過(guò)大；根據(jù)施工設(shè)計(jì)順序進(jìn)行張拉施工。

2.4 做好箱梁施工質(zhì)量控制

砼完成澆筑后，必須立即對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)生，充分發(fā)揮砼的硬化作用，避免出現(xiàn)干縮裂縫?？捎盟苯恿茉陧疟砻妫_保砼體水分充足，保持足夠的濕潤(rùn)度，預(yù)防砼發(fā)生干裂現(xiàn)象，從而出現(xiàn)頂板裂縫。澆筑箱梁時(shí)，應(yīng)保證連續(xù)澆筑，先澆筑底板下料，然后再依次澆筑腹板和頂板，按照澆筑順序進(jìn)行澆筑，并根據(jù)澆筑情況，控制其坍落度。頂板和底板的坍落度需控制在14～16cm范圍內(nèi)，腹板為16～18cm。砼振搗應(yīng)采用附著式的振搗方式，并同時(shí)使用振動(dòng)棒，設(shè)置好振搗動(dòng)器，附著式振動(dòng)器兩邊必須同時(shí)振動(dòng)，在振動(dòng)過(guò)程中，嚴(yán)格控制時(shí)間。頂板和底板應(yīng)選擇插入式的振動(dòng)棒逐步進(jìn)行搗固，確保布點(diǎn)均勻，注意控制新混凝土與老混凝土接縫處于錨頭的振搗力度，避免出現(xiàn)漏振或振搗過(guò)度的情況，控制砼施工質(zhì)量，防止裂縫出現(xiàn)。澆筑梁體頂板部位后，需進(jìn)行二次收漿，做好抹面拉毛工作，防止開裂、沉陷現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，砼裂縫發(fā)生機(jī)制較為復(fù)雜，關(guān)系到混凝土施工環(huán)境、構(gòu)性及材性等問(wèn)題，影響因素較多。在砼施工過(guò)程中，不管是溫度變形還是干縮變形，兩種情況都是相伴發(fā)生的，而內(nèi)部約束出現(xiàn)的同時(shí)，外部約束也會(huì)以另一種形式存。可見，裂縫的出現(xiàn)是各種因素共同作用的結(jié)果。想要防止砼裂縫產(chǎn)生，應(yīng)控制砼變形的約束條件、抗拉性能及收縮變形大小，通過(guò)各種預(yù)防措施，避免混凝土出現(xiàn)裂縫。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬金虎.預(yù)應(yīng)力橋梁砼裂縫原因分析與防治措施[J].科技風(fēng)，2010， 08（10）.

[2] 顏春水.混凝土橋面鋪裝裂縫成因及防治措施[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2010，04（12）.

[3] 畢純利.混凝土橋梁預(yù)應(yīng)力施工中應(yīng)重視的問(wèn)題[J].現(xiàn)代裝飾（理論），2011，12（02）.

[4] 林海燕.基于斷裂力學(xué)的大體積混凝土施工階段裂縫研究[J].黑龍江交通科技，2014，10（01）.

[5] ?；葑?公路橋梁施工中混凝土裂縫的原因及對(duì)策分析[J].黑龍江交通科技，2014，16（01）.

[6] 劉一強(qiáng).市政橋梁工程中后張法預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)探討[J].廣東科技，2014，14（02）.

[7] 王守立.橋梁工程混凝土質(zhì)量通病防治措施[J].科技風(fēng)，2010，06（02）.