李華

（江蘇省東海縣公路管理站,江蘇 連云港 222300）

路橋施工中的混凝土裂縫形成的原因與控制技術(shù)

李華

（江蘇省東海縣公路管理站,江蘇 連云港 222300）

混凝土裂縫問(wèn)題是路橋施工中十分常見(jiàn)的危害性較大的問(wèn)題，不僅影響路橋工程質(zhì)量、安全以及美觀，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起混凝土結(jié)構(gòu)碳化、雨水滲漏、腐蝕路橋內(nèi)部結(jié)構(gòu)等危害，引發(fā)安全事件。主要分析了導(dǎo)致路橋施工中混凝土裂縫形成的幾個(gè)主要原因，并研究有效的控制技術(shù)。

路橋施工；混凝土裂縫；原因；控制技術(shù)

0 引言

我國(guó)路橋建設(shè)事業(yè)發(fā)展良好，促進(jìn)了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但是在路橋施工中經(jīng)常出現(xiàn)混凝土裂縫問(wèn)題，影響了路橋工程的質(zhì)量[1]?；炷潦锹窐蚬こ探ㄔO(shè)的主要施工材料，具有保水性、和易性、黏聚性和流動(dòng)性等特點(diǎn)，工程施工過(guò)程中以及工程投入使用后，受到外界作用以及混凝土自身原因影響會(huì)導(dǎo)致裂縫形成。以下探討導(dǎo)致路橋施工中混凝土裂縫形成的幾個(gè)主要原因，并總結(jié)控制裂縫形成的技術(shù)要點(diǎn)。

1 路橋施工中混凝土裂縫形成的原因

1.1 溫度變化

在混凝土澆筑硬化過(guò)程中，混凝土本身會(huì)產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，在10 MPa左右，當(dāng)溫度變化過(guò)大時(shí)，過(guò)大的溫度差會(huì)導(dǎo)致混凝土拉應(yīng)力超出本身的抗拉強(qiáng)度上限，這時(shí)就會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，這類型的裂縫又稱作內(nèi)約束裂縫[2]。此外，當(dāng)混凝土硬化凝固后期，溫度會(huì)均勻下降，因?yàn)榛炷磷陨砭哂惺湛s性，這時(shí)極易受到老混凝土墊層、地基等約束作用而產(chǎn)生內(nèi)部拉應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫形成。這類型的裂縫稱作外約束裂縫，通常在施工后3個(gè)月或者更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)發(fā)生，大部分外約束裂縫位于路基結(jié)構(gòu)中部，裂縫較深甚至貫穿路基，對(duì)路基結(jié)構(gòu)整體性有較大的破壞。而且由溫度變化形成的裂縫通常無(wú)規(guī)律性的走向，寬度不一但有一定的特點(diǎn)，夏季較窄，冬季較寬。

1.2 荷載作用

路橋混凝土受到荷載作用、次應(yīng)力作用也會(huì)形成裂縫，這類裂縫稱作荷載裂縫，包括直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫，前者指的是由荷載直接應(yīng)力作用導(dǎo)致的裂縫，后者指的是由荷載次應(yīng)力導(dǎo)致的裂縫[3]。直接應(yīng)力裂縫形成原因主要有3個(gè)：一是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算階段不夠合理，假設(shè)受力值同實(shí)際受力值差距較大，安全系數(shù)不高，在設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮施工因素并妥善處理工程構(gòu)造，為裂縫形成埋下隱患。二是在施工階段沒(méi)有嚴(yán)格控制施工材料以及機(jī)械設(shè)備的堆放、安裝、運(yùn)輸以及起吊等作業(yè)程序，或者沒(méi)有嚴(yán)格依照工程設(shè)計(jì)圖紙、施工方案進(jìn)行施工。三是在路橋投入使用后，路橋承受載荷嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)載荷，還有過(guò)往船舶以及車輛碰觸等，另外爆炸、地震等事故及自然災(zāi)害也會(huì)引起裂縫。次應(yīng)力裂縫形成的主要原因有2個(gè)：一是在設(shè)計(jì)荷載時(shí)沒(méi)有綜合考慮，導(dǎo)致地基結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用過(guò)程中受荷載值同常規(guī)計(jì)算有較大的出入，進(jìn)而導(dǎo)致局部因次應(yīng)力作用而發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。二是路橋施工中，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工經(jīng)常需要設(shè)置牛腿、鑿洞和開(kāi)槽等，在實(shí)際施工中通常需要根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行受力鋼筋的布置，在受力構(gòu)建挖孔過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生繞射力流，張力集中而導(dǎo)致裂縫形成。

1.3 地基變形

地基變形也是導(dǎo)致路橋混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因之一，尤其是位于軟弱地基或者處理不當(dāng)?shù)牡鼗Y(jié)構(gòu)中，混凝土澆筑完成后極易因?yàn)榈鼗环€(wěn)發(fā)生沉降而形成裂縫。此外，若是混凝土模板底部松動(dòng)、支撐間距較大、過(guò)早拆?；蛘邉偠炔蛔愕染赡軐?dǎo)致地基沉陷而形成裂縫。尤其是在氣溫較低的冬季，凍土是支撐混凝土模板的主要基礎(chǔ)，當(dāng)氣溫開(kāi)始回升后凍土?xí)饾u化凍，這時(shí)地基會(huì)發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫形成[4]。由地基導(dǎo)致的混凝土裂縫通常為貫穿性或者深進(jìn)式的，裂縫位置同地基沉降的方向一致，若沉陷裂縫較大則會(huì)發(fā)生錯(cuò)位，沉陷值越大則裂縫寬度越大，當(dāng)?shù)鼗冃乌呌诜€(wěn)定后，裂縫也會(huì)停止發(fā)展。

1.4 化學(xué)反應(yīng)

在路橋施工中，鋼筋銹蝕、堿骨料反應(yīng)等化學(xué)反應(yīng)也是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的常見(jiàn)原因?；炷猎蠑嚢韬罂僧a(chǎn)生堿性離子，這類離子會(huì)同原料中的部分活性骨料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)將周邊的水分吸收而使自身體積不斷增大，導(dǎo)致攪拌后的混凝土疏松，最終因不斷膨脹而開(kāi)裂。這類裂縫主要發(fā)生在混凝土結(jié)構(gòu)投入使用階段，一旦裂縫形成很難進(jìn)行補(bǔ)救，故必須加強(qiáng)施工階段的防控。還有一種情況是，混凝土保護(hù)層較薄、質(zhì)量較差而極易受到二氧化碳等氣體的侵蝕而發(fā)生碳化，導(dǎo)致鋼筋結(jié)構(gòu)及其周邊混凝土的堿度減弱，此外氯化物侵蝕也會(huì)破壞鋼筋結(jié)構(gòu)表面的氧化層保護(hù)膜，這時(shí)鋼筋結(jié)構(gòu)中的鐵離子會(huì)同混凝土結(jié)構(gòu)的水分、氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生銹蝕，銹蝕反應(yīng)生成的氫氧化鐵相比原本的鋼筋結(jié)構(gòu)體積至少擴(kuò)大2～4倍，因此會(huì)對(duì)周邊混凝土形成膨脹應(yīng)力作用，最終導(dǎo)致混凝土剝離、開(kāi)裂。

1.5 收縮裂縫

在路橋施工中，為了確?；炷恋暮鸵仔?，在原料攪拌時(shí)會(huì)加入較多的水，當(dāng)這部分水蒸發(fā)后，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會(huì)留下很多毛細(xì)孔而發(fā)生體積收縮，即游離水蒸發(fā)收縮。同時(shí)，水泥的水化作用同樣會(huì)導(dǎo)致混凝土體積收縮，稱作混凝土自收縮?；炷劣捎谑湛s產(chǎn)生裂縫又分為3種類型：一是由于沉降收縮而引起裂縫，沉降收縮主要是混凝土澆筑結(jié)束，水泥漿上浮而骨料顆粒下沉，并受到大骨料、預(yù)埋件或者鋼筋結(jié)構(gòu)阻擋而導(dǎo)致混凝土材料相互分離，混凝土結(jié)構(gòu)不均勻沉降，因此形成裂縫。二是塑性收縮導(dǎo)致的裂縫，塑性收縮指的是在混凝土凝結(jié)前，其表層水分蒸發(fā)較快而導(dǎo)致收縮。在普通混凝土拌合料中，水分比較少，極易受到毛細(xì)孔與沁水雙重作用而發(fā)生體積縮小，但質(zhì)地較均勻，因此不宜發(fā)生塑性收縮裂縫。而泵送混凝土因?yàn)樗趾枯^高，遇到高溫、干燥且風(fēng)速較大的施工環(huán)境，則水分蒸發(fā)速度會(huì)明顯超過(guò)混凝土自身毛細(xì)管提水與沁水速度，混凝土表層失水過(guò)快，體積收縮較大，若混凝土還未充分硬化具備足夠的強(qiáng)度，極易形成塑性收縮裂縫。而對(duì)于商品混凝土而言，其運(yùn)輸距離比較長(zhǎng)，因此施工單位為了減少運(yùn)輸過(guò)程中混凝土的流動(dòng)性損失，會(huì)采取添加保塑劑、緩凝劑的措施，這樣反而會(huì)增加混凝土產(chǎn)生塑性收縮縫的風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)樘砑觿?huì)導(dǎo)致混凝土塌落度以及模板側(cè)向力增加，從而更易產(chǎn)生塑性裂縫。三是由于干燥收縮而導(dǎo)致的混凝土裂縫，干燥收縮指的是混凝土硬化之后隨著時(shí)間增加產(chǎn)生水分蒸發(fā)而發(fā)生的，主要是水泥干燥引起的，并且具有不可逆性?；炷劣不笳舭l(fā)干燥的過(guò)程較漫長(zhǎng)，通常在混凝土硬化后1個(gè)月甚至18個(gè)月左右，裂縫多發(fā)生于混凝土表層，且較細(xì)微。但是因?yàn)殇摻钿P蝕與碳化作用的影響，干燥收縮裂縫還會(huì)對(duì)混凝土薄壁結(jié)構(gòu)的耐久性與抗?jié)B性造成嚴(yán)重的破壞，繼而發(fā)展成更為嚴(yán)重的裂縫，降低路基承載力。

2 路橋施工中混凝土裂縫形成的控制技術(shù)

2.1 施工設(shè)計(jì)控制

首先在工程設(shè)計(jì)階段，應(yīng)加強(qiáng)審核管理，防止結(jié)構(gòu)計(jì)算出現(xiàn)模型設(shè)計(jì)不合理、漏算錯(cuò)算、結(jié)構(gòu)受力假設(shè)不合理、結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不足、配筋與內(nèi)力計(jì)算錯(cuò)誤等情況。在進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合施工環(huán)境充分考慮在實(shí)際施工過(guò)程中可能遇到的影響因素，比如天氣、地質(zhì)條件、水文條件等，防止工程設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)構(gòu)造處理不當(dāng)、斷面設(shè)計(jì)不足、設(shè)計(jì)圖紙交代模糊不清等問(wèn)題。同時(shí)在施工過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙展開(kāi)施工作業(yè)，不可擅自調(diào)整結(jié)構(gòu)受力模式、結(jié)構(gòu)施工順序等。

2.2 材料控制

在路橋施工中，還必須嚴(yán)格控制施工原材料質(zhì)量、混凝土原料配比等相關(guān)指標(biāo)。所有進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的原料均經(jīng)嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)，確認(rèn)達(dá)標(biāo)后方可入場(chǎng)，并在施工期間必須不定期進(jìn)行質(zhì)量抽查。在各道工序施工中，嚴(yán)格監(jiān)督，進(jìn)行專業(yè)測(cè)試，確保各種原料的級(jí)配、含水量等相關(guān)指標(biāo)均達(dá)到施工規(guī)范，可根據(jù)實(shí)際施工條件合理調(diào)試實(shí)施方案，保障混凝土施工的質(zhì)量。

2.3 荷載控制

在路橋施工設(shè)計(jì)階段，有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)整體布局做合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，包括內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)布局以及分配等。必須確保設(shè)計(jì)載荷超出實(shí)際載荷，以確保在路橋工程投入使用后實(shí)際荷載量在混凝土的強(qiáng)度范圍以內(nèi)，從而有效地防止因混凝土內(nèi)部應(yīng)力作用而導(dǎo)致裂縫形成。

2.4 溫度控制

在混凝土攪拌工序中，應(yīng)對(duì)碎石原料采取一定的降溫措施，降低混凝土澆筑的溫度。并且在進(jìn)行澆筑施工時(shí)，應(yīng)盡可能選擇日夜溫差較小、溫度適中的天氣和時(shí)間段進(jìn)行施工，若是冬季施工則采取有效的保溫措施。同時(shí)在拆模階段也不宜過(guò)早拆模，且應(yīng)緩慢進(jìn)行，避免大力敲擊等大動(dòng)作而形成表層裂縫。

2.5 后期養(yǎng)護(hù)

當(dāng)路橋混凝土施工竣工后，還應(yīng)加強(qiáng)混凝土路面的養(yǎng)護(hù)工作，尤其在長(zhǎng)期暴露的路段需要做好覆蓋和灑水措施，保持混凝土路面的濕潤(rùn)，防止干濕循環(huán)?；炷量⒐ず?周內(nèi)水化作用、彈性模量以及混凝土強(qiáng)度變化均比較劇烈，容易產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力變形，若是在加上溫度應(yīng)力作用，拉應(yīng)力會(huì)更大，因此必須做好竣工后的養(yǎng)護(hù)工作。

3 結(jié) 語(yǔ)

總之，混凝土裂縫是路橋工程施工中十分常見(jiàn)的問(wèn)題，不僅會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)功能、路面美觀度，還會(huì)引起混凝土碳化、鋼筋結(jié)構(gòu)銹蝕等現(xiàn)象而嚴(yán)重影響路橋承載力與耐久性。造成混凝土裂縫的原因有很多種，在路橋施工中，有關(guān)人員必須加強(qiáng)施工設(shè)計(jì)階段、施工環(huán)節(jié)、施工材料、溫度以及后期養(yǎng)護(hù)等各方面的控制，有效防止混凝土裂縫的形成以及發(fā)展，提高路橋工程質(zhì)量、穩(wěn)定性、安全性以及耐久性。

[1]朱文喜.市政橋梁施工混凝土裂縫分析及其防治措施淺談[J].城市道橋與防洪，2016（1）：127-129.

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TU528

B

1009-7716（2016）12-0131-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.039

2016-08-26

李華（1976-），男，江蘇東海人，工程師，主要從事交通工程方面路橋?qū)I(yè)施工工作。