楊春彥

（云南建投第六建設有限公司，昆明 650000）

1 引言

近年來，隨著國家和地方政府在公路橋梁工程上的投入日漸增多，公路橋梁交通網絡也逐步完善，給人們的出行帶來了方便。橋梁墩身多以混凝土結構為主，由于混凝土結構施工的特殊性，墩身開裂極為常見，如果開裂問題得不到有效的預防與控制，墩身在橋梁中的作用將難以實現。因此，在交通事業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的過程中，工程企業(yè)當下需要重點關注公路橋梁墩身混凝土開裂問題，并結合工程實際和結構要求，選擇有效的開裂預防對策。

2 公路橋梁墩身混凝土裂縫的主要特征

公路橋梁墩身混凝土開裂主要呈現以下特征：（1）裂縫多表現為豎向延伸，裂縫長度與墩體高度相接近；（2）墩體中間裂縫的寬度較大，該裂縫在兩端延伸處逐步變細且最終消失；（3）裂縫數量多，寬度小，多以寬度在0.3 mm 以下的裂縫為主，同時也存在一些寬度較大的裂縫；（4）墩身兩端的裂縫分布較少，而更多的裂縫集中在墩身部位；（5）拆模以后墩體裂縫更容易發(fā)生，主要是由于氣溫快速降低，加劇了裂縫的形成，一段時間以后，裂縫的總體數量雖然逐步增多，但裂縫寬度卻不會有明顯的變化；（6）墩體四周有回填土時，裂縫表現更為明顯，主要表現為橫向剪切裂縫[1]。

3 橋梁墩身混凝土裂縫種類及其成因

3.1 直接應力裂縫

直接應力裂縫是一種常見裂縫，是由結構設計問題所引起的，專業(yè)設計人員在設計過程中存在結構計算不合理的問題，計算時的受力預設與實際發(fā)生的荷載偏差較大，與公路墩身實際受力有著明顯的差異，安全性不夠。施工階段各種施工材料、工具等隨意堆放，施工作業(yè)進行時存在起吊、運輸、安裝不規(guī)范，導致可變荷載變化較大或有計算外的偶發(fā)荷載發(fā)生，結構施工工序安排不當，都是引起直接應力裂縫的原因。當公路橋梁工程投入使用以后，墩身的荷載超出了設計限值，在大型車輛等反復接觸、撞擊作用下，墩身結構缺陷日漸暴露，尤其是一些突發(fā)事故，如地震、爆炸等事故發(fā)生時，更是會對墩身結構完整性與安全性造成不利的影響[2]。次應力裂縫指的是外荷載引起的次生應力裂縫。比如，橋梁結構施工中涉及的鑿槽、開洞、牛腿設置等環(huán)節(jié)，施工人員往往依據工程經驗來進行鋼筋的設置，結構設計存在著較大的主觀性，這種情況下，受力構件挖孔后，力流將產生繞射現象，從而使得孔洞周邊存在著應力集中的問題。次應力是引發(fā)荷載裂縫的原因，次應力裂縫更多地呈現出張拉、劈裂和剪切的性質。

3.2 溫度變化引起的裂縫

3.2.1 年溫差

特殊的地理條件下，我國四季分明，溫度變化大。公路橋梁工程的施工和運營過程中會受到溫度變化的影響，當溫度發(fā)生劇烈變化，結構位移受到限制以后，就會提高溫度裂縫的出現概率。

3.2.2 日照

公路橋梁的橋面板、主梁、橋墩側，常年受到強烈的陽光照射，在強烈的太陽光照射下，這些結構部位的溫度明顯高于其他部位，因此，整個公路橋梁的溫度將呈現出非線性的特點。當墩身結構部位受到了自身約束以后，局部拉應力將有所增大，此時勢必會引起結構裂縫。

3.2.3 驟然降溫

公路橋梁墩身在突然降溫的條件下，可能會形成溫度裂縫。比如，當突降大雨、冷空氣侵襲以后，墩身外表面的溫度將遠遠低于結構內部，結構中形成了溫度梯度。如云南大理—麗江高速公路的K158+125 處的7 m×30 m T 梁橋，右側3、4 號墩，墩高25.6 m，地形右高左低。該工程位于麗江地區(qū)，屬高原型西南季風氣候，氣溫偏低，晝夜溫差大。該墩柱在施工時，因混凝土運輸原因，澆筑結束時間為凌晨兩點左右，大氣溫度較低，也沒有及時采取保溫養(yǎng)護措施，拆模后，墩柱混凝土表面出現豎向不連續(xù)裂縫。

3.2.4 水化熱

墩身混凝土結構中，混凝土材料中水泥的性質比較特殊，如果水泥在沒有充分穩(wěn)定前被使用，水泥水化熱會使得混凝土內外部的溫度差值增大，同樣是引起溫度裂縫的重要原因。部分混凝土拌和站過于追求早期強度，加入大量外加劑，導致混凝土在凝固后繼續(xù)發(fā)生化學反應，加上結構內部水化熱的持續(xù)作用導致裂縫產生。

3.3 收縮引起的塑性收縮裂縫

混凝土的收縮特性導致塑性收縮裂縫的產生。一般情況下，在混凝土澆筑作業(yè)結束以后的4～5 h，水泥水化熱反應是最為明顯的，分子鏈并未形成，泌水與水分在急劇蒸發(fā)的過程中，混凝土呈現出失水收縮的特性，再加上骨料的自重下沉，混凝土未完全硬化，一旦遇到了鋼筋的阻擋，將會沿著鋼筋方向生成裂縫。構件豎向變截面，如丁梁、箱梁腹板與頂底板交接部位，如果在硬化之前的沉實不均勻，表面沿腹板方向上將形成新的裂縫[3]。

3.4 混凝土原材料質量引起的裂縫

墩身混凝土裂縫也有可能是由混凝土材料質量引起的。公路橋梁墩身施工作業(yè)中，要想達到混凝土結構標準，各種原材料的質量都應該符合工程要求。如果在施工過程中，水泥性能的不達標、受潮，都將會導致混凝土的強度不足，提高混凝土裂縫的出現概率，如果砂石骨料粒徑過小、級配不良、空隙率大，混合料使用的水泥和用水量都相對較大，混凝土的強度將難以保障。

4 公路橋梁墩身混凝土裂縫防治

4.1 施工材料控制

公路橋梁墩身混凝土開裂的控制，首先要從施工材料的質量控制出發(fā)，加強混凝土原材料的質量管理。施工材料的控制應該從以下幾方面來開展：

1）水泥。水泥的水化熱反應會加劇混凝土裂縫的形成，因此，施工過程中應盡量選用粉煤灰水泥、礦渣硅酸鹽水泥等低水化熱水泥。水泥的細度模數越大、標準越高、單位體積用量越多，混凝土的收縮越大且持續(xù)時間越久。當混凝土坍落度、強度確定后，在混合料中添加一定的減水劑與粉煤灰，就可以起到降低水化作用，并節(jié)約水泥的用量。根據工程經驗可知，在混合料中使用了一定的外加劑和骨料以后，水泥用量可以節(jié)約25%～30%。

2）集料。公路橋梁墩身混凝土施工中，細集料最好選用級配良好、細度模數在2.3～3.7 的中粗砂；粗集料應選用級配良好，粒徑在5～40 mm 的大粒徑骨料，并將針片狀含量控制在10%，含泥量控制在1%以內。

4.2 施工工藝控制

墩身混凝土的施工流程復雜，為了有效對混凝土裂縫加以控制，施工過程中應加強施工工藝控制：（1）適當降低混凝土入模溫度，在混凝土攪拌作業(yè)進行時，添加一定的冷卻水，實現攪拌溫度控制，在混凝土澆筑作業(yè)中，科學控制澆筑溫度。（2）進行墩身分層澆筑作業(yè)時，每層的澆筑厚度都應該保持在300 mm 以內，且要注意對澆筑速度的控制，當澆筑速度過快時，由于水泥水化熱產生的熱量難以及時散發(fā)，可能會引起混凝土裂縫[4]。（3）做好混凝土的振搗作業(yè)，通過振搗工具的選擇，振搗時間的控制，提高混凝土密實度，嚴禁振搗時的過振作業(yè)，否則，墩身外表面可能會由于混凝土離析而引起質量問題。振搗作業(yè)結束以后，在墩頂開展二次抹面作業(yè)，并及時覆蓋，維持一段時間的養(yǎng)護。（4）對于墩身下部易出現開裂問題的部位，在處理時可以通過布設小間距、小直徑的溫度鋼筋，來改善混凝土的抗裂性。

4.3 墩身開裂的處理

4.3.1 表面涂抹法

針對混凝土結構中的表面裂縫問題，一般可以采用表面涂抹法，即在混凝土墻體表面涂刷高分子防水涂層，其材料多為環(huán)氧樹脂類、氰凝、聚氨酯類及丙烯酸酯等。為保障良好的施工效果，應在涂層涂抹作業(yè)開始之前，對混凝土表層加以清理，保持干燥性。

4.3.2 面涂刷法和玻璃纖維布法

面涂刷法和玻璃纖維布法同樣是十分有效的裂縫處理方法，當下的施工處理中，多采用的是聚氨酯涂膜和環(huán)氧樹脂膠結料，為發(fā)揮這些材料在裂縫控制方面的優(yōu)勢，尤其要根據裂縫處理需求來進行材料的配合比設計，配備結束以后，還應該交由專業(yè)部門審核材料特性，符合裂縫處理標準后方可正常使用。與表面涂抹法相同，面涂刷法與玻璃纖維布法在應用時，同樣要保持混凝土表層的牢固性、干凈性和干燥性。

4.3.3 充填法

充填法在對橋梁墩身進行處理時非常有效，在利用充填法進行處理時，首先應將裂縫適當擴大，比如，可以使用風鎬、鋼釬或者高速旋轉的切割圓盤，將裂縫擴大為V 形或者梯形槽狀，隨后清洗裂縫，在裂縫上涂抹一定的成品速凝堵水劑[5]。在壓抹過程中堅持分層施工的標準，所使用的成品速凝堵水劑多為環(huán)氧砂漿、水泥砂漿等材料，以有效實現對裂縫的堵塞。

4.3.4 灌漿法

采用灌漿法進行裂縫處理時，尤其要注重灌漿材料的選擇。當前多使用環(huán)氧樹脂類、甲基丙烯酸甲酯、丙凝、水溶聚氨酯等材料，這些材料的性能各有其特點，在進行裂縫處理時應根據具體需求來選擇。比如，貴州省畢節(jié)市碧陽二道東環(huán)橋，中心K0+756.159，設計為2 m×24.96 m 預制箱梁橋，1～3 號墩，墩高8.4 m，因工期較緊，水泥直接入罐用于混凝土攪拌，混凝土澆筑后2.5 h，模板表面測溫達53.4℃，現場采用了澆水降溫的方法，但拆模3 d 后，在中系梁下部2 m 范圍內出現了斜向不連續(xù)裂縫，部分形成環(huán)向龜裂，此情況就可以采用灌漿處理法。進行灌漿處理時，可以選用壓力灌漿的方式，將前期所配備好的漿液用壓力注入裂縫中，注入的過程中注意對壓力的控制。

5 結語

公路橋梁工程中的墩身開裂問題較為常見，給整個工程結構造成了巨大的破壞。因此，隨著人們對公路橋梁結構要求的逐步提高，各個工程企業(yè)在參與此類工程的過程中，都應該結合墩身混凝土開裂的原因，采取有效的控制措施來應對墩身混凝土開裂，發(fā)揮墩身在整個結構中的作用。