混凝土裂缝是路桥工程施工中最常见的质量问题之一,裂缝的出现不仅会导致桥梁结构的安全性和稳定性下降,如果处理不及时,裂缝会进一步扩展,导致桥梁的使用寿命缩短。桥梁混凝土裂缝成因较多,其中较具典型性和代表性的原因包括以下方面。

桥梁混凝土结构在荷载的作用下会产生裂缝,这里的荷载包括静荷载、动荷载及次应力等。荷载的不同引起的裂缝具有不同的特征,桥梁中的荷载裂缝在以下区域出现几率较高:受剪区、受拉区、振动区等。施工过程中,引起荷载裂缝的原因包括:在混凝土结构上堆放大量的施工机具和材料,使结构承受的荷载超限;施工人员对预制结构的受力特点不清楚,在其上进行运输和安装;未严格按照图纸要求进行施工,随意改变施工顺序和结构的受力模式。中心受压是荷载裂缝中最常见的类型,具体是指沿混凝土构件出现平行于受力方向的裂缝,其特点是裂缝长度较短,且非常密集,在墩柱中此类裂缝的出现几率较高。

混凝土是一种较为特殊的工程材料,它是多种材料按照一定比例配制而成的混合料,热胀冷缩是混凝土的基本性质。由于路桥施工是在室外进行,当环境温度发生变化时,可能会导致混凝土出现变形,如果变形受到约束,混凝土构件内部便会产生一定应力,若是这部分应力超出混凝土的极限抗拉强度,就会在混凝土表面形成温度裂缝。混凝土构件内部与表面的温差过大是造成温度裂缝的主要原因之一,在对桥梁混凝土结构进行浇筑的过程中,水泥在初期阶段会产生大量的水化热,混凝土构件内部的温度在水化热作用下会急剧升高。而混凝土构件表面因散热条件良好,所以热量并不会聚集,从而导致内外温差过大,在大体积混凝土中这种情况更加明显。除水泥水化热之外,阳光直射、温度骤降等情况也容易引起混凝土的温度裂缝。

在路桥施工中,收缩裂缝较为常见,引起此类列裂缝的原因主要是2方面:一方面是塑性收缩;另一方面是干缩。通常情况下,混凝土浇筑完毕后的4～5h,水泥会发生较激烈的水化反应,由此会产生蒸发及泌水等现象,因水分大量散失,混凝土会出现快速收缩,而骨料则会在自重作用下下沉,由于此时混凝土尚未完全硬化,从而会形成塑性收缩,混凝土构件表面则会出现裂缝,T梁、箱梁腹板等位置塑性裂缝发生几率较高。干缩裂缝是指混凝土在固结硬化过程中,表面收缩大于内部收缩,致使表面需承受一定的拉力,当拉力超过混凝土极限抗拉强度时便会形成裂缝。

在路桥施工中,地基基础会出现不均匀沉降,处于基础上部的混凝土结构在沉降作用下会产生附加应力,当这部分应力超出混凝土极限抗拉强度时,便会形成裂缝。桥梁薄弱部位沉降裂缝的发生几率相对较高,如梁体受弯最大的跨中、剪力较大的支座附近、荷载较为集中的部位等。

在路桥工程中,混凝土的施工质量是引起裂缝的重要原因之一,如果混凝土浇筑时,选用工艺不合理或未按规程要求进行操作,都可能引起结构裂缝。如混凝土振捣密实度不达标、浇筑速度过快、混凝土坍落度过低、养护不及时、水灰比过大、拆模过早、骨料质量不合格、质控措施不到位等。

在路桥施工中,可针对不同类型的裂缝采用不同的措施进行预防,由此能够降低裂缝的出现几率。

1)选用合理的混凝土结构形式,若是留设水平施工缝,则应按照温度裂缝的控制规定进行分块,并采取相应的连接方式,当桥梁上部结构采用整体浇筑的形式对梁板进行施工时,可设置横向受力钢筋。

2)对混凝土结构中的钢筋进行合理布设,钢筋间距可控制在10cm以内,并在结构边缘、变截面等位置处加强分布筋,同时可在结构表面设置钢筋网片。

3)施工过程中,应当对混凝土结构上的机具及材料堆放进行限制,不得集中堆放,保证堆放的机具和材料重量不超过允许范围。

1)在水泥选用上应以低热的矿渣硅酸盐水泥作为首选,并借助混凝土的后期强度,减少水泥用量。随着水泥用量的减少,使混凝土温度降低。

2)在拌制混凝土时可掺入适量的粉煤灰和外加剂,从而减少水泥用量,降低水化热,提高混凝土的抗裂性能。

3)对混凝土的出仓和入模温度进行控制,并降低砂石骨料温度,可在砂石堆场设置遮阳棚,如果环境温度过高,则可适当向骨料进行喷雾降温,或是在使用前用冷水进行冲洗。

4)优化改进振捣及养护工艺,混凝土终凝前可进行二次振捣密实,这样能够使其中的水分有效排出,从而提高黏结力和抗拉强度,抗裂性能也会随之进一步提升。同时应当严格按照规范要求,对混凝土进行养护,大体积混凝土的养护时间不得少于14d。

1)要确保混凝土的搅拌时间适当,不宜过长或过短,以免影响拌合物的均匀性;在进行混凝土浇筑过程中,下料速度不宜过快,以免造成堆积或振捣不充分的情况。

2)在夏季进行混凝土施工时,为避免水分散失过快,应当在浇筑完毕后进行及时覆盖。

3)对单方用水量进行严格控制,用水量越大越容易引起干缩裂缝,可通过合理的水灰比,预防干缩裂缝的产生。

4)可在混凝土拌制时加入适量膨胀剂,这样能够起到收缩补偿的作用,可以避免收缩裂缝的产生。需要注意的是,膨胀剂的掺入量应当适中,以免对混凝土的强度造成影响。

1)桥梁的基础形式应当以桩基础为主,这样可防止不均匀沉降现象的产生。在基础施工时,可对基底进行夯实处理,如果基底土体承载力不足,可进行换填,若是基底存在冻土,则必须全部挖除。

2)基础施工中,应当加强横向连接,适当提高桥面铺装层的整体刚度,在上部结构设计时,将基础不均匀沉降作为静荷载加以考虑。

在路桥施工中,如果发现混凝土裂缝,可以按照以下流程对裂缝进行修补:检查混凝土结构—分析裂缝原因—判断修补的必要性—选择修补方法—实施修补。

1)填缝这是较为常用的一种修补方法,工艺较简单,具体操作时,只需将结构裂缝清理干净,然后将预先拌制好的修补材料,用勾缝刀和抹子填入缝隙,由此便可使裂缝得以修复。

2)表面粘贴对于一些宽度较大的裂缝,可通过表面粘贴的方法进行修补,具体做法是将相应的材料用黏结胶粘贴在裂缝部位的混凝土表面,以此对裂缝进行封闭,从而达到修复的目的。

3)喷浆这是一种通过喷射水泥浆液对裂缝进行封闭的修补方法,可按照裂缝出现的部位,采用相应的喷浆方法,如挂网喷浆等。

在路桥施工中,混凝土裂缝是最常见的质量问题,为减少并避免裂缝的产生,应当对裂缝的成因进行分析,并采取合理可行的措施加以预防。同时对于已出现的裂缝,应选用相应的方法进行及时修复,以免裂缝进一步扩大,影响结构稳定性。