【摘要】桥梁工程中大体积混凝土裂缝是工程技术人员普通关心的问题，其产生的原因很复杂，而温度裂缝又是混凝土裂缝中较常见的现象。如不引起重视，情况严重时会影响到结构物的使用寿命及安全。本文分析了大体积混凝土裂缝产生的原因，并从设计与施工的角度阐述了一些技术控制措施。
【关键词】桥梁工程；大体积混凝土；裂缝；成因；对策
桥梁工程中大体积混凝土的使用非常普通，但最大的缺点是容易产生裂缝，从而影响混凝土的力学性能及耐久性，严重者可导致结构的破坏，大大缩短建筑物的使用寿命。因此加强对大体积混凝土裂缝的控制，是保证桥梁结构质量及安全使用的关键，必须予以高度重视。本文结合大体积混凝土的特点，探讨了控制大体积混凝土裂缝的施工技术和措施。
1桥梁工程大体积混凝土的特点
1）桥梁工程大体积混凝土大都出现在底板、墩（台）身处；2）大体积混凝土的厚度一般在1～3m范围内，多为板壁式结构；3）施工气候条件总体良好，全年气温一般在0～35℃之间，0℃以下与35℃以上的天数很少；4）现场混凝土运输近年来多采用泵送方式。
2混凝土常见裂缝的类型及成因
桥梁结构的底板、墩墙等，通常都是容易产生混凝土裂缝的部位。混凝土裂缝的形式多种多样，按照其成因大致可分为三种类型：温度裂缝、结构变形约束裂缝、混凝土固化过程中的干缩裂缝。需要说明的是，上述三种裂缝类型并不能截然划分，尤其是变形约束裂缝和温度裂缝有时是相互关联的，实践中还发现沿干缩裂缝形成的变形约束裂缝。
2.1温度裂缝
混凝土在固化过程中因水泥与水发生化学反应产生大量的水化热，致使混凝土内部温度迅速升高。笔者曾在有关工程施工期组织过混凝土测温，混凝土浇筑后2～3d温度达到最大值，构件中心温度一般可达55℃。而混凝土表面较易散热，内外温差致使内部产生压应力，外部产生拉应力，导致从混凝土表面开始裂缝。随着水化热减少，混凝土内部温度降低，由压应力逐渐转化为拉应力，只要拉应力稍大于混凝土的允许拉应力，由于应力集中，在已经产生外部裂缝的部位就可能裂缝继续向内部发展。对于墩墙等板式结构，一般形成贯穿缝。温度裂缝的主要特点是发生在施工早期，通常在拆模时或拆模后不久便可以发现，需要特别说明的是，有时已经发生的温度裂缝可能很小，没有及时被人们发现，后因混凝土收缩变形受约束致使裂缝扩大。
2．2结构变形约束裂缝
混凝土的固化是一个较为缓慢的过程，普通混凝土除固化初期因水化热不断升高是热胀过程以外，在其后的降温过程和较长时间的固化过程都是缩小变形过程。此外，外界温度的变化也会导致混凝土构件的热胀冷缩变形。桥梁建筑物的墩墙通常与其底板分次施工，且一般间隔时间相对较长。墩墙混凝土收缩变形时上部自由、下部受变形已基本稳定的底板约束产生拉应力。当拉应力大于混凝土允许拉应力时，便可能出现裂缝。
2．3干缩裂缝
混凝土的固化过程也是混凝土中水的挥发过程，如果失水太快，便可能发生干缩裂缝。此外，如果混凝土水灰比太大，通常也会发生干缩裂缝。干缩裂缝发生于结构的表面，其特点是裂缝无规则，一般缝宽很小，缝深较浅；但因水灰比偏大产生的干缩裂缝，则可能缝宽较大且较深。无模板的面层裂缝从浇筑完成刚刚初凝时便可能发生，有模板的临空面裂缝通常从拆模后开始发生。工程实践中还经常发现浇筑较长时间的混凝土仍可能发生表面龟裂。笔者认为，后期混凝土表面龟裂的主要原因。
3防止裂缝的技术措施
3.1设计措施
1）重视地基的处理，大体积混凝土一般都是厚体实重的整浇式结构，地基对基础的影响十分明显。在设计主要应防止地基产生不均匀下沉，以及改善对基础的约束影响。当地基为软土层时，为防止地基产生不均匀下沉，通常采用砂垫层或其他加固办法。砂垫层不仅可以提高地基的承载能力，而且在施工时还可以设置盲沟排水，这对减少地下水或地表水的影响都有明显作用。砂垫层在施工前应通过试验，使其做到具有最佳含水量和最大密实度再进行回填。砂垫层还可以减少对混凝土基础的约束影响，因此在不均匀的软土地基中，如符合条件时，应优先考虑采用比较经济的砂垫层加固方案。2）合理分裂分块，不仅可以减轻约束作用，缩小约束范围；同时也可利用浇筑块的层面进行散热，降低混凝土内部的温度。合理的分缝分块，应能使结构起到调节温度变化的作用，确保混凝土有自由伸缩的余地，以达到释放温度应力的目的，接缝的处理必须满足防止渗漏水的要求。3）合理分布钢筋，钢筋与混凝土共同工作的基础是两者之间的粘结力。由于钢的弹性模量约为混凝土弹性模量的7-15倍，所以当混凝土内应力达到抗拉强度而开始裂缝时，此时钢筋的应力很小，想通过利用钢筋防止混凝土裂缝的出现，就达不到目的，但合理布置分布钢筋，可以起到减轻混凝土的收缩程度，限制裂缝的开展。4）混凝土设计标号不宜太高，在大体积混凝土的结构物中，力学强度和安全贮备，通常都很高，但过高的强度贮备，会使水泥用量增多，水化热变大。导致混凝土内部温度过高，造成内外温差过大，从面引起结构物的开裂。
3.2模板与钢筋
3．2．1模板大体积混凝土施工时，模板承受羊混凝土的侧压力及振捣混凝土的振动力，因此保证模板及其支撑体系的可靠性，防止模板产生过大的变形是完全必要的。近年来由于采用泵送混凝土，浇筑时间短而且快，加大了对模板的侧压力，如模板与支撑系统刚度不够时，更加大了混凝土产生裂缝的可能性，因此大体积混凝土的模板要根据受力情况，从模板、横楞、立柱、拉杆以及支撑系统的所有构件，都要进行分析计算，并取足够的安全系数。3．2．2钢筋在混凝土中钢筋锈蚀膨胀，体积将变大，这也是大体积混凝土裂缝原因之一，引起钢筋锈蚀原因主要有：①使用已锈蚀严重的钢筋，在使用钢筋前一定要做好钢筋除锈工作，锈蚀严重的钢筋不得在工程中使用。②由于混凝土的密实性能不好，抗渗性差，因此混凝土内部的钢筋，也容易受到环境或地下水的侵蚀而生锈膨胀，从而导致混凝土的开裂。③混凝土中有一些化学物质如氯钙和氯化钠也是钢筋生锈原因之一，所以在混凝土工程中控制氯盐的掺量，保证其含量低于规范要求。
3.3混凝土原材料
3．3．1水泥水泥对大体积混凝土裂缝的影响前面已讲过，这里不在重述，水泥的品种和用量，对大体积混凝土发生裂缝的影响。关于水泥的体积安定性问题。如果在水泥已经硬化后，产生不均匀的体积变化，会使结构物产生膨胀裂缝，影响工程质量，甚至引起严重的事故。所以体积安定性不良的水泥应作废品处理，绝对不能用于大体积混凝土工程中。3．3．2骨料1）有害杂质，拌制混凝土的骨料要求清洁而不含杂质，以保证混凝土的质量。2）骨料品种和粒径要求，砂子按其平均粒径和细度模量分为粗砂、中砂、细砂。在大体积混凝土通常使用粗砂，也可以使用中砂。石子按其形状分为碎石和卵石。当配合比相同时，碎石混凝土强度较高，抗裂性也较好。当混凝土的抗压强度相等坍落度也相等时，卵石混凝土的水泥用量较少。对于抗裂性有特殊要求的工程，当无碎石时，也可将卵石人工轧碎。当所用石子的最大粒径较大时，混凝土的密实性较好，并可以节约水泥；但为了便于捣实，石子的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，也不得大于钢筋最小间距的确3/4。当混凝土用泵输送时，石子的最大粒径还应符合要求，以免发生堵塞。3）含泥量要求，在大体积混凝土工程中，过多的含泥量，不仅增加混凝土的收缩，又降低强度，而且对抗裂性特别有害。为此在施工时应采取严格措施加控制。4）拌制混凝土宜采用饮用水。5）对于大体积混凝土可以抛一定量块石（设计规定范围内），减少混凝土用量，从而降低混凝土内温度水化热。块石一般要求其干净、清洁；其强度不低于浇筑混凝土强度；抛石要有一定距离。
3.4混凝土配合比
混凝土配合比是指混凝土中各种组成材料的数量比例。设计混凝土的任务，是要根据原材料的施工条件，确定出能满足工程所要求的混凝土配合比，合理设计混凝土的配合比，尽量减少混凝土坍落度，减少水泥用量。1）水泥品种与用量，大体积混凝土的水泥，应选用低热或中热水泥，并优先使用32.5级或42.5级矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥。在施工条件许可的范围内，应尽可能降低用水量。尽可能少用水泥就能减少水泥总的发热量，从而可降低混凝土内部的最高温度，这是设计大体积混凝土配合比中应考虑的首要问题。2）掺加粉煤灰，以减少水泥用量，粉煤灰掺量是一般为水泥用量的15%左右，掺量过大，影响混凝土的耐久性。3）石子级配的优劣，对节约水泥和保证混凝土具有良好的和易性有很大关系。在实际工程中，如果单一材料满足不了上述级配要求时，可以采用不同粒径进行掺配试验，通过多次筛选，最后确定合理的掺配比例。4）和易性要求，和易性是指混凝土拌合物能保持混凝土成分的均匀，不致发生离析现象，且易于施工操作的性能。大体积混凝土的特点是量大面广，要求混凝土连续作业，并有温度控制的严格规定，为此混凝土多数采用集中搅拌站供料。由于受运输、浇筑、振动和气候等条件的影响较大，所以对混凝土的和易性提出了一些新的要求。①不同停置时间及气候条件，对混凝土拌合物内水分的损失与坍落度影响；②不同停置时间及气候条件，对混凝土拌合物的热量（或冷量）损失的影响。5）外加剂的应用，在混凝土或砂浆中掺入少量的外加剂，可以改善其性能，节约水泥用量，降低工程造价，缩短施工工期，是一种使用方便、效果显著的新材料。为了保证工程质量，掺用外加剂时一般应注意以下几个问题：必须事先适配，掺量准确，搅拌均匀，注意掺加顺序。
3.5混凝土浇筑方法
大体积混凝土浇筑方案应根据整体连续浇筑的要求，要避免混凝土搅拌后很长时间使用，并结合结构物的大小、钢筋疏密、混凝土供应条件（垂直与水平运输能力）等具体情况，选择如下3种方式。3.5.1全面分层在整个结构物内，采取全面分层浇筑混凝土，做到第一层全面浇筑完成后，开始浇筑第二层时，已施工的第一层混凝土还未初凝，如此逐层进行，直至浇筑完成。这种方案适用于结构物的平面尺寸不太大的工程，施工时宜从短边开始，沿长边推进；亦可分为两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行。3．5．2分段分层适用于厚度不太大而面积或长度较大的工程。施工时混凝土先从底层开始浇筑，进行至一定距离后后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其它各层。3．5．3斜面分层适用于结构的长度超过厚度的三倍。振捣工作应从浇筑层的下端开始，逐渐上移，此时向前的浇筑摊铺坡度应小于1：3，以保证分层混凝土之间的施工质量。3．5．4混凝土浇筑时应注意以下几个问题1）分层厚度每层混凝土的厚度应不超过振动棒长的1.25倍，在振捣上一层时，应插入下一层混凝土内约5cm，以消除两层之间的接缝；同时在振捣上层混凝土时，要在下层混凝土初凝之前进行。混凝土分层厚度除根据振动器的棒长和振动力的大小之外，尚需考虑混凝土供应量的大小、浇筑速度及配筋情况，在大体积混凝土工程中，一般可定为400～600mm，数量较少的混凝土工程中可取250～350mm。2）防止混凝土发生离析混凝土自高处自由倾落高度超过2m，应沿串筒、溜槽、溜管等下落，以保证混凝土不致发生离析现象。漏斗和串筒的布置应根据浇筑面积、浇筑速度和摊平混凝土的能力而定，但其间距不得大于3m，布置方式为交错式或行列式。3）泵送混凝土的振捣方法由于泵送混凝土的坍落度较大，与上述三种浇筑方式所规定的坡度不符。因此在实际施工中，可将原来分层振捣的方式，改为在斜坡的头、尾部进行振捣，使上下两层有钢筋的混凝土得以密实。另外，在侧模的边缘，还可辅以竹杆插振，防止这部分混凝土出现漏振现象。4）表面处理大体积泵送混凝土，表面水泥浆比较厚，在混凝土浇筑后要认真处理。一般可在初凝前1～2h，先用长括尺按标高刮平；在初凝前再用铁滚筒碾压数遍，并用木蟹打磨压实，以闭合收缩裂缝。12～14h后才可覆盖湿草袋等物养护。5）施工缝处理在施工缝处继续浇筑混凝土时，其底层混凝土的抗压强度不应小于1.2MPa；在底层混凝土的表面上，应清除水泥薄膜和松动石子或软弱混凝土层，并加以充分湿润和冲洗干净（但不得积水）；在浇筑前，施工缝处宜先铺10～15mm厚与混凝土成分相同的水泥砂浆，并应细致捣实，便新旧混凝土紧密结合。
3.6控制混凝土内外温差
一般按规范来说大体积混凝土内外温差超过25℃，混凝土就极易产生温度裂缝，就施工而言，由于受不同环境、季节影响混凝土内外温差较难控制，加强混凝土养生，增加混凝土养护时间能有效的防止混凝土裂缝，而且在冬夏季大体积混凝土施工养生尤为关键：3．6．1冬季大体积混凝土施工内外温差控制冬季大体积混凝土施工由于气温较低，而混凝土内部温度最高时一般能达到70℃，所以应该做好混凝土保温工作，同时增加温度检测频率，一旦发现温差超过规范要求，要立刻采取保温（表面蒸气养生，增加覆盖层）等措施，以保证混凝土内外温差。3．6．2夏季大体积混凝土施工内外温差控制夏季气温高，大体积混凝土施工时首先保证混凝土入模温度不大于30℃，混凝土浇筑分层厚度在要30cm左右，要尽量采用有利于混凝土热量散发的措施（在不影响混凝土施工质量的情况下）。夏季大体积混凝土保证内部温差主要采取以下措施：①保温法：有条件的情况采用蓄水养生法，混凝土浇筑完成后在其表面积水20～30cm左右，一旦混凝土内部温度升高其表面积水温度也随之升高，这样其内外温差就得到有效的控制。也就控制温度应力，减少混凝土裂缝的概率；②内部降温法：通过大体积混凝土内部预埋水管，进行降温，有利于大体积混凝土内部温度挥发，从而使内外温差达到规范要求。
3.7温度控制要求
温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节，是防止大体积混凝土裂缝的核心。3．7．1编好施工方案，提出切实可行的具体措施在制定方案时，应广泛听取有经验的工人和技术人员的意见。并排列出保证质量的因果分析图和对策表，使施工方案的有关措施落到实处，如发生问题，也便于纠正。以往，一般只强调温差方面的要求，即通常所说的“温差控制”，而很少核算温度应力，或者认为温差与温差应力成比例关系，因此就不能有效地防止温度裂缝的发生。必须指出，只有温差控制，由于结构所处的具体条件不同（包括结构尺寸、配筋、基础约束情况等），它们的温度应力是不一样的。这就充分说明，采取同样的温差控制方法，为什么有的工程不裂，有的工程开裂。3．7．2加强温度监测工作不仅要在混凝土成形后，对混凝土的内部温度进行监测；而且应在一开始，就对原材料、混凝土的拌合、入模和浇筑温度进行系数测试，才能对存在的问题，及时进行改进。对有关测试人员应进行技术培训和岗位责任制的教育，以及正确填写测温记录等一些不可忽视的基础问题。
4结束语
桥梁工程在施工过程中经常会发生多种多样的混凝土裂缝，工程界的专家进行了大量研究，提出了控制裂缝形成及发展的诸多对策。通过工程实践经历分析，笔者认为：提高混凝土的自身质量是防止裂缝的核心；缩小混凝土的内外温差是控制温度裂缝的关键；控制结构变形约束裂缝的主要关键是减小约束应力；浇筑后的养护管理是控制干缩裂缝的关键；提高人工操作质量是控制裂缝的重要保证。因此，在项目施工管理工作中，需要从设计、施工工艺、材料选择及养护过程中精细化考虑，充分重视多种因素的影响，合理采取对策，就能较好地预防与减少裂缝的形成。
【参考文献】
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［2］孙长龙.浅析桥梁工程中温度裂缝的成因及防治对策[J].扬州大学学报•工程研究与实践,2014(3).
作者：王跃明 单位：江苏宏鑫路桥建设有限公司
