TRANSPOWORLD 2011No.13(Jul)228BRIDGE&TUNNEL桥梁隧道近年来，随着公路交通量的增加，公路、桥梁负荷上升，其承载力日趋饱和，考虑不少公路、桥梁采用混凝土结构，且大多为建国后所建，桥龄基本在40年左右，这些旧有桥梁很多都已出现老化、破损、裂缝等现象。根据相关病害调查，桥墩裂缝是混凝土桥梁最主要的病害形式之一，桥墩作为桥梁结构中重要的下部构件，不仅承担着上部结构及汽车等产生的竖向轴力、水平力和弯矩，有时还受到风力、土压力、流水压力以及可能发生的地震力、冰压力、船只和漂流物对墩台的撞击力等荷载的作用。桥墩墩身裂缝直接影响且损害其自身乃至整体桥梁(根据混凝土结构缺损状况评定标准，墩台部件权重约占全桥的50%)的安全性、实用性、耐久性和美观。裂缝成因分析 桥墩病害的主要表现形式为：混凝土剥落、露筋、砌体风化、灰缝脱落、水平裂缝、竖向裂缝、网状裂缝、水平位移、倾斜、沉降等。其中，裂缝作为混凝土结构的主要病害之一，其成因复杂繁多。裂缝划分无严格界限，每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素，其余因素对于裂缝起到继续发展或加剧劣化的作用。常见的墩身裂缝形式包含：桥墩中心线附近的竖向裂缝、桥墩在日照时间较长侧的裂缝、桥墩模板对拉筋孔处的裂缝、桥墩模板分块接缝处的裂缝、桥墩顶部环向裂缝以及混凝土表面细小、不规则的裂缝。究其开裂原因，拟从桥墩的设计、施工及运营使用三方面进行分析论述。桥墩设计桥墩在设计阶段，结构不计算或漏算、结构受力假设与实际受力不符，内力与配筋计算错误，结构的安全系数不够、设计时考虑的施工可能性与实际情况出现差异等均会使桥墩在外荷载直接作用下产生裂缝。桥墩施工桥墩施工过程中，水化热效应、施工工艺、材料自身等因素都会影响桥墩开裂。混凝土原材料的影响水泥的影响。混凝土强度等级设计为C30，水泥用量较小为243kg/m ，采用P.042.5普通硅酸盐水泥，其早期的水化热和水化速度相对较快，混凝土内部早期蓄热量较大，引起墩身内部温度较高。骨料的影响。骨料在混凝土中占绝对数量，它的形状、大小、级配以及热学性能对混凝土的膨胀收缩至关重大。粗骨料采用硅质石灰岩，饱水单轴抗压强度135.8Mpa，含泥量0.6%，无碱骨料反应有害物质存在，级配良好，最大公称粒径31.5mm；砂子为水洗河砂，细度模数2.62.8，含泥量0.8%，无碱骨料反应有害物质存在，级配良好。骨料对混凝土裂缝的影响较小。当地气候条件的影响。陕西地区六月中旬为旱季，气候干燥，容易造成混凝土内部失水过快，形成混凝土养生补水小于混凝土内部失水，混凝土快速水化水量不足引起混凝土表面收缩增大，形成表面收缩裂缝。高性能混凝土特性影响高性能混凝土与普通混凝土最大的区别是在材料组成上引入了大量矿粉、粉煤灰替代水泥，由于矿物掺合料早期水化速度相对较慢，导致混凝土早期强度相对较低，早期抵抗外界影响能力较低，成为诱发混凝土出现裂缝的一重要因素。结构物型式影响实心桥墩设计均为大体积混凝土，混凝土方量大，内部水化温度高，设计上又无特殊散热处理，桥墩为圆型结构，内部散热相对较慢。从而极易形成温度膨胀、收缩裂缝。温差梯度、湿度梯度和水化热的影响恶劣的气候环境使得混凝土内外温差梯度和湿度梯度加大，加剧了混凝土表面的干缩，也是导致混凝土裂缝的主要原因之一。混凝土浇注过程中水泥水化放热，受混凝土自身的不良导热性和混凝土热胀冷缩性质影响，桥墩内部温度升高体积膨胀而外部温度相对较低发生收缩，内外相互作用易导致桥墩混凝土外部产生很大的温度拉应力，当混凝土抗拉强度不足以抵抗该拉应力时，会引发桥墩竖向开裂。该类裂缝仅存在于结构表面。混凝土施工方法和工艺的影响混凝土配合比的影响。混凝土配制时所选参数对混凝土结构物的质量有着直接的影响。如砂率过小则不易施工操作，砂率过大，单位体积混凝土内骨料比表面积增大，混凝土的收缩相对增大，容易在混凝土表面出现开裂；如胶凝材料用量过大，不但引起混凝土芯部温度升高，而且混凝土的收缩也相对增大，容易在混凝土表面出现开裂。对于C30强度等级以上混凝土，粗骨料的粒径宜为31.5mm以下，不宜过大，单位质量的粗骨料比表面积有所增大，颗粒数目增多。虽然比表面积增大但对混凝土的收缩影响不大，而粗骨料颗粒数量适量增多，对限制混凝土收缩有较大贡献。供料速度及连续性的影响。桥墩一次性灌筑混凝土的方量较大，施工时间比较长，混凝土失水快、收浆快，混凝土采用罐车运输，如果供料不及时，混凝土桥墩裂缝分析及预防文/谈辉玲2011年第13期交通世界229(7月上)交通世界浇筑不连续，就容易使混凝土产生冷接缝，形成薄弱层，由于上下混凝土的收缩不同，在薄弱层的表面极易形成收缩裂纹。拌和物不均匀影响。由于混凝土拌和所用骨料的含水率不同，变化性较大，虽然采用了混凝土集中拌和，电子计量上料，但仍然存在由于骨料含水率不均匀而产生的混凝土工作性能差异，导致混凝土的坍落度、凝结时间、拌和物浆体的差异，这些差异对混凝土表面出现裂缝有不同程度的影响。漏振与过振的影响。漏振使局部混凝土匀质性差，容易产生不规则裂缝；过振使混凝土中石子下沉，砂浆上浮，表面泌水量加大。砂浆的收缩大约是混凝土的3倍。因此，砂浆量过于集中的层面极易形成贯穿纵向(环向)裂缝。养护不及时的影响。在客观条件下，混凝土拆模前隐藏着有潜在裂缝，拆模后如果养护不到位，等于是“雪上加霜”，将使混凝土裂缝宽度加大，数量增多。但有时在养护环节上容量造成一种视觉假象，养护时虽然混凝土表面始终处于湿润状态，但由于混凝土本身内部毛细作用也在同时向外透水，形成补水、透水的一种循环。如内部透水大于外部补水，养护工作便失去了作用，但给人的视觉还是在进行养护。这样容易形成养护不到位的养护裂缝。桥墩运营桥梁在运营阶段，交通量的增长、超出设计荷载的重型车辆过桥、钢筋的锈蚀等都会影响桥梁墩柱及其它构件的裂缝开展情况。当墩柱受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，则应特别注意，往往是结构达到承载力极限的标志。此外，环境温度对桥墩等构件的开裂影响也不容忽视，引起混凝土桥墩温度变化的主要因素包括：年、月温差、日照变化、骤降温差等，尤其是入冬期间温度骤降极易造成桥墩等大体积构件开裂。裂缝预防 混凝土不可避免的带裂缝工作，裂缝的存在和发展也将一定程度地削弱相应部位构件的承载力，并进一步引发保护层剥落、钢筋锈蚀、混凝土碳化、持久强度低等，甚或危害桥梁的正常运行和缩短其使用寿命。因而，针对前裂缝在设计、施工及运营阶段可能出现的原因进行如下分析。设计阶段在计算模型选取合理、桥墩强度、刚度、稳定性等满足规范要求的条件下，可选择尺寸较小的圆形截面桥墩，以一定程度地减缓减弱其温度应力峰值，从而降低其开裂风险。此外，在桥墩四周加防裂钢筋网，配筋除满足承载力及构造要求外，应结合水泥水化热引起的温度应力增配钢筋，以提高钢筋控制裂缝的能力。施工阶段人模温度降低混凝土的入模温度也是一项降低混凝土温度应力的重要措施。一般的，混凝土从塑性状态转变为弹性状态时，浇注温度越低开裂倾向越小。过高的入模温度会加剧混凝土的早期温升，使得温度应力更大。其它桥墩的模板应具备足够的强度、刚度和稳定性，可承受新浇混凝土的重力、侧压力以及施工过程中可能产生的各种荷载；混凝土的振捣密实、均匀，可有效防止收缩裂缝，不可过捣，否则造成混凝土离析；拆模不应太早，混凝土终凝后对墩柱表面应及时的保湿保温养护，使水泥水化作用顺利进行，以提高混凝土的抗拉强度。主要养护方法包括：覆盖养护、浇水养护、储水养护和薄膜养护等。施工过程控制采用混凝土集中拌和，微机控制上料，保证混凝土计量准确，和易性稳定；合理安排施工机具、浇筑工序，保持混凝土浇筑的连续性；适当延长拌和时间，合理安排振捣，合理选定拆模时间，避开大风时段拆模；加强养护措施，避免混凝土过早失水。桥墩应采用喷施养护剂或蒙裹塑料薄膜的方法，不宜单纯采用洒水养护，保持混凝土表面始终湿润，保证养护补水量大于混凝土内部毛细作用透水量。运营阶段运营阶段的抗裂措施应主要包含两方面内容：对潜在开裂隐患的控制和既有裂缝的修补控制。对于前者，若不考虑地震、撞击等偶然因素的影响，桥梁在运营期间的裂缝则主要跟环境变化相关。根据前文的温度骤降影响分析，圆形截面柱的抗裂情况较另两者略优，因而，可优先选择圆截面柱作为桥墩的设计方案。除此，可在温度骤降前期或初期，于桥墩表面附加保温材料或涂抹防护材料以削减温度骤降带来的影响。对于后者，虽然对桥墩混凝土的原材料、配合比及工艺等方面加强预防措施，但混凝土桥墩的裂缝仍不可避免。根据公路工程质量检验评定标准规定，公路桥墩裂缝缝宽0.15mm，铁路桥墩裂缝缝宽0.2mm以下的局部收缩裂缝，须进行处理、修补。对于运营期间出现的裂缝，由变形变化所引起的裂缝，其无承载力危险，可采用防水型化学灌浆技术作一般表面处理。结束语 混凝土桥墩工程中，多属于大体积混凝土工程，较易出现裂缝。只有在设计、施工、运营各阶段进行科学、合理的运作，可减轻减缓混凝土的裂缝开展。根据前文，相同体积情况下，满足强度、刚度、稳定性要求后，圆截面柱较矩形柱受施工期间水化热、运营期间温度骤降所引起的温度应力小，因而建议桥墩设计采用圆截面。作者单位：中铁十七局集团第二工程有限公司