浅析在桥梁工程中大体积混凝土裂缝产生的原因与控制

浅析在桥梁工程中大体积混凝土裂缝

产生的原因与控制

文⊙汪豪（巢湖市路桥工程有限公司）

摘要:随着桥梁技术的突飞猛进，大体致混凝土裂缝的产生。积混凝土在桥梁结构中应用的越来越多。二、大体积混凝土裂缝的控制混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较

小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生我国普通混凝土配合比设计规范规定：混凝土结构物中实体最小尺寸不小于1m的部位所用的混凝土即为大体积混凝土；有的则称任何现浇混凝土，只要有可能产生温度影响的混凝土均称为大体积混凝土。关键词:桥梁工程;大体积混凝土裂缝原因;控制目前，国内外对机械荷载引起的开裂问题研究得较为透彻。而对于桥梁中大体积混凝土的裂缝的研究并未得到足够的重视。本文将对此进行分析，探讨裂缝出现的原因及控制措施。一、大体积混凝土裂缝产生的原因大体积混凝土结构通常具有以下特点：混凝土是脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的1／10左右。大体积混凝土的断面尺寸较大，由于水泥的水化热会使混凝土内部温度急剧上升；以及在以后的降温过程中，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。大体积混凝土结构中通常只在表面配置少量钢筋，或者不配钢筋。因此，拉应力要由混凝土本身来承担。（一）水泥水化热的影响水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m3～550Kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17500KJ～27500KJ的热量，从而使混凝土内部升高。（可达70℃左右，甚至更高）。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。（二）混凝土的收缩混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时，将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。（三）外界气温湿度变化的影响大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂[1]。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导（一）大体积混凝土中水泥的品种及用量理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。于是，我们对于桥梁中的大体

积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于

水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙C3A），其他成分依次为硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）和铁铝酸四钙（C4AF）。另外，水泥越细发热速率越快，但是不影

响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。我们应该充分利用混凝土的后期强度，以减少水泥的用量。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28d向混凝土施加设计荷载，因此将试验混凝土标准强度的龄期向后推迟至56d或者90d是合理的[3]。这是基于这一点，国内外很多专家均提出类似的建议。这样充分利用后期强度则可以每m3混凝土减少水泥40Kg～

70Kg左右，混凝土内部的温度相应降低4℃～7℃。（二）掺加外加料和外加剂在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值，减少水泥用量。要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土

的掺合料是最有效的方法之一。外加剂可以从以下几个方面来选择。UFA膨胀剂，它可以等量替换水泥。并且是混凝土产生适度的膨胀。一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力，以抵消混凝土中产生的部分拉应力。减水缓凝剂，并应保证一定的坍落度。这样可以延缓水化热的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。（三）大体积混凝土的骨料控制

在骨料的选择上应该选取粒径大强度高级配好的骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土裂缝的开展。（四）优化大体积混凝土的设计虽然大体积混凝土不布置钢筋或者布筋较少，我们还是可以在裂缝易发生部位如孔洞周围以及转角处布置一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，这样可以有效的控制裂缝的发展。为了避免裂缝的出现，在设计中利用中低强度底水泥充分利用混凝土的后期强度。在工程结构设计中要特别注意降低结构的约束度。对于

裂缝。

（五）大体积混凝土的施工

混凝土施工包括混凝土的生产、运输、浇筑和温度及表面保护，是保护大体积混凝土温度裂缝的关键环节。而热应力的控制手段主要是控制混凝土的内外温差△T：△T＝Tp＋Tr－Tf式中：Tp—起始浇筑温度；Tr—水泥水化温升；Tf—天然或人工冷却后浇筑块的稳定温度。

在温度较高的情况下进行施工，我们一定要注意降低混凝土浇筑时的温度。可以在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖，以减少阳光对其的辐射，同时对浇筑前的砂石用冷水降温。在搅拌过程中向混凝土中添加冰水。以上这些措施都可以有效的降低混凝土的入模温度。在混凝土的内部通入冷却循环水，采用循环法保温养护，以便加快混凝土内部的热量散发。混凝土表面应该覆盖一些织物进行保温、保湿养护，这样不但可以降低混凝土内外温差，防止表面产生裂缝，还可以防止混凝土骤然降温产生贯穿裂缝，并且还可以使水泥顺利水化，防止产生湿度裂缝。为了及时掌握混凝土内部温升与表面温度变化值，可以在混凝土内埋设一定量的测温点，从而可以更好的了解混凝土的温度变化情况，一旦内外温差超过允许值25℃，好及时采取措施。

如果是在冬季进行施工，因为要防止早期混凝土被冻问题，所以要求混凝土浇筑时应该具有较高的浇筑温度。但另一方面，正是由于天气寒冷，混凝土稳定温度一定较低，往往超过允许温差，不能防止混凝土裂缝要求。所以，混凝土浇筑温度在冬季施工时一般以5℃～10℃为宜，在浇筑混凝土以前还应该对基础及新混凝土接触的冷壁用蒸汽预热，对原材料应视气温高低进行加热。加热石料时应避免过热和过分干燥，最高温度不应超过75℃。另外还要注意运输中的保温、浇筑过程中减少热量的损失以及保温养护。

（六）大体积混凝土的裂缝检查与处理

对于混凝土裂缝，应以预防为主，为此需要精心设计、施工，但是由于目前采用的防止裂缝的安全系数较小，而实际情况有复杂多变，所以实际工程中还是难免出现一些裂缝。大体积混凝土的裂缝分为三种：表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝。对于表面裂缝因为其对结构应力、耐久性和安全基本没有影响，一般不作处理。对深层裂缝和贯穿裂缝可以采取凿除裂缝，可以用风镐、风钻或人工将裂缝凿除，至看不见裂缝为止，凿槽断面为梯形再在上面浇筑混凝土。限裂钢筋，在处理较深的裂缝时，一般是在混凝土已充分(下转165页)

161

（（支承条件、钢筋等）建筑工程

桥梁墩台边坡的病害成因及防治

摘要:本文通过对广东省内某高速公路项目的桥梁墩台边坡进行调查分析，并针对出现的病害类型提出对应的防治措施。

关键词:桥梁;边坡;病害;防治一、概述

广东省内某高速公路项目由于地形地质条件较差，加之该工程工期紧迫，修筑桥梁墩台时开挖的边坡存在安全隐患，如果不加以处理，就可能出现边坡失稳滑动，诱发灾难性的桥梁墩台毁坏事故，造成重大经济损失和带来不利的社会影响，因此必须对桥梁墩台边坡病害及时进行预防和治理。

二、桥梁墩台路段边坡工程地质条件调查及评价

沿线桥梁墩台之间出现边坡的情况很多，大多属自然边坡，比较稳定，但仍有一些桥梁工点由于受地形条件的限制，在地形起伏较大的墩台周围开挖坡体，或作施工便道，或作施工场地，使得墩台周围人为地形成一个陡坡，高3～15m不等。这些边坡根据地质情况可分为两类：一类是由第四系冲、洪积、残坡积碎块石土层组成，结构松散，厚度较大，强度低，雨季含水量增高则力学指标会更低，极易沿堆积层与基岩面产生滑动，或沿坡内某一结构面产生滑动，导致边坡失稳，很容易发生溜坍；另一类由砂岩、花岗岩、板岩等组成，基岩全风化、强风化层厚达10～30m，质软，力学强度低。层薄、软硬相间的地层在构造力作用下其节理、劈理均较发育，岩体破碎，属层状碎裂结构或碎裂结构，为地下水的赋存径流提供良好的条件，加剧了岩石的风化。软岩往往易风化成具母岩构造的粉质粘土，强度很低，且易受地下水的不良影响，构成软弱结构面，对岩体的强度起控制作用，使得开挖边坡岩体强度很低，对边坡的稳定不利。加之岩质边坡结构面有的倾向坡外侧，可能发生顺层滑动，若倾角大还会发生倾倒破坏。对桥墩产生侧向应力，或使桥台悬空，从而影响墩台乃致整座桥梁的安全。

按照开挖边坡相对于墩台的部位，影响桥梁墩台稳定情况分为以下六大类：

（一）墩前后土体开挖，使墩前形成一陡坡，由于地质条件较差，边坡易坍塌，影响桥墩的安全稳定。

（二）墩与台之间边坡，由于施工修筑便道施工场地，开挖了台前边坡，且开挖边坡过陡过高，地质条件较差，易产生坍塌，影响墩台的安全。

（三）墩台侧面边坡开挖过陡过高，地质条件较差，边坡易坍塌，从而影响墩的安全稳定。

（四）墩台之间边坡弃土形成了高边坡，松散的弃土边坡极易坍滑，对墩台的(上接161页)冷却后，在裂缝上铺设1～2层的钢筋后再继续浇筑新混凝土。对比较严重的裂缝可以采取水泥灌浆和化学灌浆。水泥灌浆适用于裂缝宽度在0.5mm以上时，对于裂缝宽度

文⊙刘瑞盛（广州市公路工程公司）

安全稳定有一定影响。沿线墩台之间出现边坡的情况很多，大多属自然边坡，比较稳定，但由于开挖桥台基础、路堑、隧道等结构物的大量弃土堆积在台前墩侧的坡面上，既没有清除坡面植被，也没有开挖平台作填土碾压，形成松散的高边坡，基本处于极限平衡状态，一旦雨季来临，很容易沿自然坡面发生溜坍，冲击桥墩，并使桥台悬空，从而影响桥墩、桥台乃致整个桥梁的安全；或淤积河床，堵塞河道、公路交通运输。

（五）受地形控制或修筑便道，对墩前土体开挖过度，使墩襟边距不足，可能使摩擦柱的摩阻力减小，影响桥墩承载力；或者边坡土体产生的侧向应力作用在桥墩上，而桥墩抗剪能力差，势必造成剪切破坏，从而影响桥墩乃致整个桥梁的安全。

（六）桥墩台边坡开挖或弃碴后形成一边坡，但因地质条件较好或边坡不高、

弃碴不厚，边坡稳定，不影响墩台的安全稳定。

三、影响桥墩路段边坡稳定性的主要因素

（一）桥墩路段边坡的工程地质特征1、地层岩性

地层岩性及其组合是构成边坡的物质基础，岩性决定岩石的强度，抗风化性能。遇水是否软化，在相同构造力作用下的节理裂隙发育程度，而这些都与边坡的稳定直接相关。沿线硬质岩如板岩、弱风化砂岩、花岗岩等强度高、抗风化能力强，由其构成的边坡稳定性好，而软质岩如全～强风化砂岩、泥岩、花岗岩等强度低，易风化，遇水软化，其构成的边坡稳定性较差，软硬相间的岩性组合的边坡稳定性往往受软岩控制，稳定性一般不好。

2、地质构造

地质构造决定了岩层的产状，节理裂隙的性质、产状及发育程度。断层破碎带的性质等。而这些因素又决定了边坡的岩体结构。本路线正好位于区域断裂构造发育带内，受构造影响较大，如软质岩受构造影响严重、节理裂隙发育呈碎裂岩散裂状结构，路堑边坡稳定性差，紫红色厚层砂岩因时代新受构造影响小，节理裂隙不发育，呈整体状、整体块状结构，边坡稳定性好。

3、边坡岩体的风化程度

岩体的风化一方面破坏了岩体的完整性，另一方面使岩石物质成份发生变化，导致物理力学性质改变，直接影响岩体的强度及结构特征，进而影响路堑边坡的稳定。不同的风化程度表征着岩石受改造的程度和其力学属性的差异。

4、水文地质条件

水是边坡失稳的诱因，地下水软化岩小于0.5mm时应采取化学灌浆。化学灌浆材料一般使用环氧－糠醛丙酮系等浆材。

三、结束语

综上所述，虽然大体积混凝土很容易产生裂

体，增大下滑力，产生动、静水压力，

所有这些对边坡的稳定都是不利的。（二）边坡的开挖情况

边坡的开挖情况是边坡稳定与否的外在条件。它包括边坡的开挖高度、坡率、支护结构物的形式与规模。而现场桥墩路段边坡开挖前没有设计方案，为抢工期和施工方便，开挖边坡作施工场地和便道的随意性太强，当某一边坡的工程地质条件一定时，边坡的设计、施工方案则成了边坡稳定性的决定因素。

（三）其它

主要指一些次要的外在条件，如边坡的植被发育情况，上部荷载情况等。它们对边坡的稳定性均有一定的影响。

四、不稳定边坡工点的主要防治措施针对各个工点的特点和地质特征，采取了以下工程措施：

（一）对规模大、地质条件差的工点采用预应力锚索加固。

（二）对岩质边坡，节理裂隙发育、有顺层滑动或倾倒破坏的工点采用预应力锚索或锚杆加固。

（三）对边坡不高的全、强风化花岗岩或全强风化板岩夹变质砂岩工点，采用放缓边坡，边坡植草防护，坡脚设挡土墙固脚措施。

（四）对边坡较高的全、强风化花岗岩或全、强风化板岩夹变质砂岩工点，如无放坡条件或放坡后减少桥柱埋深深度影响墩安全，则采用锚索或锚杆进行边坡加固。

（五）对弃碴边坡，原则上采用清碴方案。如不能清碴，则设坡脚挡土墙，边坡进行砌石防护处理。

（六）对一些由于开挖施工便道或修筑施工场地，而切脚开挖形成的边坡，当切脚高度不大时，可采用回填土来稳定边坡的方案。

五、结束语

经现场调查，本高速公路项目经加固的桥下边坡均稳定、安全，说明采取的加固措施是可行的，总结得到以下几点经验：

（一）重视地质勘察与测绘工作。详尽的地质资料是桥下边坡治理设计的基础，必须委托有资质及丰富经验的单位进行该项工作。

（二）做好动态设计工作。由于边坡岩土体的复杂性及不确定性，难以在设计前探明边坡的全部状况，故必须设计与施工紧密配合，设计者及时根据施工反馈的信息调整方案，进一步完善设计。

（三）做好施工组织。对边坡的稳定状况应当有预见性，制定合理的施工程序和方法，减少对坡体的扰动和病害的产生，从而确保边坡的稳定。

缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。

165