桥梁下部结构刚度突变处裂缝的成因分析与防治措施

程中应及时检查导管的悬高、埋深混凝土面的标高、 提高了通化地区桥梁建设中灌注桩基础的施工技
进尺；加强监理工程师在大孔径灌注桩灌注全过程 术水平，有力地促进了通化公路的发展。
中的旁站。基桩质量验收是灌注桩工程质量控制的
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总第 $$ 期
汪东军等：桥梁下部结构刚度突变处裂缝的成因分析与防治措施
【内容摘要】 通过对桥梁下部结构刚度突变处裂缝的成因分析，提出了从设计、施工、材料、裂缝处理等 方面进行防治的的相应措施。
【关 键 词】 桥梁 混凝土结构 裂缝 成因 措施
" 概述
混凝土因取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可 浇筑成各种形状，且耐火性好、不易风化、养护费用 低，因此在桥梁工程中得到了广泛应用。但混凝土 材料抗拉强度低，容易开裂，这是它的最大缺点。裂 缝是混凝土工程常见病害，混凝土有裂缝是绝对的， 无裂缝是相对的。但混凝土裂缝的出现牵涉到结构
!- ) 混凝土本身材料影响混凝土的收缩变 形，这包括材料、配合比、外加剂等。
% ’ & 水泥品种、标号及用量。矿渣水泥、快硬水 泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰 水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越 低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩 越大，且发生收缩时间越长。例如，为了提高混凝土
杆垂直于水平面；对于斜孔& 要求钻杆角度与斜孔角 的数量、桩位& 认可测桩报告；检查试块试压报告&
度一致& 钻头与钻孔孔位的中心在同一点上。为保证 对进行抽芯的基桩还要认可抽芯结果和抽芯报告；
施工过程中孔壁稳定& 必须按有关技术要求埋设护 测量基桩平面位置的几何尺寸。
筒& 使护筒底部位于稳定地层上& 以防孔壁坍塌。正 常钻进时& 施工单位必须严格执行钻孔桩施工操作
在实际工程中，桥梁下部结构如承台与墩身之 间 % 如图 ’ & 、箱形墙式墩身的实心体与空心体之间 % 如图 ! & 、悬索桥塔柱与基础之间 % 如图 ( & 等刚度突 变部位，如墩身或塔身较宽，往往容易在上部刚度较 小结构的受约束面附近产生如图 )、#、* 所示的裂 缝。这种裂缝不是受力裂缝，属混凝土收缩变形作用 引起的裂缝，不会影响结构的受力与安全，但对墩身 混凝土的外观质量及结构的耐久性有影响。
的倾斜度是否满足设计要求。应按有关技术规范要 止和减少可能发生的基桩质量缺陷。实行监理制
求检查钻孔的孔径、倾斜度、孔深、孔壁完整性和孔 度& 充分发挥监理工程师的监控作用& 严格实行监 底沉渣厚度& 清孔后泥浆指标及钢筋笼的钢筋质量、 理的“四不准”原则& 即人力、材料、机械设备准备不
几何尺寸、焊接工艺等。尽可能采用比较先进的测试 足不准开工；未经检查认可的材料不准使用；施工
, 结束语
规程。注意进尺过程中钻进是否正常& 如有异常现象
要保证桥梁灌注桩工程质量& 必须做到+ 选择
应及时处理；检查孔壁的完整性& 测试泥浆比例是否 切实可行的施工方法& 掌握可能引起质量缺陷的原
合适& 并根据需要随时调整。通过专用仪器检查钻孔 因& 采取必要的预防措施& 加强施工全过程管理& 防
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桥梁下部结构刚度突变处裂缝的成因分析与防治措施
汪东军
赵兴中
长春市高技术产业开发区工程管理处 ! 长春 "#$$$$ % 长春市高科技术产业开发区建设局 ! 长春 "#$$$$ %
的外观破损、钢筋的锈蚀及结构的安全等，因此广受 强度导致裂缝。对于混凝土的受力裂缝，工程技术
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稳、钻孔中心与钻头中心对中。对垂直基桩& 要求钻 关键环节& 其主要验收项目+ 无破损检测& 确定检测
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人员一般都比较重视，钢筋混凝土构件在荷载作用 下裂缝宽度的计算国内外都有各自的经验公式，并 已纳入相应规范，尽管不同的公式计算结果存在很 大差异，但毕竟可以参考应用，采取措施对混凝土的 受力裂缝宽度加以控制；对于混凝土变形作用引起 的裂缝中，温度变形、地基不均匀沉降变形引起的裂 缝已经引起工程技术人员的重视，如对大体积混凝 土进行温控计算并采取温控措施，采取措施控制地 基不均匀沉降等，但对于混凝土收缩变形 % 塑性变 形、干燥收缩、炭化收缩 & 导致的裂缝还没有引起工 程技术人员的足够重视。
( 结语
一座桥梁从建成到使用，涉及到设计、施工、监 理等各个环节，如设计疏漏、施工低劣、监理不力，均 可能使混凝土桥梁出现裂缝。本文通过对桥梁下部 结构刚度突变处裂缝产生的成因分析，提出了从设 计、施工、材料等方面进行防治的各种措施，以尽可 能避免或减少这种裂缝的发生，供桥梁工程技术人 员参考。
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以上这样的工程实例很多，不在此一一列举。经 分析，笔者认为桥梁下部结构刚度突变处由于混凝 土收缩变形作用引起裂缝的影响因素主要有以下几 点：
!- ’ 由于刚度差异太大，导致结构的一部分 混凝土变形受到另一部分混凝土的约束，因此产生 裂缝。如果两者刚度接近或前者比后者小，其产生的 约束作用小，也就不会引起裂缝；
实例 !：某桥墩身为实体墙式墩，外观呈哑铃 形，横桥向较宽，顺桥向较窄 % 如图 # & 。承台比墩身 早施工，两者之间存在一定的龄期差，在墩身施工时 承台的混凝土收缩已经部分完成，由于承台刚度较 大，墩身混凝土浇筑完成发生收缩时，墩身底部混凝 土受到承台的强大约束，而墩身又呈哑铃形，两端刚 度比中间要大，墩身截面的收缩变形还受墩身两端 的约束，结果在墩身底部 ! + (, 高截面中部出现了 如图 # 所示的竖直裂缝。
混凝土结构收缩变形已部分完成，对后浇筑的混凝 土结构收缩变形有一定的约束作用。如果先浇筑完 成的混凝土结构刚度相对很大，则其约束作用就越 大。当后浇筑构件的混凝土收缩变形由于受到约束 引起的应力超过混凝土的抗拉强度时，就会在交界 面附近产生裂缝 % 如图 )、#、* & 。
实例 ’：某悬索桥塔柱采用空心截面，直接与承 台基础相连 % 如图 * & 。在基础完成一段时间后再浇 筑塔柱。由于浇筑塔柱时基础混凝土收缩变形已部 分完成，塔柱混凝土收缩变形受到基础的约束作用， 后来在塔柱底产生了如图 * 所示的裂缝。
") , 外界环境。环境的相对湿度越高，收缩越 小；环境温度越高，风速越大，收缩越大。
") - 混凝土抗拉能力不足。
’ 桥梁下部结构刚度突变处裂缝的防治措施
根据以上对桥梁下部结构刚度突变处混凝土收 缩变形裂缝的成因分析，笔者认为可从设计、施工和 材料等方面采取防治措施：
’) * 设计 % * & 对于结构刚度差异大的结构，建议设置过 渡段，以减小刚度差异。如塔柱与承台之间设置塔 座、塔柱底设置实体段；箱形墙式墩身的墩底部设置 实体段如某悬索桥塔柱采用空心截面，原来直接与 承台基础相连，结果在塔柱底产生了裂缝。后来在另 外的塔柱底设置了过渡段，就没有出现类似裂缝。 % " & 减小或消除龄期差异。设计应对结构刚度 突变部位的施工龄期提出明确要求，即龄期差异不 能太大，一般要求不超过 "# 天。如条件许可，承台混 凝土与墩身混凝土标号相同，建议承台与墩身底段 一起浇筑，这样承台与墩身之间就消除了龄期差 异。 % ’ & 增设水平钢筋。即在承台与墩身的交界面 上、下加设水平防裂钢筋网。根据英国标准 $(##《钢 桥混凝土桥及结合桥》：在可能因收缩和温度位移受 到约束而开裂的情况下，为了限制裂缝容许宽度，应 在约束方向布筋，且钢筋应均匀分布于全横截面。 % ( & 对于墩身为箱形空心截面结构，建议在墩
身底部设一实体段作为过渡段，并要求墩身实体段 与空心段交界面上下的混凝土一次浇筑，因为这种 情况也存刚度差异问题，应避免出现类似裂缝。
% $ & 在可能出现裂缝的部位加设防裂钢筋网， 加强构造配筋。
% , & 保护层厚度不宜太厚。 ’) " 施工 % * & 严格按设计施工，控制承台与墩身之间的 龄期差异。 % " & 混凝土浇筑不宜过快，否则混凝土流动性 较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过 大，容易在浇筑数小时后发生塑性收缩裂缝。 % ’ & 混凝土搅拌、运输时间不宜过长，否则水 分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土 体积上出现不规则的收缩裂缝。 % ( & 混凝土振捣要密实、均匀。 % $ & 加强混凝土的养护，采取措施保温保湿。 % , & 施工时拆模不宜过早。如拆模过早混凝土 强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生 裂缝。 % - & 注意新老混凝土之间结合面的处理。 ’) ’ 材料 % * & 提高混凝土本身的质量， 包括优选各种 材料、配合比、外加剂等。尽量减小水灰比，降低水泥 用量，必要时掺入减小收缩量的外加剂等。 % " & 为提高混凝土本身的抗拉强度，提高混凝 土的抗裂性能，在易发裂缝部位可考虑使用纤维混 凝土。 ’) ( 裂缝处理 对于己发生裂缝的构件，应采取环氧树脂浆 进行封闭处理或采用近代化学灌浆技术处理，表 面采用颜色反差不大的水泥砂浆进行外抹，以免 影响外观。
% ’ & 水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土 收缩越大。
% ( & 外掺剂。外掺剂保水性越好，则混凝土收 缩越小。
") $ 养护方法。养护条件对混凝土的收缩变 形影响很大，养护 *( 天混凝土的收缩比养护 ’ 天混 凝土的收缩降低约 "#+ 。良好的养护可加速混凝土 的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿 度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越 小；蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。
! 桥梁下部结构刚度突变处裂缝的成因分析 在桥梁下部结构中，由于构造要求，结构构件之
间常常存在刚度突变，如承台与墩身之间 % 如图 ’ & 、 箱形墙式墩身的实心体与空心体之间 % 如图 ! & 、悬 索桥塔柱与基础之间 % 如图 ( & 等。在这些部位，由于 施工工序或其它因素，刚度突变处的混凝土往往存 在一定的龄期差，有时龄期差还较大，先浇筑完成的
!- ! 由于结构刚度突变部位混凝土存在龄期 差异，混凝土的收缩变形也就存在差异。龄期差越 大，这种差异也越大，先浇混凝土的约束作用就越 大，这种差异大到一定程度，就会引起裂缝；
!- ( 后浇筑混凝土结构的截面尺寸较大。因 为截面尺寸越大，其变形量也就越大，产生裂缝的可 能性越大。截面尺寸小，其变形量也小，产生这种裂 缝的可能性很小，如柱式墩就极少有这种裂缝。
仪器对成孔完整性、沉渣厚度进行检测& 如 ’( ) *$$ 工艺未经批准不准使用；前道工序未经验收& 后道
型超声波孔壁回声仪。灌注水下混凝土前应得到可 工序不准进行。建立严格的自检体系& 加强工序控
靠的水泥、混凝土配比试验结果；灌浆设备、注浆管 制。根据各自地质条件，施工中因地制宜，采用上述
及人员能满足灌注要求且能保证连续施工；灌注过 方法进行灌注基础施工& 取得了显著的效果。大大
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关注。 混凝土结构裂缝的成因和发展十分复杂，归纳
起来可分以下几种：!混凝土的受力裂缝。即混凝 土在各种静、动荷载及其次应力作用下产生的裂缝； "混凝土变形作用引起的裂缝。这类裂缝并非与荷 载作用有直接关系，而是由于变形作用引起，包括温 度变形、混凝土收缩变形及地基不均匀沉降变形，由 于这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉
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汪东军等：桥梁下部结构刚度突变处裂缝的成因分析与防治措施
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的强度，施工时经常采用强行增加水泥用量的做法， 结果收缩应力明显加大。
% " & 骨料品种。骨料中石英、石灰岩、白云岩、 花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低；而砂岩、板 岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒 径大收缩小，含水量大收缩越大。