混凝土桥墩裂缝分析及预防

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
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。
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2.6～2.8，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。
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
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。
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。
作者单位：中铁十七局集团第二工程有限公司
2011年第13期 (7月上) 《交通世界》 229
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பைடு நூலகம்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
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。
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。
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。
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，
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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。
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。
B桥梁隧道 RIDGE&TUNNEL
混凝土桥墩裂缝分析及预防
文/谈辉玲
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。
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。
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。