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【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。
作者：王跃明 单位：江苏宏鑫路桥建设有限公司
【参考文献】
［1］李聪丽.浅析水工建筑中混凝土裂缝产生的原因及预防措施[J].建材发展导向,2011(6).
［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).