干旱地区实体墩柱裂缝控制

涂 燕

中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司 河南洛阳 471003

摘要：道路桥梁的建设，是我国交通基础设施建设的重点部分，其质量控制极大地影响着人民群众的生命财产安全和生活出行。实体墩柱起着支撑桥梁的作用，因此道路桥梁的实体墩柱的质量，与整个工程的质量息息相关。我国由于地理位置、地形等因素的影响，干旱地区占地面积较大，且位于我国西北部。不仅如此，人们必须要注意到，我国西北地区的经济发展程度，与我国东南沿海地区存在着明显的差异，而且西北地区存在欠发达情况，亟需国家通过建设交通基础设施等措施进行扶持。在干旱地区的实体墩柱，经常会出现裂缝的情况，若裂缝得不到及时的处理与控制，必然会对我国人民群众的生命财产安全造成威胁。为了继续贯彻我国开发西部的战略，为人民群众提供更加安全、舒适的出行环境，本文对我国干旱地区的实体墩柱出现裂缝的成因进行分析，并且从不同的角度给出控制策略，以期对我国实际的实体墩柱施工与裂缝控制提供有益帮助。

关键词：干旱地区；实体墩柱；裂缝控制；控制措施

1.引言

自进入21世纪以来，我国交通运输事业的发展势头十分迅猛，越来越多的大跨度混凝土桥梁竣工，为我国人民群众的出行带来诸多便利。但是，在这一过程中，我国干旱地区的桥梁建造出现问题，由于受到多种多样的、复杂的因素影响，实体墩柱出现裂缝的问题频繁发生。实体墩柱是支撑桥梁的重要部分，其质量是十分重要的，因此在对实体墩柱进行裂缝控制的过程中，必须从材料、施工工艺、后期养护等方面着手，控制实体墩柱裂缝，为我国人民群众建造出质量过关的交通运输基础设施。

作为桥梁的必要组成部分，实体墩柱结构复杂、体积巨大，大体积混凝土浇筑和使用过程，对预防混凝土开裂措施，以及混凝土结构技术指标，有着极高的要求。混凝土除了应具备强度、刚度、稳定性之外，还需具备结构层面的防水、防渗漏等性质。

混凝土实体墩柱有以下三个特点：第一，整个桥梁结构所需混凝土数量庞大，而大体积混凝土浇筑过程中产生大量热量，导致混凝土的内部、外部温度差距较大；第二，混凝土桥梁结构的设计中对承载力要求高，所以配筋情况和配筋率也必须相应提高；第三，混凝土桥梁的相对结构小，个别位置有着薄壁类型的结构，极易受到气候温度的影响^[1]。

2. 干旱地区实体墩柱裂缝影响因素

大量的施工前期调查表明：①在墩身托盘顶帽变截面处、墩身迎风面或者向阳面部位，还有预制梁顶面，会出现表面龟裂或无规则的枝状裂纹；②桥梁墩身的泄水槽下部、涵洞和箱形桥四分之一截面处，会出现纵向的裂缝；③在夏季与冬季施工过程中，出现裂缝的概率更大；④承台和墩身施工间隔时间越长，就会出现越大的裂缝；⑤缺乏对实体墩柱的养护工作。以下将对于干旱地区实体墩柱裂缝影响因素进行分析。

2.1水泥本身会出现水化硬化过程

在进行水化硬化的过程之中，水泥内部的结构会将大量的热量进行释放，而且热量释放时间相对集中，导致内部温度升高，最高可达70℃。在此之中，尤其是墩台较高的混凝土结构，由于其体积较大，散热到外界的过程缓慢，导致结构内部温度上升迅速，导致内部出现温度梯度的现象，混凝土内部产生较大的压应力，在结构外表面会形成较大的拉应力，当应力增大超过混凝土的抗拉极限强度，表面就产生裂缝。

2.2混凝土自身具备收缩的特性

在通常情况下，水泥重量的20%为水泥水化所需的用水量，在混凝土硬化过程中，剩余拌合用水出现的蒸发现象，因此会导致混凝土的体积出现一定程度的“缩水”。混凝土的硬化收缩，从开始到结束约需4个月，其过程中混凝土受到一定程度的外部约束作用，必然会导致不均匀的拉应力在混凝土内部出现，从而导致裂缝^[2]。

2.3实体墩柱的地基影响

实体墩柱的建设位置处于坚硬的岩石之上，新浇筑的混凝土会受到岩石的影响，导致水化热升温的过程受到制约，从而影响压力的产生。由于岩石地基制约着新浇混凝土温度下降时收缩变形，混凝土的内部将会出现较大的拉应力，然而，混凝土的温度由高到低，需要一定的时间来完成，因此这种情况属于危险情况。当气温迅速降低的时候，早期的混凝土基础表面容易产生裂缝，后期的混凝土基础温度一旦出现持续下降，混凝土产生拉应力，从而导致表面裂纹不断加深，最终产生对实体墩柱具有较大破坏性的贯穿性裂缝，以及深层裂纹。

2.4地区气候影响

地区昼夜温差变化幅度大，实体墩柱出现裂缝的概率也会升高。在昼夜温差的作用下，混凝土的内部与外部的温差会出现较大温差，出现混凝土变形情况，导致混凝土承受更多的应力，一旦应力差成为负数，裂缝的出现将不可避免^[3]。

2.5原材料及施工技术质量

实体墩柱乃至整个桥梁的质量，与施工材料的质量息息相关。建造实体墩柱所用到的混凝土，所用的材料主要为水泥、砂石、其他添加剂等，如果在混凝土配合比设计中，粗骨料的颗粒级配没有做到连续、或者数量不够，以及碱骨料与其他成分发生一定程度的化学反应，也会导致实体墩柱出现裂缝的情况

^[4]。施工现场对施工技术的质量进行严格把关，导致施工人员没有按照施工图纸给出的要求，全程进行规范的技术操作，直接为裂缝的出现埋下隐患。如果在施工过程中的操作出现失误，或者将其他的建筑材料放置在尚未变干的混凝土表层，也会导致裂缝出现。

3.干旱地区实体墩柱裂缝的控制措施

当混凝土温度、环境相对湿度处于同一水平线的时候，外部环境的风速每增加10km/h，混凝土表面水分蒸发速率就增加1倍。不仅如此，在混凝土的温度与风速相同的时候，空气湿度每降低50%，混凝土表面水分蒸发速率就会增加1倍。在上述环境之中，如果混凝土浇注后尚未进行抹面，表面就会严重失水，导致塑性开裂现象出现；水分在脱模以后会迅速散发，产生内部缺陷，而且是后期覆盖浇水保湿方面的养护也无法弥补的缺陷。因此干燥的环境与过大的温差，就是导致干旱地区实体墩柱出现裂缝的最主要因素^[5]。

3.1严格控制实体墩柱的原材料

从水化作用出现散热现象的特点出发，在选择主料的时候，尽量选择水化热较低、凝结时间长的水泥，例如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等硅酸盐为主的水泥料。将外加剂掺合于混凝土之中，普遍选择粉煤灰或者减水剂，其原因是粉煤灰可以降低大约15%的水化热，改善混凝土自身的粘塑性，而减水剂可以避免出现冷接缝，不会影响混凝土的抗拉力以及收缩强度，使热量释放的速度减缓。

其次，应对含泥量进行控制，对使用的粗细两种骨料进行清洗，减少砂石当中的含泥量，其原因是如果含泥量过大，必然会增加混凝土的收缩，从而使混凝土的抗拉强度大大降低。所以在搅拌混凝土之前，必须对混凝土内部的含泥量进行控制，粗骨料一般含泥量必须控制在1%以下，细骨料则应当控制在2%以下。骨料采用连续级配，细骨料最好采用中砂^[8]。

3.2优化混凝土的配合比例

在满足实体墩柱设计与施工要求的前提下，为避免裂缝的出现，尽量降低混凝土胶凝材料用量、砂率和坍落度，按最小浆体体积原则配置混凝土。考虑施工地区气候变化、施工工艺以及施工结构的不同，混凝土配合比应该有多个备用方案。

采用低水胶比、低用水量、低水泥用量的原则，最大限量掺用优质粉煤灰、少掺或不掺磨细矿渣粉;满足泵送条件下，坍落度控制在140～160mm之间，砂率小于40%，碎石用量不少于1050kg/m³。

不仅如此，在施工过程中，原材料品质在合格基础上发生波动时，对外加剂掺量、粗骨料分级比例、砂率进行适当调整。调整时，外加剂的掺量变动为胶凝材料的0～0.20%，砂率可变动±2%，不同粒径粗骨料的调整比例，将满足连续级配和紧密空隙率要求作为标准。调整后混凝土的坍落度，应在原理论配合比坍落度±10mm内，而调整后的混凝土的含气量，应在原理论配合比含气量±0.5%内。混凝土配合比必须考虑到夏季和冬季二者的施工环境，夏期配合比应增加粉煤灰掺量，以降低混凝土水化热；冬期施工应增加磨细矿渣粉掺量，以保证早期强度^[7]。

3.3注重实体墩柱的施工工艺

以我国新疆地区为例，该地区气候干旱，水分蒸发速度过快是混凝土干缩裂缝的重要原因。在新疆地区的夏季施工过程中，必须注重水分蒸发过快带来的负面影响。混凝土的密实度和均匀性，对其成型质量影响重大，严格控制搅拌、运输、浇捣、振实等工序，对提高质量非常必要。

注重实体墩柱的模板构造，最大限度地避免出现漏水、漏浆、支撑刚度不足、支撑的地基下沉、过早拆模等不良现象。此外，还应该避免施工过程中出现钢筋表面污染、混凝土保证层过小或过大、浇筑中碰撞钢筋使其移位等问题。

混凝土养护与裂缝之间的关系是十分密切的，我国新疆地区风沙大，空气当中水分含量低，因此混凝土浇筑完成后，养护方面也存在较大的难度，所以必须注重对混凝土的早期养护工作。在实体墩柱的施工过程，如果遭遇极端高温、沙尘暴等恶劣天气，必须停止施工^[6]。

3.4控制实体墩柱的施工过程

根据不同混凝土结构物存在的特点、施工季节和气候环境，以及施工现场易发、多发的突出问题，除严格按照设计要求严格控制之外，还应按以下重点加强混凝土拌和、运输、浇筑、养护等关键工序的控制。

混凝土搅拌工作：拌合站必须配备1kg、2kg、5kg三种校正外加剂的标准砝码，同时需要定期校准计量秤。拌合站试验室必须每月定期对混凝土的匀质性开展相关试验，使混凝土的最短搅拌时间得以保证。

混凝土入模坍落度工作：在满足泵送工艺要求的前提下，泵送混凝土随浇筑层高度增大，从而减少坍落度。在高温、交通拥挤等情况发生的时候，立即运行特殊措施，防止混凝土坍落度损失过大。

混凝土浇筑振捣工作：缩短墩身与承台、涵洞及箱形桥基础与涵（箱）身的浇筑龄期差，从而降低混凝土各部分收缩情况不一致，而产生的结构裂缝风险。浇筑前必须进行技术交底，对浇筑顺序进行明确，同时对所有岗位的人员进行确定。对于钢筋交错密集、保护层较薄的部位，采用人工铲的形式，对浇筑完毕的混凝土进行专门铲实。

混凝土拆模养护工作：在拆模过程中，必须考虑混凝土内外的温差。结构芯部混凝土与表层混凝土之间的温差、表层混凝土与环境之间的温差大于20℃的时候，不能进行拆模工作。遇到大风天气，以及气温急剧变化时不能拆模。在炎热和大风干燥季节，拆模工艺必须是逐段拆模，以及边拆边覆盖养护。混凝土拆模后，采用塑料薄膜、土工布和塑料布三层覆盖包裹。墩顶及梁顶表面放置养护水罐，采用节水渗灌工艺养护，确保养护布在标准养护期限内潮湿^[9]。

3.5控制实体墩柱的内部与外部温差

混凝土内部与外部的温差控制，对混凝土的拆模时间、养护期限、养护质量有重要影响。以兰新铁路第二双线甘青段石油河特大桥38号实体墩柱为例，将6个监测点放置于实体墩柱不同的位置，采用无线传输测温设备监测实体墩柱内部和外部温度，结果显示，混凝土芯部温度T1，在混凝土浇筑42h达到峰值57.7℃。如果混凝土在浇筑42h之后拆模，墩身有出现裂缝的风险。因此，必须改变墩身混凝土浇筑后24h就开始拆模的错误理念，拆模最佳时间是浇筑混凝土72h后；在后续混凝土施工过程中，应采取措施降低入模温度。

芯部温度T1，与向阳面混凝土表面温度T3，温差19℃，与背阴面混凝土表面T4温差为32℃;与T5温差为25℃;与T6温差为24℃。温差都接近或超过20℃。结果表明:此阶段应采取墩身包裹养护措施，以缩小混凝土内外温差。

凌晨4:00～7:00时，大气环境最低温度为8℃，与墩身外侧温度最高温差为32℃;午后14:00～17:00时，大气环境最高温度22℃，与墩身外侧温度最高温差为18℃。结果表明:夜晚至次日早上应加强墩身包裹养护措施，减少混凝土受昼夜温差影响。

受环境风面影响，墩身外侧左右两边(T3、T4)受风面积较大，均低于墩身中间前后(T5、T6)的温度。受阳光直射影响，向阳面(T3)温度均高于背阴面(T4)温度。向阳面(T3)温度在一天内温度急剧变化明显，昼夜相差12℃。

3.6新材料的运用

在干旱地区，试题墩柱台身、涵洞等部位，对于混凝土耐磨蚀性能，以及外观质量的要求极高，所以应当运用透水模板布等全新的材料工艺。

透水模板布的表层过滤层光洁、致密，具有微细的孔洞，在与混凝土进行接触的时候，能透过水和空气，但是能够阻止水泥颗粒通过，呈现出二层复合的功能。面垫料层在和钢模板进行接触的时候，能够发挥保水、透气与排水的性能，保水能力大于0.45L/m2，使表层混凝土处于潮湿状态；排水能力大于3L/m2，使多余的水分和气体渗透出钢模板外。

透水模板布具有以下技术特点：透水模板布有较强的吸附性能，混凝土中的部分水分、气泡穿过透水模板布的过滤层进入垫料层，能有效提高混凝土养生质量;气泡在垫料层中逸出，大大降低墩身混凝土表面的气泡，使混凝土色差、砂线和龟裂等一系列外观缺陷得以消除。除此之外，透水模板布吸附混凝土表面的多余水分后，使表层混凝土的水灰比大大降低，从而提升混凝土的表层强度，增强我国干旱地区混凝土抗碳化和抗有害离子侵蚀能力。

3.7其他预防裂缝措施

为了削减温度方面的应力，可以适当对约束条件进行改善。在条件充足的0情况下，在实体墩柱的垫层与基础之间，可以刷一层热沥青；或者在基础上刷热沥青的时候，再铺上两层油毡或者铺一层细砂，从而使混凝土浇筑后产生的约束力得到了充分释放，从而使裂缝产生的几率大大减小。

4.结束语

本文通过结合我国干旱地区的实际例子进行分析，发现实体墩柱产生裂缝的原因主要为环境气候、施工工艺、后期养护等，实体墩柱在使用过程中，产生裂缝是不可避免的，施工方不能回避这一问题，必须采取多种措施进行解决，在施工过程中不断总结，认真研究相关施工工艺，做好相应的预防和养护措施，就能够有效解决实体墩柱的裂缝问题，从而提升整个桥梁工程的施工质量。

参考文献：

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