铁路桥梁墩台裂缝成因及预防处理措施

近几年，铁路建设尤其高速铁路建设规模蓬勃发展，工程项目举国推进，由于高铁技术要求，桥梁在土建工程中比例越来越高，在桥梁墩台施工后还没有架梁铺架时，由于多种因素，在不同龄期很多墩台混凝土出现了裂缝，裂缝数量或多或少，走向变化多样，裂缝几何尺寸也不尽相同，成了铁路桥梁墩台混凝土质量通病。裂缝的存在均可能不同程度降低混凝土的结构承载能力或耐久性，因此要对裂缝有所认识，查明分析其成因，掌握其发展规律，采取有效控制措施预防并对既有裂缝进行处理，才能保证工程质量。


1．铁路桥墩混凝土裂缝的一般形式


产生裂缝的原因复杂繁多，由于材料、施工、环境、养护等不同因素均可能产生走向、宽度、深度、程度各异的裂缝。常见以竖向裂缝居多，自承台向墩身发展，宽度和深度逐渐减小，长度不一，且墩身两侧多数对称存在；还有一些斜向、横向或无规则走向裂缝。


以下是目前铁路桥梁墩台典型裂缝的图片（图中用线条表示裂缝的走向）。

自编1#墩身前后两侧表观均有1条裂缝，裂缝宽度在0.15～ 0.05mm之间，墩身小里程侧裂缝自右下角向左上角连续分布，大里程侧也裂缝在相应位置布置。裂缝最深为78mm。

自编2#墩身前后两侧表观均有2条裂缝，裂缝自墩身底部向上垂直发展，呈倒“八”字，宽度在0.20～0.05mm之间，小里程侧侧和大里程侧的裂缝分布位置大致相同。裂缝深度最大为65mm。
自编3#墩身前后两侧表观均有1条裂缝，裂缝自墩身底部向上垂直发展，基本贯通整个墩身表面，呈“1”字，宽度在0.20～0.05mm之间，两侧的裂缝分布位置大致相同。裂缝深度最大为99mm，检测未发现在整个混凝土墩身断面中贯通。
自编4#墩身前后两侧表观均有1条裂缝，裂缝在墩身中部基本呈水平布置，基本分布整个墩身表面，呈“一”字，宽度在0.15～0.05mm之间。两侧裂缝分布位置大致相同。裂缝深度最大为76mm。未发现裂缝在整个混凝土断面中贯通。
自编5#墩身前后两侧表观均有1条竖向裂缝，裂缝自墩身底部向上垂直发展，表观未贯通整个墩身表面，呈“1”字，宽度均在0.20～0.05mm之间。两侧的裂缝分布位置大致相同。在裂缝较宽位置选取二处采用单面平测法进行深度检测，测得裂缝最深为171mm。
自编6#墩身侧面存在无规则走向裂缝，裂缝宽度在0.12～0.05mm之间，最大深度为48mm。

2．铁路桥墩混凝土产生裂缝的原因


铁路桥梁墩身产生裂缝的原因收各类因素影响有很多，可能由于某种因素造成，也可能由于数种因素综合作用而产生。总的来说，产生裂缝的主要原因有以下几个：


2.1温度变化产生裂缝


由于混凝土内部温度和表面温度存在差异，造成较大温差，尤其对于墩身大体积混凝土来讲更为严重，造成内部与外部热胀冷缩的程度不一，使混凝土内部产生压应力，而混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面便产生了裂缝。


水化热、骤然降温、蒸汽养护或冬季施工措施不当都可能引起温度变化。


2.2混凝土的收缩产生裂缝


混凝土在不受外力作用下，由于收缩的自发变形而产生拉应力，造成混凝土开裂产生裂缝。引起混凝土开裂的收缩类型主要有塑性收缩、干缩两种。


高铁工程使用的高性能混凝土对混凝土的承载力和耐久性提出更高要求，水泥品种、标号、水泥用量、骨料品种、水灰比、外加剂等施工材料、施工工艺、外界环境和养护方法等这些都是产生收缩变形的主要因素。


2.3施工工艺质量低劣产生裂缝


在混凝土浇筑制作过程中，由于施工工艺违规操作、施工质量较低，造成裂缝产生。主要有以下几个方面：模板刚度不足，安装存在缺陷造成变形；混凝土塌落度不合理；混凝土浇筑工艺不符合规定不合理；混凝土过捣或欠振；混凝土没有连续浇注，间隔时间超过混凝土初凝时间，新旧混凝土界面处理不当，造成施工接缝。


2.4混凝土养护不当产生裂缝


由于混凝土养护未按照有关技术规定，养护部到位也是造成裂缝产生的主要原因。主要有以下几个方面：拆模过早；拆模后措施不当造成混凝土受冻或表面急剧失水干燥，或未采取措施使混凝土表面温度和周围环境温度相差较大等。


2.5其他原因


除了上述原因是造成混凝土产生裂缝的主要原因外，也可能由于地基变形、钢筋锈涨、外力荷载等因素造成。甚至可能由于数种原因同时作用而造成混凝土开裂。

3．铁路桥墩混凝土裂缝的控制与预防措施


要有效控制和预防混凝土裂缝的产生，要从设计、施工和养护三个方面进行，主要从以下几个方面着手：


3.1优化混凝土配合比的设计


要根据现场施工环境、材料的实际情况优化配合比。随着季节变化，可以设计夏期和非夏期配合比，同时要注意混凝土材料性能的变化等因素合理调整配合比。


3.2合理选用材料


尽量使用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥和火山灰水泥。采用低砂率、低塌落度、低水胶比和掺加高效减水剂和高性能引气剂，提高粉煤灰用量的设计原则，以求生产出高质量的抗裂混凝土。


3.3严格控制混凝土塌落度


在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量。


3.4采取措施调整混凝土下料温度


根据环境温度采取措施，尽量控制混凝土下料温度相对接近，减少温差。


3.5按照规定进行混凝土浇筑


对于大体积混凝土，尤其要控制好现场浇注施工工艺，根据浇筑面积确定灌注导管数量，浇注方向和分层厚度，并做好混凝土振捣，避免过振或欠振。


3.6避免过早拆模，避免大风天气拆模，拆模后采用包裹措施围闭桥梁墩身。


3.7合理养护，浇水养护时，控制水温，避免直接冲淋混凝土表面，避免骤然降温。


3.8尽量缩短墩台和墩身浇筑时间间隔


4．铁路桥墩混凝土裂缝的处理


混凝土裂缝的存在均可能不同程度地影响混凝土的结构受力或耐久性，受环境和荷载作用，裂缝可能有所发展，对混凝土结构质量产生更大危害和威胁。因此要根据裂缝病害程度进行抹浆封闭、压力注浆甚至注浆加固等方案处理。同时对于典型裂缝要建立观测档案，了解裂缝的发展动态，以便及时采取适当措施治理裂缝病害。


5．结语


裂缝是混凝土工程的常见通病，防止铁路墩台混凝土裂缝是一项复杂的系统工程，产生裂缝的原因很多，工程情况不尽相同，但只要我们在设计、施工、养护等环节严格按照规定严格把关执行，并根据实际情况优化有关参数工艺，还是可以防止甚至杜绝裂缝的产生的。