道路橋梁設計與施工中的裂縫成因

段思全 中國瑞林工程技術股份有限公司

1 前言

當前，在道路橋梁建設中經常會遇到橋梁開裂問題，影響橋梁后期的正常使用。為了提高道路橋梁質量，降低裂縫出現概率，減少因開裂問題引發的事故，應該從設計階段及施工階段分析引發路橋裂縫的原因，然后優化路橋設計，控制施工工藝，提高路橋質量，以保證道路橋梁的安全性、耐久性及穩定性，為后期的行車安全打下基礎。

2 裂縫的危害

我國建筑行業在隨著科技的進步不斷發展，社會的進步發展也對我國道路橋梁的建設和交通運輸提出了更高的要求，道路橋梁的設計和施工在社會的發展進程中也扮演者越來越重要的角色，干系著經濟的發展和進步。基于此，建筑企業之間也存在著越來越激烈的競爭，為了擁有更多的市場份額，就要有更好的施工質量、口碑和企業形象，就意味著施工過程中要盡量避免問題的出現，保證較高的工程質量。然而在道路橋梁的設計和施工建設過程中，施工管理問題常常會導致混凝土裂縫的出現，這一病害不僅會嚴重影響施工質量，還會對施工單位的聲譽造成負面影響。

3 造成施工裂縫的原因

3.1 施工材料的質量問題

道路橋梁工程能夠很好地推動國家經濟發展，但是在具體施工過程中，要對其施工質量進行嚴格的把控，如果施工質量不合格，那么不僅會對工程的外觀產生影響，還會對工程的安全以及質量造成影響。相關人員要重視對工件材料以及施工工藝進行把控，在具體生產過程中要重視級配工作，尤其要重視砂石和水泥等材料的分配工作，這些工作做到位才能夠確保工程的硬性條件符合標準，從而混凝土的強度以及耐久性等也符合標準。

3.2 溫度差異

當前道路橋梁工程中常用的施工材料是混凝土、瀝青混凝土。這類材料雖然具有諸多優點，但也容易受到溫度、濕度的影響而產生裂縫。尤其是在混凝土澆筑施工中，混凝土內部熱量聚集，溫度急劇升高，但外部溫度較低，過大的內外溫差給混凝土施加了一種應力，當溫差應力超過混凝土所能承受的最大抗拉強度時，便會產生裂縫。

3.3 施工裂縫

道路橋梁施工中，混凝土的配比不能達到設計要求，或者在混凝土施工中沒有按照規范工序進行施工操作，比如混凝土的振搗不均勻、初凝時間小于3h、混凝土分層或分段澆筑時接頭部位處理不好，則易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫；或者后澆混凝土養護不到位，會導致混凝土收縮而引起裂縫。除此之外，道路橋梁施工中，由于現場堆積的荷載過大，超出路橋的承載能力，也會產生裂縫。

3.4 收縮問題

收縮裂縫是由于混凝土具有收縮性能而產生的一種裂縫類型，且在道路橋梁工程中較為常見。在施工的過程中，需要考慮到混凝土的收縮性并對這一性能加以重視，收縮裂縫的產生不僅會對施工質量造成影響，更會影響到施工工程中的其他結構。混凝土的收縮性會導致混凝土在受到環境因素后發生形狀變化，產生裂縫病害。施工人員在對道路橋梁工程中的混凝土進行澆筑后需要進行一段時間的等待才能繼續后續施工。在完成混凝土澆筑后的一段時間內，混凝土結構中的水泥將會產生水化熱反應，這種反應會快速蒸發掉混凝土結構中的水分，導致混凝土結構的收縮。當這種情況發生時，塑性收縮問題也會發生在未硬化的混凝土中。當混凝土發生硬化，混凝土的水分蒸發，導致表面濕度降低，不能達到工程施工的標準和要求，而后混凝土將會收縮，體積變小，產生較為嚴重的龜裂和裂縫病害。

3.5 荷載引起的裂縫

荷載裂縫根據道路橋梁的承載能力出現不同的特征，裂縫大多出現在中心受壓區域或者受拉區、受剪區和振動嚴重部位。根據結構不同的受力方式，產生的裂縫具有不同的特征。（1）中心受壓。此種情況下，在構件中會沿著受力方向出現短而密的平行裂縫（見圖1），這種裂縫大多出現在橋墩上。（2）受彎。此種情況下，在彎矩最大截面附近，從受拉區邊緣開始出現與受拉方向垂直的裂縫（見圖2），并逐漸向中和軸方向發展。（3）受剪。當橋梁主筋及抗剪切筋設置不足，箍筋設置過密時，會出現斜向破壞，沿梁端腹部出現大于45°方向的斜裂縫；當箍筋適當時發生剪切破壞，沿梁端中下部出現約45°方向相互平行的斜裂縫（見圖2）。

圖1 中心受壓

圖2 彎曲裂縫、剪切裂縫

荷載問題也是產生混凝土裂縫的一大主要原因，荷載問題的產生主要與道路橋梁工程的路基結構建造有關。在混凝土路基的建造過程中需要使用多種不同的設備進行施工。部分路基結構的強度不高，當大型設備對其進行施工碾壓時，會造成十分嚴重的裂縫問題，導致路基的質量大打折扣。

4 道路橋梁施工中混凝土裂縫問題的應對措施

4.1 合理布局

在進行道路橋梁工程建設施工前，應該勘測和了解實際的施工場地情況，然后要對施工工程進行整體設計，需要結合實際場地情況對施工工程進行合理布局。施工人員需要結合工程設計充分考慮具體的施工情況，科學、合理地對鋼筋、混凝土等施工結構材料進行安排，使工程的荷載力和穩定性符合施工要求和標準，防止在施工中出現裂縫。在對布局問題進行設計和探討時，應該充分考慮到道路橋梁在施工結束后付諸使用的過程中的交通運輸情況，具體路段具體分析，不能一概而論，要尤其注意交通繁忙的路段的最大荷載。此外，還要充分考慮到施工過程中可能出現的環境變化和天氣變化等影響，并對此做好解決預案，防止施工過程中裂縫的產生。

4.2 不斷提升混凝土與鋼筋的品質

混凝土的質量直接影響了道路橋梁工程的具體施工質量，道路橋梁工程中的主要受力構件是混凝土和鋼管，這兩種施工原材料被廣泛應用于工程的施工過程中。施工人員在具體施工過程中，要對路基路面情況進行科學合理的分析，并且還要關注天氣等其他因素，然后對施工原材料的配比進行科學合理地制定和調整，除此之外，還要充分地考慮到車輛和行人的通行問題。要想確保工程的使用具有穩定性和安全性，就要對鋼筋和混凝土等施工原材料的質量進行控制。

4.3 控制溫度差異

溫差是引發混凝土裂縫的重要因素，因此減少或避免裂縫產生，就必須對施工過程中的溫差做嚴格控制。具體控制措施如下：（1）進行工程設計時，根據工程使用要求，在確保道路橋梁使用功能不受影響的情況下減少工程中的凹凸結構，以此減小溫差對混凝土的影響，避免溫差裂縫的產生。（2）在施工期間密切關注當地天氣、溫度變化，根據具體的溫度情況選擇合適的施工時間，制定相應的控溫方案。（3）進行混凝土澆筑施工時，將冷卻水管設置在大體積混凝土內部，利用其達到內部降溫作用，促使混凝土表面與內部溫差減小，從而防止混凝土裂縫的產生。（4）施工時根據具體情況靈活采用分塊、分層澆筑方式來減緩混凝土內部熱量聚集速度，加快熱量散發，從而降低裂縫出現概率。（5）施工中和施工后要及時開展養護工作，組建專門的養護隊伍在混凝土施工結束后及時灑水養護，防止混凝土出現干裂問題。必要時給作業面覆蓋土工布或草席，并定時、定期進行灑水養護，避免混凝土水分迅速蒸發或內外溫差過大導致裂縫出現。在進行灑水養護時，灑水的頻率、次數以及每次灑水量都需根據施工區域內濕度、溫度等條件具體確定。

4.4 優化結構設計

通過對過往施工工程的總結可以對現有的施工過程和結構進行優化。優化的目的是使工程的施工過程更加合理，一定程度上提高工程的施工質量，并保證工程結構的穩定和安全，防止結構問題的產生。施工人員要在混凝土表面加一層保護膜，防止混凝土發生腐蝕問題。除此之外，工作人員還應該注意到鋼筋在結構中的重要性，可以通過縮小間距和使用小直徑鋼筋的方式來使混凝土結構更加穩固，降低產生裂縫的可能性。

4.5 道路橋梁的后期保養

在修建道路橋梁工程正式結束之后，為了保險也是為了消除安全隱患來避免裂縫的擴散，修建人員就需要去加強對橋梁的后期保養和逐漸優化改進，定期檢查混凝土材料構造的損害程度以及保養和修補。由于對于道路橋梁這個工程來說，后期保養程度效果能夠直接對這整個工程造成影響和。因此，修建人員及道路橋梁工程養護單位需要根據工程的具體方案和實際情況進行修補，這樣在進行仔細認真的時候同時做好對每一個細節的保養，合理地控制這些混凝土質量，才能做到沒有裂縫出現。現在進行后期養護工作時候，也應該科學地去規劃道路橋梁的后期保養，這樣才能從整體上提高該道路橋梁修補養護的積極效果。

5 結束語

綜上所述，路橋的設計與施工中引發混凝土裂縫的原因較多，要從提升道路橋梁設計方案的安全性、控制好原材料質量、提升施工人員的質量控制意識、完善混凝土澆筑方案四個方面預防裂縫。設計之前，應調查工程地質，合理選擇基礎類型，根據荷載預測合理設計構件的尺寸、鋼筋的設置；施工中，應選擇合理的混凝土澆筑方案，采取分層澆筑、二次振搗等措施控制混凝土的澆筑溫度等，實現預防裂縫的效果。