道路橋梁施工中出現(xiàn)裂縫的原因分析

徐學(xué)蓮

【摘要】論文基于道路橋梁施工裂縫的不良影響展開分析，同時討論了道路橋梁施工裂縫的形成原因，如荷載過大、溫度變化、水化熱影響、施工材料質(zhì)量問題等，通過研究優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、加強施工材料管理、溫度控制、加強施工圖紙管理、確保混凝土澆筑質(zhì)量、防止鋼筋銹蝕、施工養(yǎng)護等措施，其目的在于降低道路橋梁施工裂縫發(fā)生概率，延長道路橋梁工程的使用壽命。

【關(guān)鍵詞】道路橋梁工程;施工材料;施工質(zhì)量

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.08.074

引言：

在道路橋梁工程施工中，裂縫病害屬于常見的施工問題，該問題的存在不僅會影響道路橋梁的綜合性能，縮減道路橋梁工程的使用壽命，而且也會增加車輛行駛風(fēng)險，威脅駕駛員生命安全。基于道路橋梁施工裂縫形成原因，擬定可靠的預(yù)防措施，可以盡可能規(guī)避道路橋梁裂縫問題，延長道路橋梁工程的使用壽命。

1、道路橋梁施工裂縫的不良影響

1.1影響內(nèi)部構(gòu)件質(zhì)量

道路橋梁施工裂縫的出現(xiàn)會讓雨水、空氣中水分逐漸混入到結(jié)構(gòu)中，從而對鋼筋結(jié)構(gòu)、路面基層、瀝青層產(chǎn)生腐蝕作用。而堿性混凝土的鈍化作用、路面基層礦物也會在二氧化碳、水、氧氣作用下逐漸失效，造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕問題，使結(jié)構(gòu)強度逐漸下降，從而導(dǎo)致整個道路橋梁工程綜合強度下降。并且裂縫處結(jié)構(gòu)綜合強度的下降，也會打破整個結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的平衡狀態(tài)，裂縫位置也容易成為應(yīng)力集中的部位，而其他位置的構(gòu)件也會受到影響，從而降低了構(gòu)件應(yīng)用質(zhì)量，影響到道路橋梁工程的使用壽命。

1.2造成滲水

道路橋梁工程裂縫問題的出現(xiàn)，也會帶來滲水問題。道路橋梁裂縫可以分為宏觀裂縫與微觀裂縫兩種，裂縫的出現(xiàn)也破壞了整個結(jié)構(gòu)的完整性，此時水體會沿著裂縫逐漸下滲，并且對混凝土、瀝青面層內(nèi)部、路基進行侵蝕，這樣使得結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性不斷下降，最終導(dǎo)致道路橋梁結(jié)構(gòu)滲水問題。而且施工裂縫也會在荷載、溫度作用下深度和寬度也會不斷增大，例如，在結(jié)構(gòu)位置很容易出現(xiàn)穿透性裂縫，這樣結(jié)構(gòu)也容易出現(xiàn)滲水問題，縮減道路橋梁工程的使用壽命。

1.3引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)碳化

混凝土碳化是結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的一類化學(xué)腐蝕，其原理在于空氣中的二氧化碳借助裂縫進入到混凝土內(nèi)部，和混凝土中的堿性物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而將堿性物質(zhì)轉(zhuǎn)換為了碳酸鹽與水，從而導(dǎo)致混凝土的堿性水平下降，即混凝土出現(xiàn)了碳化問題。在碳化厚度超出混凝土保護層厚度后，那么在水與空氣的作用下，混凝土對于鋼筋的保護作用也會消失，從而導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)銹蝕問題。但混凝土的碳化作用并不會直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能劣化，但也是需要注意的問題。

2、道路橋梁施工裂縫預(yù)防

2.1明確施工裂縫種類

施工過程中。可以根據(jù)跨度作為評估指標，將裂縫分為兩類，第一類統(tǒng)稱為宏觀裂縫，指的是裂縫寬度平均值超過 0.05mm 或裂縫寬度在 0.2mm～0.3mm 之間，但裂縫不會再擴大。另一類統(tǒng)稱為微觀裂縫，指的是肉眼無法直接觀察到，但實際存在，這類裂縫在設(shè)計標準規(guī)定以內(nèi)，不影響正常使用。道路橋梁結(jié)構(gòu)中的各個構(gòu)件允許的最大裂縫寬度標準如表1所示。

2.2預(yù)防裂縫的意義

按要求進行裂縫預(yù)防處理，能夠提高結(jié)構(gòu)的完整性，基于道路橋梁工程施工環(huán)境的基礎(chǔ)情況，擬定相匹配的裂縫預(yù)防措施，能夠最大限度的減少結(jié)構(gòu)裂縫數(shù)量，從而讓結(jié)構(gòu)形成一個整體，確保結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的均勻性，以滿足建筑規(guī)范荷載要求。延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，施工裂縫的出現(xiàn)將直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，如混凝土碳化作用、滲水作用等情況都會加快結(jié)構(gòu)的腐蝕速度。而預(yù)防裂縫措施的應(yīng)用，可以降低外部環(huán)境條件對于混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕作用，從而使結(jié)構(gòu)可以在較長時間內(nèi)維持在較為穩(wěn)固的狀態(tài)，提高工程的耐久性。減少養(yǎng)護成本支出，目前道路橋梁工程的設(shè)計壽命均在100年以上，部分道路橋梁工程設(shè)計壽命超過150年。在道路橋梁工程投入到使用后，也需要定期進行養(yǎng)護，這樣也可以及時解決施工問題，確保道路橋梁工程運營環(huán)境的安全性。施工裂縫作為危害性較大的施工問題，做好相應(yīng)的預(yù)防處理工作，可以在一定程度上減少后期養(yǎng)護成本支出，提高道路橋梁工程所帶來的綜合效益。

3、道路橋梁施工裂縫形成原因

3.1荷載過大

在道路橋梁施工裂縫的形成原因中，荷載過大屬于非常常見的影響因素，荷載裂縫示意圖如圖1所示，該因素產(chǎn)生的影響主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）道路橋梁工程施工過程中，會使用到總量較大的鋼筋材料、混凝土材料、瀝青材料等，這些材料本身具備較大重量，在結(jié)構(gòu)施工后也會產(chǎn)生自重荷載，如果結(jié)構(gòu)的自重荷載超過了道路橋梁工程的預(yù)計承受荷載，那么在荷載作用下也會導(dǎo)致施工裂縫的發(fā)生。（2）道路橋梁工程投入使用后，主要服務(wù)于區(qū)域之間的經(jīng)濟交流，在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，區(qū)域之間的經(jīng)濟交流頻繁度也在提高，即道路上通行的車輛總數(shù)也在增加，在此情況下，道路上所產(chǎn)生的荷載總量也在增加，在車輛荷載和結(jié)構(gòu)自重荷載的共同作用下，也容易帶來道路橋梁結(jié)構(gòu)裂縫問題，如瀝青路面開裂、橋體裂縫等，從而威脅到道路橋梁工程使用安全性。

3.2溫度變化

進行道路橋梁工程施工時，混凝土結(jié)構(gòu)性能直接影響到整個工程的韌性與穩(wěn)定性。混凝土結(jié)構(gòu)中水泥是主要施工材料，同時也充當(dāng)粘合劑的作用。在凝結(jié)過程中如果外界溫度和內(nèi)部溫度之間的溫差大于10℃，此時混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部也會出現(xiàn)收縮力，并且內(nèi)部也會產(chǎn)生較大應(yīng)力，致使混凝土無法形成完整結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)空鼓問題。而且在結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力的作用下，結(jié)構(gòu)也會容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，此時也將影響到結(jié)構(gòu)的荷載性能，影響到施工活動的順利進行。在路面鋪設(shè)時多使用瀝青材料進行鋪設(shè)，在鋪設(shè)時瀝青溫度過高或過低，都將影響到瀝青鋪設(shè)結(jié)果的合理性。例如，在冬季進行橋梁路面施工時，外部氣溫相對較低，如果瀝青拌和料溫度較低，并且在運輸時沒有做好保溫措施，導(dǎo)致瀝青溫度逸散到外界，運輸?shù)浆F(xiàn)場時核心溫度小于120℃，那么此時進行攤鋪時，也將直接影響到瀝青材料鋪設(shè)質(zhì)量，影響到最終的鋪設(shè)效果。

3.3水化熱影響

在章節(jié)3.2中已經(jīng)提到過，混凝土在凝結(jié)過程中會產(chǎn)生較多的水化熱，如果未能合理的處理水化熱問題，也將導(dǎo)致混凝土裂縫問題。基于以往應(yīng)用經(jīng)驗可以得知，混凝土凝結(jié)過程中產(chǎn)生的水化熱總量，如果其對外逸散速度小于混凝土材料的凝結(jié)速度，那么此時釋放出的熱量會堆積在混凝土內(nèi)部，使混凝土出現(xiàn)不斷變形的情況，從而導(dǎo)致施工裂縫災(zāi)害。在道路橋梁工程的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中，單次澆筑的混凝土總量較多，因此混凝土對外逸散熱量時所需的時間也更長，如果在混凝土凝結(jié)過程中，沒有預(yù)留出足夠時間進行養(yǎng)護，這樣也造成混凝土過早終凝的情況，那么混凝土凝結(jié)時產(chǎn)生的水化熱，也會堆積在混凝土內(nèi)部，在熱脹冷縮作用下，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)收縮裂縫的問題。

3.4施工材料質(zhì)量問題

除上述提到的影響因素外，施工材料質(zhì)量也是導(dǎo)致混凝土施工裂縫問題主要原因。該問題主要體現(xiàn)在以下幾方面：在擬定混凝土施工原材料采購計劃時，未對現(xiàn)場實際情況進行考量，使得材料采購計劃中的相關(guān)內(nèi)容，和實際作業(yè)要求存在脫節(jié)，如使用了水化熱過高的水泥材料、含泥量較大的集料等，這樣也使材料初始質(zhì)量不滿足作業(yè)要求，進而影響到混凝土澆筑質(zhì)量，導(dǎo)致施工裂縫問題。道路橋梁工程作業(yè)期間為了減少總成本支出，單次采購的材料總量較大，而這些材料在長期未使用情況下很容易出現(xiàn)變質(zhì)問題，由于現(xiàn)場材料管理體系完善度較低，導(dǎo)致了變質(zhì)問題的混入，這樣也造成澆筑質(zhì)量的不合規(guī)，從而降低施工裂縫病害的發(fā)生概率。

4、道路橋梁施工中裂縫預(yù)防

4.1優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠避免混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中的情況，從而減少荷載裂縫問題。從實際應(yīng)用情況來看，應(yīng)注意以下內(nèi)容：對道路橋梁工程所在區(qū)域的基礎(chǔ)資料進行整理，包括交通環(huán)境、氣候環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境等，對于獲取資料進行綜合整理，以此來作為道路橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時的重要參考。利用BIM技術(shù)來建立道路橋梁工程模型，并且在計算機軟件輔助下可以對結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況進行直觀了解，并且可以利用軟件來完成結(jié)構(gòu)荷載、承載強度等內(nèi)容計算，根據(jù)所得到的計算結(jié)果來優(yōu)化現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，這樣也可以充分避免結(jié)構(gòu)應(yīng)力沖突問題，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果的合理性。

4.2加強施工材料管理

通過加強施工材料管理，可以減少材料質(zhì)量帶來的負面影響，也為后續(xù)施工活動的展開創(chuàng)造有利條件。從實際作業(yè)情況來看，第一，在設(shè)計方案的擬定中需做好深度分析，利用BIM技術(shù)建立的工程模型，來確定道路橋梁工程各結(jié)構(gòu)強度要求，并以此來擬定可靠的材料采購計劃，在計劃中需要細化材料參數(shù)，優(yōu)選水化熱較低的水泥材料，并且也需遵循采購計劃中的相關(guān)要求落實采購任務(wù)，以提高材料采購結(jié)果的可靠性。第二，完善施工材料質(zhì)量檢查計劃，可細分為材料進場前復(fù)檢、材料使用期間抽檢、長期未使用材料應(yīng)用前復(fù)檢等內(nèi)容，以長期未使用材料應(yīng)用前復(fù)檢制度為例，對于超過三個月未使用的施工材料，需要做好質(zhì)量復(fù)核工作，已經(jīng)變質(zhì)的材料不允許使用，以確保施工結(jié)果的可靠性，減少施工裂縫問題。

4.3溫度控制

做好溫度控制工作，能夠減少溫度帶來的負面影響，降低施工裂縫問題的發(fā)生概率。在混凝土施工過程中，需做好澆筑溫度的控制工作。通常情況下，在混凝土澆筑時外部溫度應(yīng)控制在5℃-35℃，例如在夏季施工時應(yīng)挑選傍晚、清晨等時間段進行混凝土澆筑，并且拌和用的石子和模板也會提前用水進行降溫，從而降低澆筑時溫度環(huán)境帶來的影響，減少混凝土裂縫問題。做好澆筑后溫度的控制工作，道路橋梁工程混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護周期不少于14d，期間外部環(huán)境溫度也處于較大 的波動性，因此也需要根據(jù)溫度波動情況來調(diào)整養(yǎng)護措施，確保結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度差控制在10℃以內(nèi)，從而確保混凝土澆筑結(jié)果的可靠性，減少溫度裂縫問題。

4.4加強施工圖紙管理

通過加強施工圖紙管理，可以提高施工過程的有序性，減少施工變更引起的質(zhì)量問題。從實際應(yīng)用情況來看，在具體作業(yè)活動中，做好施工圖紙的審核工作，施工圖紙在應(yīng)用前都需要利用“雙審”制度來進行檢查，即先由設(shè)計單位進行自查，確定沒有問題后再提交給審核單位進行審查，針對性改進其中存在的問題，直到滿足要求才允許施工。做好施工圖紙的深入分析，了解不同施工環(huán)節(jié)需要注意的內(nèi)容，借助建立的模糊分析模型來整理可能導(dǎo)致施工裂縫出現(xiàn)的因素，提前擬定處理措施和應(yīng)對措施，以此來減少施工問題，提高工程項目的施工質(zhì)量。施工活動開始前，技術(shù)人員也需要和施工人員進行技術(shù)交底，幫助施工人員明確各施工細節(jié)，從而有目的開展施工活動，降低施工問題的發(fā)生概率。

4.5確保混凝土澆筑質(zhì)量

確保混凝土澆筑質(zhì)量，能夠有效避免施工裂縫問題，提高混凝土結(jié)構(gòu)的成型質(zhì)量。從實際應(yīng)用情況來看，在具體管理活動中也需注意以下內(nèi)容：在道路橋梁工程施工中，所需要澆筑的混凝土總量較多、綜合強度較大，因此為了避免混凝土澆筑時出現(xiàn)離析問題，注漿管端口和澆筑面之間的距離應(yīng)控制在2.0m以下，同時避開鋼筋、螺紋管等結(jié)構(gòu)，避免混凝土產(chǎn)生的沖擊力損壞這些結(jié)構(gòu)。在混凝土澆筑環(huán)節(jié)，需采取分層澆筑的方式進行作業(yè)，相鄰澆筑層之間的時間間隔不能超過60min（夏季應(yīng)控制在45min內(nèi)），以此來提高混凝土澆筑結(jié)果的完整性。在混凝土澆筑活動中需要秉持“由下至上”、“由中間向兩側(cè)”的順序進行澆筑，過程保持運輸澆筑的狀態(tài)，并且在澆筑后及時進行二次抹灰處理，以確保混凝土液面的平整性。

4.6防止鋼筋銹蝕

在應(yīng)對鋼筋腐蝕問題時做好鋼筋材料的檢查工作，對于鋼筋存在的銹蝕問題，需要及時進行處理，并且在鋼筋綁扎前也需要再次進行檢查，清除掉銹跡后再進行綁扎作業(yè)。如果發(fā)現(xiàn)銹蝕比較嚴重的鋼筋，也需要及時進行更換，或在性能評估后對其進行降級使用，以減少鋼筋銹蝕帶來的負面影響。在鋼筋組裝過程中，也需要做好鋼筋組裝位置、墊塊安裝位置的檢查工作，將鋼筋和模板的距離控制在合理范圍，避免距離過近出現(xiàn)鋼筋露出問題，對于發(fā)現(xiàn)的露筋問題也需要及時作出處理，以減少鋼筋腐蝕帶來的負面影響。

4.7施工養(yǎng)護

除上述提到的預(yù)防措施外，在實際應(yīng)用中也需做好施工養(yǎng)護工作。在養(yǎng)護過程中做好混凝土內(nèi)部降溫處理，例如在夏季進行施工時會在澆筑位置提前布置冷卻管，其降溫速度控制字啊1.0～1.5℃/d，對于強度超過C40的結(jié)構(gòu)，冷卻管降溫速度應(yīng)調(diào)整到2.0～3.0℃/d，以起到良好的降溫功能。等待混凝土完成振搗處理后，需要在表面覆蓋塑料薄膜和保溫材料，每日按要求進行灑水，維持混凝土表面濕度，同時將養(yǎng)護周期調(diào)整到14d以上，提高結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量。

結(jié)語：

綜上所述，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠避免混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中的情況，加強施工材料管理，可以減少材料質(zhì)量帶來的負面影響，做好溫度控制工作，能夠減少溫度帶來的負面影響，加強施工圖紙管理，可以提高施工過程的有序性，確保混凝土澆筑質(zhì)量，能夠有效避免施工裂縫問題。基于道路橋梁工程施工裂縫產(chǎn)生原因，擬定可靠預(yù)防措施，對于降低施工裂縫發(fā)生概率，延長道路橋梁工程使用壽命有著積極地促進作用。

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