公路橋梁設計與施工中裂縫成因及預防分析

文/馬寶強

裂縫問題在公路橋梁施工部分是屬于多發性問題，裂縫的產生既影響美觀性也影響構件使用壽命。下文從裂縫分類、成因、設計與施工等層面客觀分析裂縫的產生及預防措施，從而達到降低裂縫產生并延長橋梁混凝土構件使用期限的目標。

1.混凝土裂縫的類型

1.1 表面裂縫。混和料構造物當接觸到外界水化作用或熱度、溫度變化干擾時，其構造物內外部溫度會出現不均衡溫差現象，內部溫度高外部溫度低，溫差會產生溫度應力。當溫度應力到達或超出混凝土構件抗變影響極限時，混凝土成品構件就會出現表面開裂或縫隙。對體積越大的混凝土，表面裂縫的危害性越小，表面裂縫不會深度滲入，但是直接影響工程美觀性和壽命。

1.2 內部裂縫。構件內開裂或縫隙與表面位置開裂或縫隙同在一個體積空間范圍內，且產生位置為同體積構造物，當表面開裂或縫隙在混凝土構件二次連續澆筑作業時，就會“隱藏起來”，從表面上看不到構件內開裂或裂縫，我們稱之為內部裂縫。

1.3 深層裂縫。表面裂縫在特殊因素的作用下繼續滲透發展，可能會引發深層裂縫。與表面裂縫相比，深層裂縫可能造成混凝土內部結構應力的改變，其危害性較大。

1.4 貫穿裂縫。混凝土構件自身大，其內部結構尺寸也大，受到水化熱的影響，混凝土構件內部會產生復雜的溫度場。構件內部中心區域會出現大范圍出熱現象形成熱能量匯聚，構件其傳導熱性能不滿足散熱需求，導致熱量短時間內難以散出，致使構件結構中心區域與表面的溫差不斷加大，從而產生溫度應力。溫度應力積累發展到一定程度就會產生貫穿裂縫，這種裂縫形式對大體積的混凝土傷害性極大。

2.公路橋梁施工中混凝土開裂和縫隙帶來的危害

出現混凝土開裂和縫隙后，會直接影響到公路橋梁內部結構，導致內部位置荷載力發生變化，干擾到公路建設橋梁部分構造物的使用功能穩定。一方面受到荷載應力改變的影響，另一方面受到裂縫中滲透水的壓力影響，裂縫可能會進一步惡化發展，輕者導致路面凹凸不平，嚴重者甚至導致公路橋梁的塌陷。出現混凝土裂縫后，空氣中的水、二氧化碳都會順著裂縫滲入到公路橋梁內部，水、二氧化碳、混凝土發生碳化反應，會影響到混凝土的強度，且工程內部的鋼筋也容易在潮濕環境下被氧化，鋼筋韌性乃至結構框架的牢固性都會受到影響。

3.工程案例

3.1 工程概況。建設施工項目包括道路施工作業和橋梁施工作業兩個單元組成。施工單位為確保達到道路部分和橋梁部分工程施工質量要求，有效防治混凝土裂縫的發生，工程建設企業對工程施工設計方案進行了認真的復審和自查，發現部分設計方案中存在的問題，并把設計與施工中應注意的關鍵問題進行了梳理，整理后的改善意見用于工程質量的提升中來。

3.2 設計問題

3.2.1 設計方案中理想工期要考慮全面。在設計之初要考慮到多種潛在因素，理想化的工期設定可能會對整個工程項目的發展產生不利影響。

3.2.2 設計環節中對交付使用后功能問題考慮不足。設計階段應考慮未來交通流量和道路橋梁的荷載要求，如果考慮不全面時會導致施工鋼筋規格與功能實際需求不完備，導致影響本工程項目構造件的結構穩定性能和使用周期。

3.3 引發道路橋梁裂縫的主要因素

3.3.1 沉降裂縫。道路橋梁施工作業時，橋梁基礎出現橫向位移或縱向不勻稱沉降變化時都會增加混凝土構件內部的附加應力變化，當附加應力達到一定的極限范圍后超過混凝土抗拉力，就會出現整體結構物的不勻稱位置下降變形，進而導致出現部分沉降裂縫。

3.3.2 其他裂縫。除了沉降裂縫以外，混凝土材料自身的因素及施工工藝因素也可能引發裂縫。如工程項目中常見的表面、橫向、縱向、貫穿等類型的裂縫都屬于上述情形導致的。具體成因分析如下：混凝土振搗施工作業中，當出現振搗時間延誤、振搗棒插入深度不達標及移動距離不規范時，就容易導致蜂窩、麻面問題的發生，可能引發混凝土裂縫。混凝土運輸中，自卸車輛的覆蓋處理、溫度保護、運輸時間控制等都會影響到混凝土材料的性能，特別是溫度不當及水分流失就會出現混凝土構件開裂現象。不經過科學的現場驗證就肆意增加或減少水灰比，從而實現混凝土流動性達標的操作，可能會帶來工程施工中混凝土的大幅收縮引發混凝土裂縫。混凝土澆筑過程應注意控制澆筑間隔，間隔時間過長可能導致上一層混凝土凝結強度不達標，上下兩層混凝土構造物不易有效結合，容易引起橫向裂縫的發生。

4.道路橋梁施工方案的優化設計與施工措施的有效管控

4.1 設計方面的措施

4.1.1 道路橋梁工程的耐久性設計。從現場踏勘入手，考慮當地施工環境氣候變化，使用人群對構件本身功能需求，橋梁位置功能性要求等方面做好論證與數據梳理工作，確保經現場初勘和相關論證等系列工作后將各類干擾因素降到最低值。

4.1.2 完善公路橋梁項目前期設計環節中的質量把控。前期設計質量直接影響橋梁投入運營階段使用功能和安全功能。要抓好質量控制及措施落實，做好各系列設計參數及數據驗證與校準工作。運用創新思維和創新理念，論證過程中依托先進的儀器和設備繪制出精準安全的設計圖紙方案，為下一步工序做出基礎保障。

4.1.3 合理選擇設計方案。打破常規論證與驗證程序，在選定方案中繼續二次優化得出多套設計方案，在執行必要論證程序前提下，通過網絡投票或外聘專家遴選等方式選取最優方案。

4.2 施工方面的措施

4.2.1 加強施工材料管理力度。施工人員崗位管理是施工質量的保障。項目單位應建立管理層人員儲備庫，施工技術人員儲備庫，機械設備操作人員儲備庫，財務人員儲備庫，落實各類人員崗位培訓和考核建設，施工隊伍各類人員均為專業型參建人員，確保施工進度和每個環節的工程質量達標。

4.2.2 重視施工溫度管理。施工溫度差是施工項目應最早考慮和控制的外部影響因素，它對混凝土構造物內、外部質量均會有較大干擾，施工現場應當及時調控施工環境溫度。可利用調配冷水、溫度砂的措施調節溫度值的變化，確保質量達標。

4.2.3 重視施工工藝控制。（1）模板施工。模板選用鋼質模為宜，且接頭部位利用裝配件組裝并連接。模板頂面與混凝土構件上頂面與設計保持一致，當出現局部低洼時，及時用水泥漿填補修正。（2）澆筑與振搗。混凝土構件澆筑前，要對模板的間隔縫隙、高度數值、潤滑處理、支撐穩度、基層平整度、潤濕情況等進行二次復核修正。構件選用混合料澆筑作業過程中先使用插入式振搗棒插振，時間控制在20s左右，移動間隔在作業范圍的1.5倍以內，并保持與模板及鋼筋在有效范圍以外，防止機械振動產生的干擾性碰撞。混凝料在振搗作業之后，發現不平整部位及時進行填補修正作業，填補修正過程中以使用混合料原漿為宜。人工找平作業確保構造物上表面形成5~6mm左右的砂漿膜層。如人工找平作業完成后仍發現構造物與模板間有高差問題，應及時填補原構件混合料，進行二次整平作業，至高差滿足方案中的設計要求為止。（3）表面整修。構件表面抹面找平時，每次要與同平面接茬部位采用搭茬處理為宜。粗抹是整修的第一步，大體積構件表面應用規范儀器檢測。通常矯正方式采用的是“高處抹平、底處填補”的措施進行抹面找平作業，還要用規范儀器進行檢測，保證其平整度符合規范要求。（4）養生及拆模。混凝土構件物養生辦法采用濕法養生為宜。如遇大風、高溫及其它不利天氣時，養生現場應對已覆蓋完成的構件物及時進行二次加固，確保覆蓋率達到技術要求。施工現場養生用水也要符合相關規范標準。當構件養生合格后，拆膜順序應“從上往下、先整體后局部”的原則依次進行，已拆模板應及時進行打磨、防銹處理，嚴禁磕碰，苫蓋備用。養生時間及拆模時間按相關構件物技術規范執行。

4.2.4 重視施工組織控制。（1）保證工期的組織措施。施工企業應挑選本公司優秀的管理及技術人員組建施工團隊，發揮協作精神，優化施工。施工流程環節中堅持以組織建設保工期，以進度控制保工期，以資金優化保工期，以質量體系保工期，以安全體系保工期，以“人和”保工期。（2）設備、物資、資金保障。根據工程特點優化配備施工機械設備，落實機械廠區內保養、維修服務，降低設備的故障率。調配物資、設備應按需按時分批次入場。加強資金調配力度，確保重點工序和關鍵部位施工期資金正常配置，保障重點工程按計劃順利進行。（3）加強質保、安保、環保方面控制。健全完善的質保、安保、環保“三保”體系。項目單位通過安全生產例會、安全交底、技術交底等形式逐層傳達并落到實處，實現“三保”體系的網格化監管。

5.結語

通過對共性問題探討與分析，建立施工參建資源儲備庫有效優化施工管理細節和各類保障措施。施工方案的優化與遴選是對混凝土構件開裂和縫隙問題形成有效預防與控制的基礎性工作保障。重視施工工藝環節控制、發展企業人文理念、做到人、機、料的科學調配是提升工程項目質量和進度的主要措施。

引用出處

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