市政道路橋梁設(shè)計問題與施工中裂縫成因分析

劉堯

（福州市規(guī)劃設(shè)計研究院集團有限公司，福州 350108）

1 引言

市政道路橋梁是城市交通系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，其設(shè)計質(zhì)量直接關(guān)系到城市交通的安全、 暢通以及經(jīng)濟的發(fā)展。然而，在實際的建設(shè)和使用中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)市政道路橋梁存在著各種設(shè)計問題[1]。這些問題不僅會影響橋梁的使用壽命和結(jié)構(gòu)安全，還會給市民的生活和交通帶來不便和風(fēng)險。常見的幾種設(shè)計問題包括荷載不合理、 材料的選擇不合理以及地基處理的不合理。車輛和行人的通過會產(chǎn)生振動荷載，長期累積下來可能導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的損壞和疲勞斷裂。在材料的選擇上，鋼材的強度不達標，也會造成橋梁的承載能力下降。因此，本文對市政道路橋梁中存在的設(shè)計問題以及裂縫的成因進行分析，以期對提高城市道路橋梁的穩(wěn)定性和安全性起到參考作用。

2 市政道路橋梁存在的設(shè)計問題

2.1 設(shè)計荷載不合理

設(shè)計荷載是橋梁設(shè)計中至關(guān)重要的參數(shù)之一，直接關(guān)系到橋梁的承載能力和結(jié)構(gòu)安全。如果設(shè)計荷載不合理，將對橋梁的使用壽命和結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生負面影響。常見的問題之一是車行道過載，道路交通量的增加或道路規(guī)劃考慮不足，導(dǎo)致車行道的過載情況超過了設(shè)計時的預(yù)期荷載[2]。車輛過載會對橋梁結(jié)構(gòu)造成額外的荷載，增加橋梁的應(yīng)力，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的損壞和破壞風(fēng)險增加。

其次，市政道路橋梁設(shè)計中還存在未充分考慮行人和非機動車通行荷載的問題。在設(shè)計中，往往未將行人和非機動車通行時對橋梁的荷載影響納入考慮范圍。實際上，行人和非機動車通行時也會對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的荷載作用，如果未給予合理的考慮，可能將導(dǎo)致橋梁的結(jié)構(gòu)承載能力不足，影響橋梁的使用壽命和安全性。

此外，市政道路橋梁設(shè)計中還存在未充分考慮車輛碰撞荷載的問題。橋梁上可能會發(fā)生車輛事故或失控情況，但在設(shè)計中未充分考慮車輛碰撞對橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊荷載。這導(dǎo)致橋梁在車輛事故發(fā)生時無法承受沖擊荷載，容易發(fā)生破壞和倒塌。

2.2 材料選擇不合理

鋼材是市政道路橋梁常用的結(jié)構(gòu)材料之一，其強度直接影響著橋梁的承載能力。然而，有些地方在橋梁設(shè)計和施工時使用低強度或劣質(zhì)鋼材，違反了相應(yīng)的標準和規(guī)范要求，導(dǎo)致橋梁的承載能力不足，存在安全風(fēng)險。

其次，使用的混凝土強度不合理?；炷潦浅Ｓ玫臉蛄航Y(jié)構(gòu)材料，其強度直接決定了橋梁的承載能力和耐久性。然而，在一些情況下，為了降低成本或節(jié)約材料，使用的混凝土強度不足，導(dǎo)致橋梁的結(jié)構(gòu)強度不足，容易發(fā)生裂縫、變形和損壞。

另外，市政道路橋梁的抗腐蝕材料選擇也經(jīng)常存在問題。橋梁處于開放環(huán)境中，暴露在空氣、水和化學(xué)物質(zhì)中，容易受到腐蝕和侵蝕[3]。然而，在設(shè)計和施工過程中，有時候?qū)τ诳垢g材料的選擇不夠重視，導(dǎo)致橋梁在使用過程中出現(xiàn)了嚴重的腐蝕問題，不能達到預(yù)期的使用壽命。

2.3 地基的穩(wěn)定性不足

地基承載力指地基能夠承受的荷載大小。當(dāng)?shù)鼗休d力不足時，橋梁容易沉降或發(fā)生變形，導(dǎo)致橋梁的安全和穩(wěn)定性受到威脅。地基的不均勻沉降是指地基在不同部位沉降的速度不一致，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)變形和裂縫。地基的水分變化也會對橋梁的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，當(dāng)?shù)鼗械乃趾孔兓^大時，會導(dǎo)致地基的膨脹或收縮，從而引起橋梁的變形和損壞。

總的來說，地基不穩(wěn)定是市政道路橋梁設(shè)計中需要關(guān)注和解決的問題。在設(shè)計和施工過程中，應(yīng)充分考慮地基的承載力、均勻沉降和水分變化等因素，并采取相應(yīng)的防護和加固措施，以確保橋梁的安全和穩(wěn)定性。此外，定期的維護和檢修工作也是保障橋梁長期穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。

3 市政道路橋梁施工中裂縫成因分析

3.1 溫度變化因素

在高溫季節(jié)，道路表面暴露在陽光下接受高溫照射，道路材料會吸收熱量，導(dǎo)致膨脹。當(dāng)溫度上升時，道路材料膨脹，產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。如果道路材料的受限程度較高，受限于道路邊緣或其他物體的約束，就會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。在低溫季節(jié)，道路表面暴露在寒冷的氣候中，道路材料會受到冷空氣的影響，而產(chǎn)生收縮。當(dāng)溫度下降時，道路材料收縮，產(chǎn)生內(nèi)部拉應(yīng)力。如果道路材料沒有足夠的伸縮空間，就會產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力，進而引發(fā)裂縫的產(chǎn)生。溫度的頻繁變化也會加劇裂縫的產(chǎn)生，當(dāng)溫度在短時間內(nèi)快速變化時，道路材料的膨脹和收縮會更加明顯。這種快速的溫度變化會加大道路材料內(nèi)部應(yīng)力的波動范圍，增加縱向裂縫產(chǎn)生的風(fēng)險。溫度梯度指的是道路不同部位溫度變化的差異，當(dāng)?shù)缆凡煌课坏臏囟茸兓灰恢聲r，道路材料會產(chǎn)生內(nèi)部的不均勻收縮和膨脹。這種溫度梯度會導(dǎo)致道路的應(yīng)力集中，加劇裂縫的產(chǎn)生。

3.2 荷載作用

荷載是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的一個重要原因，道路承受車輛和其他載荷的重量和運行力，這些荷載會對道路表面施加壓力。如果荷載超過了道路的承載能力，就會引起道路表面的變形和裂縫的產(chǎn)生。大型貨車、公共汽車和其他重型車輛通常具有比小型乘用車輛更高的重量和軸載，這些重型車輛對道路的荷載更大，從而增加了道路表面裂縫產(chǎn)生的風(fēng)險。車輛的輪軸會對道路表面施加集中的荷載，當(dāng)汽車經(jīng)過時，輪軸會施加較大的壓力，有時甚至?xí)^道路層面的承載能力，也會導(dǎo)致道路表面的裂縫形成。車輛頻繁行駛，特別是在道路上的高流量區(qū)域，會增加道路表面的荷載。頻繁通行會導(dǎo)致道路表面受到連續(xù)的壓力和摩擦力，加劇道路材料的疲勞破壞，從而引起裂縫的產(chǎn)生。高速行駛和急剎車會給道路表面施加額外的荷載，例如，急剎車會對輪胎和道路表面造成較大的沖擊力，增加道路裂縫的風(fēng)險。

3.3 材料質(zhì)量因素

道路材料的強度和抗拉強度對抵抗裂縫形成起著關(guān)鍵作用。如果材料強度不足，或者其抗拉強度低于所受到的外部應(yīng)力，就會導(dǎo)致材料在負荷作用下發(fā)生破裂和裂縫。如果材料的黏附力不強，或者與其他材料的黏附力不足，就會導(dǎo)致接縫或結(jié)合處的裂縫產(chǎn)生。在溫度變化的情況下，一些材料可能會發(fā)生膨脹或收縮。膨脹和收縮的變化會導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，從而引發(fā)裂縫的產(chǎn)生。道路材料會受到頻繁荷載作用的疲勞損傷，長期的荷載作用會導(dǎo)致材料內(nèi)部的微裂紋逐漸擴展，最終形成可見的裂縫。道路材料在長期暴露于自然環(huán)境的情況下，可能會發(fā)生老化，如受到紫外線、水分、化學(xué)物質(zhì)等的影響。老化會降低材料的強度和彈性，增加裂縫產(chǎn)生的可能性。

4 實際工程案例分析

為探究實際橋梁工程的裂縫成因及防護措施，研究選擇某道路橋梁進行案例分析。該道路橋梁建設(shè)于2002 年，全長550 m。該橋梁經(jīng)過20 多年的運行后，其橋體表面出現(xiàn)了不同程度的裂縫，主要以縱向裂縫為主。

經(jīng)過對裂縫數(shù)據(jù)的收集與分析，可以得出裂縫的主要成因是橋梁的排水系統(tǒng)缺乏以及設(shè)計荷載不足。因此，可在常規(guī)加固的基礎(chǔ)上采取適當(dāng)?shù)臉蛄毫芽p防護措施，研究主要從排水系統(tǒng)和荷載設(shè)置兩個方面進行分析。首先，對道路橋梁的排水系統(tǒng)進行設(shè)計，可以在橋面和人行道之間設(shè)計高于橋面的擋板，避免人行橫道受橋梁排水影響的同時，也能有效避免道路橋梁出現(xiàn)滲漏。其次，分析橋梁的總體布局，保障道路橋梁的荷載力。橋梁支座是橋梁的重要傳力裝置，能將橋梁上部結(jié)構(gòu)承受的荷載和變形傳遞給橋梁下部結(jié)構(gòu)。

施工材料質(zhì)量是引發(fā)裂縫產(chǎn)生的主要原因。因此，在設(shè)計階段應(yīng)加強對優(yōu)質(zhì)施工材料的利用，選擇高強度和耐沖擊的材料，如高強度鋼或高性能混凝土等。這些材料具有較高的抗沖撞性能，可以提供更好的保護。還可在橋墩的頂端和底部添加橫梁和連接件來承受沖撞力，并將其分散到更大的面積上，減少對單個立柱的影響，以增加整個結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性。采取適當(dāng)?shù)牡叵掳惭b措施，如混凝土澆筑或地下錨固，以增加整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗沖撞能力。定期檢查橋梁的狀態(tài)和連接件的緊固情況，及時維修和更換損壞的部件。由于該道路橋梁還存在排水系統(tǒng)缺乏的問題，因此，還可以添加泄水管，確保排水系統(tǒng)的完善。泄水管安裝示意圖如圖1 所示。

圖1 泄水管安裝示意圖

根據(jù)橋梁的形狀和大小，確定需要安裝的泄水管的數(shù)量和位置，以確保足夠的排水能力。選擇合適的材料來制造泄水管，如鋼管、鑄鐵管、混凝土管等，以確保其在道路橋梁環(huán)境下的耐用性和穩(wěn)定性。

此外，根據(jù)實際排水需求和水流量，選擇合適的泄水管尺寸。在進行泄水管安裝之前，需要進行準確的測量和規(guī)劃，確定泄水管的位置、高度和出口位置等。此外，根據(jù)需要，可能需要進行土方開挖和地面平整等準備工作。

在施工過程中，根據(jù)規(guī)劃的位置和尺寸，在橋梁的下方或側(cè)面開挖合適的溝槽來容納泄水管。泄水管應(yīng)具有一定的坡度，以便水流能夠自由流動。根據(jù)實際情況，在溝槽中設(shè)置適當(dāng)?shù)钠露龋顾軌蝽樌飨虺隹谖恢谩⑿顾苤鸲伟惭b到開挖的溝槽中，并使用合適的接頭和密封材料連接管段，確保管段之間連接緊密，無泄漏。對于埋藏在溝槽中的泄水管，使用適當(dāng)?shù)墓潭ㄖЪ軐⑵涔潭?，防止移動或松動。同時，在需要保護的地方，可以加裝保護套管或保護板，以防止外部的壓力或損害。

在泄水管安裝完成后，進行測試和調(diào)試，以確保其正常工作和排水效果，可以通過向管道中注入水來測試其是否有漏水或阻塞。

5 結(jié)語

市政道路的安全性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到城市交通的安全，本文對市政道路橋梁設(shè)計中存在著設(shè)計荷載不合理、地基穩(wěn)定性不足以及材料選擇不合理3 種常見的問題進行探討。同時，對道路橋梁中存在的溫度變化、荷載作用以及材料質(zhì)量導(dǎo)致的裂縫問題進行分析。選擇福州市某道路橋梁進行裂縫防護實例分析，通過采取排水、荷載設(shè)置以及安裝泄水管3 種防護措施，對道路橋梁中裂縫的產(chǎn)生進行了有效防治。給道路橋梁安全和裂縫防治提供參考。