道路橋梁施工中橋梁裂縫研究

趙娟娟

（四川益通工程技術有限公司，四川 閬中 637400）

0 引言

在當前時代下，城市化進程日益加快，道路橋梁的建設和施工進入全新的發展階段，道路橋梁安全成為時代的熱點。工程施工單位需要發揮自身的能動性，緊跟行業和時代的發展腳步，加強對諸多新技術和新工藝的利用，結合地域環境與施工過程，詳細分析裂縫成因，針對不同類型的裂縫采取不同的應對策略，為城市基礎設施建設的推進奠定堅實基礎。

1 道路橋梁裂縫的概述與特點

道路橋梁的建設關乎經濟社會的長遠發展，截至2022 年底，我國擁有公路橋梁103.3 萬座，總長約8576 萬延米，特大橋8816 座，總長約為1612 萬延米。在道路橋梁工程中，裂縫是一種常見的結構問題，裂縫的產生與橋梁的設計、材料、施工等因素密切相關，裂縫的存在往往會對橋梁結構的安全性、穩定性和使用壽命產生負面影響。因此，深入了解道路橋梁裂縫，采取相應的防治措施，對于提高橋梁工程的質量和可靠性具有重要意義。

裂縫的形態特點是裂縫在空間中的分布形式，其一，縱向裂縫通常呈直線狀，沿著橋梁的縱向方向延伸；其二，橫向裂縫呈橫截面狀，垂直于橋梁的縱向方向；其三，斜裂縫則呈斜向延伸，可能在縱向和橫向之間夾角。裂縫的寬度是評估裂縫嚴重程度的重要指標，其特點直接影響裂縫的修復難度和成本。毛細裂縫的寬度通常較小，難以直接觀察到；而寬縫的寬度較大，容易通過肉眼直接觀察到。裂縫的發展速度指的是裂縫在一定時間內擴展的程度，有些裂縫在較短時間內迅速擴展，而有些裂縫在長時間內保持相對穩定，把握裂縫的發展速度便于技術人員及時采取科學的維修和加固措施。

2 道路橋梁施工中橋梁裂縫的危害

2.1 影響結構承載能力

第一，裂縫的存在導致橋梁截面不連續，直接影響橋梁的整體受力性能，降低截面的抗壓和抗剪承載能力。第二，裂縫使橋梁結構在裂縫附近產生局部應力集中現象，可能導致材料的局部破壞，甚至引發裂縫擴展和結構的進一步損傷。第三，裂縫使橋梁結構處于不穩定狀態，容易受到外界環境的侵蝕。在長時間的作用下，橋梁結構材料的老化速度加快，進一步影響結構的承載能力。第四，裂縫的存在使橋梁結構在荷載作用下產生較大的撓度，撓度的擴大不僅影響橋梁的使用舒適性，還會加劇裂縫的發展[1]。

2.2 縮短橋梁使用壽命

第一，橋梁結構在使用過程中逐漸劣化，裂縫是結構劣化的早期表現，如果無法及時進行修復和加固，將會加速結構的老化速度，縮短橋梁的使用壽命。第二，裂縫是導致橋梁結構腐蝕和侵蝕的通道。裂縫的存在使得濕氣、酸雨等有害物質更容易滲入結構內部，加速橋梁材料的腐蝕過程。第三，裂縫的存在使得橋梁結構的維修難度增加，隨著裂縫的擴展，修復所需的時間和成本都會逐漸增加，影響結構的可維修性和可維護性。第四，由于裂縫的影響，橋梁需要更加頻繁地維護和檢查，不僅會增加運營管理成本，還會對橋梁的正常運營造成干擾。

2.3 影響行車安全

第一，裂縫的存在會導致橋梁整體穩定性下降，在強風、大雨等惡劣天氣條件下，橋梁受到的外部荷載可能引發結構失穩，從而影響行車的安全。第二，裂縫存在的情況下，會增加橋梁結構的不穩定性和脆弱性，進一步增加事故的風險，特別是在高交通流量的橋梁上，裂縫會成為事故發生的隱患。第三，裂縫可能導致橋梁部分封閉或限重，影響交通的流暢性，交通流暢性的下降容易引發交通擁堵，給人民出行造成不便。第四，由于裂縫修復需要對橋梁進行維修，導致橋梁封閉或交通限制，進一步加大維修對交通流暢性的影響。

2.4 增加后期維護成本

隨著裂縫的擴展和結構劣化，橋梁的修復難度和成本將逐漸增加。尤其是對于大面積、深度裂縫，修復所需的時間和費用都會成倍增加。第一，裂縫的存在使得橋梁需要更加頻繁的維護，增加后期維護的成本，維護頻率的增加意味著更多的人力和物力投入；第二，橋梁裂縫問題導致維護周期的延長。若裂縫問題無法及時得到解決，維護周期的延長將進一步加大后期維護的成本；第三，為預防裂縫問題的發生，橋梁需要加大預防性維護的投入，包括定期巡檢、監測設備的安裝等，都會增加后期維護的成本。

3 道路橋梁裂縫的類型及成因分析

3.1 外部荷載施加作用力

二次應力裂縫和直接應力裂縫是負載裂縫中的代表，主要是由于前期的工程設計不科學，工程設計人員沒有深入施工現場開展調查工作，只是從理論角度分析和計算大量的信息和數據，難以達到理想的工程設計目標。并且忽略模型彎曲剛度等一些重要的參數，導致橋梁承受較大的撞擊力和承載力，進而引發嚴重的橋梁裂縫問題。在橋梁工程中，單層鋼筋混凝土主體結構的受力部位和受力結構存在一定差異，會導致橋梁梁體扭曲，承重較大，是誘發橋梁單層裂縫的主要原因。此外，鋼筋混凝土主體結構過度受力會引發一些混凝土裂縫，主要是因為在工程設計過程中，計算得出的間接應力模型并不合理，導致最終的鋼筋混凝土單層橋梁主體結構受力與預先的工程設計參數不一致。

3.2 溫度裂縫

外部的溫度變化也會對道路橋梁的施工質量產生重要影響，溫度變化也是造成橋梁裂縫的主要原因（見圖1）。不同地區的地理位置和氣候環境存在一定差異，溫度變化情況也存在差異，溫度的高低會造成熱脹冷縮的情況，如果無法及時采取有效的應對措施，會引發混凝土收縮變形，使得混凝土的形狀和結構發生改變。如果混凝土內部產生較大的應力，該應力超過混凝土的承受范圍，會造成混凝土裂縫，如果外部的溫度相對較高，可能使裂縫進一步擴大。結合該類工程的施工來看，溫度裂縫可以細分為表層裂縫和深層裂縫，表層溫度裂縫多發生在施工期間，走向無一定律，常縱橫交錯呈龜紋狀。深層和貫穿的溫度裂縫一般與結構或構件短邊方向平行或接近平行，裂縫沿全長分段出現，多發生在混凝土澆筑后2～3 個月或更長時間，且冬季縫寬，夏季縫窄。因此，在道路橋梁工程施工中，施工人員需要充分發揮自身的能動性，采取措施合理控制外部溫度，為道路橋梁工程的施工營造良好的外部環境。

圖1 溫度裂縫

3.3 沉降裂縫

部分地區的路段地面會出現不同程度的沉降，一般是因為道路橋梁的承重壓力過大，超過道路橋梁的承載力極限值，導致地面上出現大面積的裂縫，不僅會威脅到道路橋梁的運營，還會增加人民的出行風險。需要注意的是，不同地區的氣候條件和路基土層都存在一定差異，即便是相同的壓力，沉降問題的表現也不盡一致。沉降問題會誘發裁切裂縫和彎折裂縫，沉降控制是一項嚴峻的難題，是橋梁施工和維護中的關鍵任務。結合該類工程的施工來看，之所以會出現沉降裂縫，一般是因為同一聯橋梁采用規格差異較大的結構基礎，譬如混用樁基礎與擴大基礎，引發不均勻的沉降裂縫。此外，在軟土地基等一些特殊地基上施工時，并沒有采取合理的地基處理方法固結地基土層，導致基礎荷載不斷加大，橋梁長期受到地面的荷載作用后，譬如山體滑坡和雨水沖刷，導致原有土層出現變形和壓縮，也是誘發混凝土不均勻沉降的主要原因。

3.4 收縮裂縫

鑒于混凝土自身的堿性特征，在道路橋梁的施工中，不同骨料之間會形成硅膠膠體，該類膠體的吸收性較強，會從其他的施工材料中吸收水分，最終膠體不斷加大，會出現一定程度的收縮現象，如果收縮范圍超過規定標準，則可能引起收縮裂縫，該類裂縫雖然對橋梁構件的承重力并沒有較大影響，但是會給橋梁的構造外觀造成影響。之所以會出現該類裂縫，主要是因為混凝土表層水分揮發之后，呈現出向里發展的趨勢，鋼筋混凝土內外干縮問題存在一定差異，在水泥混凝土內部結構管束的作用下，混凝土內部結構也會產生一定的拉伸應力，是誘發混凝土開裂的主要原因。因此，在工程施工中，需要基于工程建設的實際需求，合理調整配合比，控制骨料質量，并對施工原材料的反應過程進行監督和控制，能夠有效規避收縮反應引發的裂縫問題。

4 道路橋梁施工中橋梁裂縫的防治策略

4.1 嚴格把關施工材料

施工材料作為工程建設的物質基礎，與整個工程的施工質量聯系緊密，因此需要將施工質量的管控當作一項重要任務。首先，合格的建筑材料應具備足夠的抗壓、抗彎和耐久性能，能夠滿足橋梁結構的設計要求。其次，混凝土是橋梁結構中主要的建筑材料，其配比的合理性直接影響混凝土的性能。適量的水膠比和砂率等參數的合理設計有助于降低混凝土的收縮，減少裂縫的產生。再次，在施工前，對所選用的建筑材料進行質量檢測必不可少，對混凝土強度、抗滲性、抗凍融性等關鍵性能的檢測，確保施工材料的質量符合設計要求，減少因材料問題引起的裂縫風險。最后，在石料的挑選環節，實現檢驗石粉的含粉量，保障混凝土粗、細骨料的含粉量滿足工程建設的實際需求。若含粉量過高，需要采取相應的應對措施，對于拌和原料的選用，要求施工人員充分發揮自身的能動性。

4.2 合理控制施工溫度

第一，混凝土在硬化過程中會釋放熱量，稱為混凝土澆筑溫升，選擇在溫差相對較低的時段進行混凝土澆筑，能夠減緩混凝土的升溫速度，降低溫度裂縫的發生概率；第二，在施工前，要充分考慮施工季節的氣溫特點，避免在極端高溫或低溫的季節進行大規模混凝土澆筑，以減少溫度變化引起的裂縫風險；第三，在炎熱季節或者高溫地區進行施工時，可對混凝土材料進行預冷處理，進而降低混凝土的初始溫度，常用措施包括在混凝土配合物中加入冰塊和冷水；第四，在高溫環境下，避免在中午和下午進行澆筑，一般選擇在早晨或傍晚進行澆筑，能夠減少混凝土與高溫環境的接觸時間，同時可以采取一定措施，譬如使用遮陽棚；第五，技術人員需要結合工程建設的實際需求，選用一定的礦物摻和料，能夠有效減少水泥的水化熱釋放，達到降低混凝土溫度的目標，分層、分塊間隔澆筑大體積混凝土，間隔時間為5～7d，以利于散熱和減少約束。

4.3 優化工程組織管理

制訂科學合理的施工方案是防治裂縫的首要任務。第一，施工方案應根據具體工程情況，包括橋梁結構、材料特性、氣候條件等因素，制訂合理的施工步驟和時間安排，避免施工操作不當引發裂縫問題。第二，采用現代監測技術實時監測關鍵節點，包括對混凝土澆筑、支撐結構施工等關鍵步驟的實時監測，能夠及時發現施工異常，采取措施進行調整，減少橋梁裂縫；第三，建立詳細的施工記錄，包括施工過程中的關鍵參數、施工人員操作、材料使用情況及施工溫度等信息，利于追溯分析施工過程，及時發現問題，提高施工質量。以混凝土澆筑為例，在澆筑前經由試驗室對混凝土進行試配，確定最佳配合比，明確混凝土的具體用量，并安排專業的技術人員前往施工現場開展試驗，獲取工程施工所需的各種參數，在完成機械設備和施工材料的組織工作之后，合理安排人員的工作，包括澆筑人員、放料人員、振搗人員和養護人員，科學控制澆筑時間，能夠有效規避橋梁裂縫問題。

4.4 有序開展后期養護

第一，實施橋梁的定期巡檢與維護，發現裂縫等問題及時進行修復。巡檢包括對橋梁結構的全面檢查，發現潛在問題，采取預防性的維護措施，降低裂縫發生的風險。第二，對橋梁進行專業的養護管理，采取防腐、防水、防震、保濕等措施（見圖2），延長橋梁的使用壽命。第三，加強養護管理可有效減緩橋梁結構的老化速度，減少裂縫的產生；在橋梁出現裂縫問題時，采取及時、有效的維修措施，根據裂縫的具體情況選擇修補材料和技術，保障維修效果，防止裂縫擴大。蒸汽養護是一種常用的養護方式，能夠有效控制提溫和降溫的速率。值得注意的是，澆筑混凝土預制箱梁頂板在水化反應下的溫度比較高，在混凝土終凝時利用塑料膜進行遮蓋，在彎矩和剪應力最小的部位設置天窗，天窗坐落于同一斷面上，間隔控制在1m 以上，并控制出氣孔的位置和間隔距離。在完成基礎的混凝土澆筑工作后，針對不同的施工需求采取相應的保溫和補水措施。

圖2 橋梁保濕薄膜

5 結語

在道路橋梁施工中，裂縫的成因較為多樣，不僅威脅到人民的安全出行，還會阻礙經濟社會的長遠發展，有序推進橋梁裂縫的研究工作，能夠為后期的裂縫防治工作提供理論參考。工程施工人員需要加大對橋梁裂縫防治工作的重視，基于工程建設的實際需求，選用提高橋梁抗裂縫能力的新材料和新技術，為降低裂縫危害提供可行的解決方案。同時，在施工過程中，需要積極研究可能引發裂縫的因素，為工程實踐提供科學指導，不僅能夠推進我國建筑工程行業的轉型與升級，還能夠保障我國經濟社會的持續健康發展。