道路橋梁設(shè)計(jì)與施工中裂縫成因探析與預(yù)防

舒沖

（湖北中科公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 孝感 432000）

0 引言

在道路橋梁工程的設(shè)計(jì)與施工中，裂縫是一種常見(jiàn)病害，對(duì)道路橋梁的運(yùn)營(yíng)安全有很大的危害。從近年來(lái)道路橋梁施工情況來(lái)看，裂縫病害發(fā)生的事件是屢見(jiàn)不鮮的，也造成了較多的安全事故，對(duì)道路橋梁事業(yè)的發(fā)展尤為不利。針對(duì)于此，必須明確和掌握裂縫病害的發(fā)生原因，在掌握裂縫成因的基礎(chǔ)上開(kāi)展針對(duì)性的防治，以求充分確保道路橋梁工程的施工質(zhì)量?；诖耍疚闹攸c(diǎn)探析了道路橋梁設(shè)計(jì)與施工中裂縫成因和預(yù)防措施，現(xiàn)作如下的論述。

1 道路橋梁施工中裂縫的危害性

從當(dāng)前道路橋梁工程施工中所出現(xiàn)的裂縫來(lái)看，集中出現(xiàn)在兩個(gè)位置，一是道路橋梁的主體結(jié)構(gòu)上，二是道路橋梁的表面。在裂縫病害剛出現(xiàn)時(shí)，不會(huì)對(duì)道路橋梁的安全和穩(wěn)定造成較大的影響，但是因?yàn)闃蛄汗こ痰慕Y(jié)構(gòu)主體會(huì)長(zhǎng)時(shí)間受到風(fēng)雨環(huán)境的侵蝕，所以無(wú)論是結(jié)構(gòu)主體的內(nèi)部還是外部均會(huì)受到一定程度的損害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部鋼筋暴露，此時(shí)道路橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會(huì)受到很大的影響[1]。應(yīng)該說(shuō)，道路橋梁工程施工中一旦發(fā)生裂縫問(wèn)題，無(wú)論是出現(xiàn)在哪一個(gè)位置，對(duì)主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性均會(huì)造成很大的危害，道路橋梁工程的使用年限會(huì)大大縮短，無(wú)法達(dá)到安全使用壽命。

道路橋梁施工中裂縫出現(xiàn)的原因是多方面的，導(dǎo)致預(yù)防工作會(huì)有較大的難度，裂縫病害所造成的危害也無(wú)法有效控制。因此，為最大限度降低道路橋梁裂縫病害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，要從源頭上著手，做好設(shè)計(jì)工作和施工作業(yè)，確保施工設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性，為后續(xù)的施工作業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)。

2 道路橋梁設(shè)計(jì)與施工中裂縫的成因

結(jié)合當(dāng)前道路橋梁設(shè)計(jì)與施工中裂縫的相關(guān)研究成果來(lái)看，導(dǎo)致裂縫病害發(fā)生的成因主要有6 點(diǎn)：①設(shè)計(jì)階段存在失誤；②混凝土材料問(wèn)題；③混凝土結(jié)構(gòu)的收縮；④受溫度的影響；⑤地基沉降因素；⑥荷載力影響。

2.1 設(shè)計(jì)階段存在失誤

道路橋梁所出現(xiàn)的裂縫病害不僅與施工工藝有很大的關(guān)系，而且與設(shè)計(jì)質(zhì)量也有很大的關(guān)系，當(dāng)設(shè)計(jì)階段存在失誤時(shí)會(huì)加大裂縫病害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。具體來(lái)說(shuō)，道路橋梁工程設(shè)計(jì)階段所存在的失誤集中體現(xiàn)在3 個(gè)方面：①道路橋梁工程的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，當(dāng)出現(xiàn)這一問(wèn)題時(shí)，整體結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)受力不平衡的問(wèn)題，實(shí)際穩(wěn)定性和抗荷載力均無(wú)法有效承擔(dān)過(guò)大的負(fù)荷，裂縫病害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)隨之增加。②在道路橋梁工程的設(shè)計(jì)階段必須進(jìn)行全面詳實(shí)的地質(zhì)環(huán)境勘察作業(yè)，但也有一些設(shè)計(jì)人員未能充分認(rèn)識(shí)到地質(zhì)環(huán)境勘察作業(yè)的重要性，沒(méi)有全面開(kāi)展勘察作業(yè)，導(dǎo)致后續(xù)的設(shè)計(jì)作業(yè)缺乏有力的數(shù)據(jù)支持，設(shè)計(jì)方案缺乏科學(xué)性和合理性時(shí)便容易誘發(fā)裂縫病害。③設(shè)計(jì)圖紙中的數(shù)據(jù)存在誤差，若是未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)所存在的數(shù)據(jù)誤差，則勢(shì)必誘發(fā)施工失誤的問(wèn)題，裂縫病害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。

2.2 混凝土材料問(wèn)題

在道路橋梁施工作業(yè)中，混凝土材料發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，與施工質(zhì)量有著直接性的聯(lián)系。具體來(lái)說(shuō)，在道路橋梁的施工材料中，硅化物和水泥中的石灰作用于水中時(shí)，會(huì)釋放大量的熱量，并且整個(gè)道路橋梁工程會(huì)大面積使用混凝土材料，所以混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部更易產(chǎn)生極高的熱量。當(dāng)產(chǎn)生這樣的問(wèn)題后，混凝土的內(nèi)部和外部環(huán)境會(huì)出現(xiàn)溫度梯度，結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表面會(huì)有一定的拉力效應(yīng)，致使道路橋梁工程出現(xiàn)裂縫病害。

2.3 混凝土結(jié)構(gòu)的收縮

結(jié)合道路橋梁工程的混凝土施工作業(yè)來(lái)說(shuō)，在澆筑混凝土結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，混凝土結(jié)構(gòu)的體積會(huì)受到固化程度的影響，即固化程度不斷提升時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)體積會(huì)縮小。正是因?yàn)檫@一問(wèn)題，混凝土結(jié)構(gòu)表面會(huì)承受一定的收縮擠壓力，隨即形成一些較為細(xì)小的裂縫，所出現(xiàn)的細(xì)小裂縫通常情況下發(fā)生在混凝土結(jié)構(gòu)的邊緣位置，若是大面積混凝土則會(huì)表現(xiàn)的更加明顯。除此之外，配筋密度也會(huì)影響到混凝土結(jié)構(gòu)的收縮程度，當(dāng)配筋的密度越大時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會(huì)越強(qiáng)，此時(shí)出現(xiàn)裂縫病害的風(fēng)險(xiǎn)可以得到有效的控制[2]。因此可以說(shuō)，在道路橋梁工程的裂縫裂縫病害預(yù)防中，若是要有力改善混凝土結(jié)構(gòu)的收縮問(wèn)題，則要重點(diǎn)從鋼筋密度的合理配置方面著手。

2.4 受溫度的影響

溫度會(huì)對(duì)道路橋梁工程混凝土施工質(zhì)量有較大的影響，可體現(xiàn)在多個(gè)方面?；炷劣兄鵁崦浝淇s的特性，在施工作業(yè)過(guò)程中易受到內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境的影響，溫度是一種常見(jiàn)的影響因素，一旦因?yàn)闇囟仍驅(qū)е禄炷两Y(jié)構(gòu)變形，則混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度隨之降低，出現(xiàn)裂縫的風(fēng)險(xiǎn)必然增加。除此之外，在道路橋梁工程施工作業(yè)中，天氣變化、日照所引起的溫度變化也會(huì)對(duì)混凝土形態(tài)造成較大的影響，同樣會(huì)誘發(fā)裂縫病害。

2.5 地基沉降因素

在道路橋梁施工作業(yè)中，整體施工質(zhì)量與效率均會(huì)受到地基基礎(chǔ)建設(shè)的影響，若是存在著地基沉降的不利條件，則對(duì)整體施工質(zhì)量有非常大的影響。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)存在地基沉降問(wèn)題時(shí)，道路橋梁工程的結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)縱向或橫向的位移，所產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致道路橋梁的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫病害，若是裂縫病害嚴(yán)重，則會(huì)導(dǎo)致道路橋梁工程出現(xiàn)坍塌這一嚴(yán)重性事件，對(duì)施工單位造成極為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和口碑影響。

2.6 荷載力影響

受到荷載力因素的影響，道路橋梁工程出現(xiàn)裂縫病害的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)大大增加。結(jié)合現(xiàn)有的研究成果，荷載力因素導(dǎo)致道路橋梁工程出現(xiàn)裂縫病害的誘因包括四點(diǎn)：①道路橋梁的施工需求與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定系數(shù)存在一定的差異，與設(shè)計(jì)階段存在失誤有很大的關(guān)系。②沒(méi)有高度重視道路橋梁工程維護(hù)階段的工作，或者缺乏對(duì)這一方面知識(shí)的理解，導(dǎo)致道路橋梁工程的鋼筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題。③當(dāng)?shù)缆窐蛄汗こ坛霈F(xiàn)較多的重復(fù)施工問(wèn)題時(shí)，容易誘發(fā)結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞的問(wèn)題，道路橋梁的實(shí)際負(fù)荷力遭到削弱。④在道路橋梁工程的后續(xù)運(yùn)行中，沒(méi)有對(duì)大型超載車(chē)輛加以限制，長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)超載問(wèn)題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致道路橋梁的結(jié)構(gòu)受到劇烈的擠壓，從而導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫病害的風(fēng)險(xiǎn)隨之增加。

3 道路橋梁設(shè)計(jì)與施工中裂縫的預(yù)防措施

針對(duì)道路橋梁設(shè)計(jì)與施工中裂縫的產(chǎn)生原因，為實(shí)現(xiàn)最佳的預(yù)防效果，應(yīng)從多個(gè)方面著手。具體來(lái)說(shuō)，可以重點(diǎn)從強(qiáng)化設(shè)計(jì)質(zhì)量的監(jiān)管力度、注重施工材料的控制、防治收縮裂縫、嚴(yán)控施工過(guò)程中的溫度變化問(wèn)題、科學(xué)設(shè)計(jì)道路橋梁工程的負(fù)荷承載力、做好施工后期的養(yǎng)護(hù)作業(yè)這六個(gè)方面著手，如下文所述。

3.1 強(qiáng)化設(shè)計(jì)質(zhì)量的監(jiān)管力度

為了從源頭上有力預(yù)防裂縫病害的發(fā)生，必須高度重視設(shè)計(jì)質(zhì)量的監(jiān)管，保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和合理性，比如要充分做好設(shè)計(jì)圖紙的審核作業(yè)。具體來(lái)說(shuō)，在強(qiáng)化道路橋梁設(shè)計(jì)質(zhì)量的監(jiān)管力度時(shí)，可以重點(diǎn)從以下方面著手。

（1）強(qiáng)化設(shè)計(jì)工作的責(zé)任制度，建立起設(shè)計(jì)質(zhì)量的責(zé)任制度、獎(jiǎng)懲制度、追責(zé)制度，以此強(qiáng)化設(shè)計(jì)人員的責(zé)任意識(shí)，從而更好的提升道路橋梁工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（2）在道路橋梁工程施工前，要對(duì)設(shè)計(jì)圖紙開(kāi)展全面性的審核，查找所存在的設(shè)計(jì)隱患和不足，并及時(shí)完善設(shè)計(jì)方案。比如可以借助BIM（建筑信息模型）技術(shù)模擬道路橋梁的結(jié)構(gòu)和參數(shù)信息，構(gòu)建出道路橋梁的施工模型，這樣可以更直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中所存在的問(wèn)題，可及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)于降低裂縫病害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)有十分大的益處。

（3）在道路橋梁工程施工作業(yè)中，設(shè)計(jì)人員要與相關(guān)部門(mén)做好溝通交流，動(dòng)態(tài)掌握道路橋梁工程施工的相關(guān)信息。比如要積極與勘察人員溝通交流，確保所獲取到的勘察數(shù)據(jù)精準(zhǔn)無(wú)誤，為道路橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供支撐，這對(duì)于預(yù)防裂縫病害的發(fā)生有重要意義[3]。

3.2 注重施工材料的控制

在道路橋梁工程施工作業(yè)中，尤其是在大面積混凝土施工中應(yīng)優(yōu)先使用低熱型水泥，為了降低普通水泥的水化熱現(xiàn)象，可以考慮加入大量的鐵鋁酸四鈣。除此之外，應(yīng)非常重視混凝土結(jié)構(gòu)固化時(shí)的溫度控制，比如可以使用渣及火山灰等類(lèi)型的水泥，這一類(lèi)水泥不僅性能良好，而且成本較低，可以幫助施工單位有效控制成本。總的來(lái)說(shuō)，在道路橋梁工程的裂縫病害預(yù)防中，要注重施工材料質(zhì)量的控制，使用滿足施工要求的材料，以此有效預(yù)防裂縫病害的發(fā)生。

3.3 防治收縮裂縫

混凝土收縮裂縫的發(fā)生原因較多，比如空氣中的二氧化碳與混凝土表面水泥漿會(huì)發(fā)生氫氧化鈣作用，繼而形成碳酸鈣，此時(shí)混凝土體積會(huì)收縮出現(xiàn)裂縫。當(dāng)混凝土出現(xiàn)收縮裂縫時(shí)，表面會(huì)呈現(xiàn)出花紋狀，且沒(méi)有規(guī)律性。為有力防治收縮裂縫，可以重點(diǎn)從以下方面著手。

（1）混凝土振搗時(shí)要控制好力度，避免混凝土過(guò)度振搗的問(wèn)題，原因在于過(guò)度振搗會(huì)導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生砂漿層。

（2）嚴(yán)格控制混凝土結(jié)構(gòu)中的水灰比，優(yōu)先使用水化熱程度較低的水泥。

（3）通過(guò)降低混凝土結(jié)構(gòu)中的孔隙率，可以有效的防治收縮裂縫。具體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)控制好混凝土結(jié)構(gòu)中的骨料含泥量，這對(duì)降低混凝土結(jié)構(gòu)中的孔隙率有較好的作用。

（4）在道路橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)澆筑施工之前，現(xiàn)場(chǎng)施工人員要非常重視基層和模板的相關(guān)工作，最重要的便是濕潤(rùn)與收面。

（5）在混凝土施工作業(yè)中，應(yīng)考慮有效提升混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度與抗拉力，這可以通過(guò)做好混凝土初凝后及終凝前的二次抹壓工作而實(shí)現(xiàn)，此時(shí)混凝土收縮量會(huì)有所降低[4]。

（6）在完成道路橋梁工程的混凝土澆筑作業(yè)后，現(xiàn)場(chǎng)施工人員要及時(shí)開(kāi)展混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)作業(yè)，促使混凝土結(jié)構(gòu)表面始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)。

（7）施工過(guò)程中要做好質(zhì)量控制，一旦發(fā)現(xiàn)存在收縮裂縫的風(fēng)險(xiǎn)，則要及時(shí)處理。

3.4 嚴(yán)控施工中的溫度變化

基于溫度變化對(duì)道路橋梁工程的質(zhì)量有很大的影響，易引發(fā)裂縫問(wèn)題，所以要控制好施工中的溫度變化。具體來(lái)說(shuō)，施工過(guò)程中主要是防止和降低混凝土結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮這一特性，現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以從以下方面著手。

（1）在配制混凝土的過(guò)程中，應(yīng)在骨料中加入一定量的水，從而起到降低溫度的作用。在氣溫高的夏天開(kāi)展混凝土施工作業(yè)時(shí)，務(wù)必將溫度控制在合理范圍內(nèi)，高度重視骨料中水分的加入。

（2）在選用混凝土原材料時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用干縮程度較低的水泥，這樣可以很好的確?；炷恋膹?qiáng)度[5]。

（3）在道路橋梁施工作業(yè)中，對(duì)于所出現(xiàn)的塑性沉降問(wèn)題要高度重視，并及時(shí)處理所出現(xiàn)的塑性沉降問(wèn)題。

（4）現(xiàn)場(chǎng)施工人員要結(jié)合施工條件，尤其是施工溫度條件，合理調(diào)整混凝土結(jié)構(gòu)中的含水量。

（5）道路橋梁工程施工作業(yè)中應(yīng)首先考慮從源頭上控制和降低溫度裂縫問(wèn)題的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須嚴(yán)格控制好混凝土的澆筑時(shí)間、速度、振搗時(shí)間和力度。

3.5 合理設(shè)計(jì)工程負(fù)荷承載力

在道路橋梁施工前，設(shè)計(jì)人員要對(duì)設(shè)計(jì)方案作不斷的優(yōu)化，認(rèn)真分析設(shè)計(jì)方案中所存在的問(wèn)題。比如在設(shè)計(jì)優(yōu)化階段要對(duì)配筋量作評(píng)估分析，再比如可以借助BIM 技術(shù)和相關(guān)的室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)試道路橋梁總體負(fù)荷情況，以確保道路橋梁工程結(jié)構(gòu)的負(fù)荷性能可以充分滿足實(shí)際荷載[6]?？偟膩?lái)說(shuō)，道路橋梁工程負(fù)荷承載力的設(shè)計(jì)優(yōu)化是十分重要且十分專業(yè)的，必須給予高度的重視。

3.6 做好施工后期的養(yǎng)護(hù)作業(yè)

道路橋梁工程的裂縫病害防治很大程度上依賴后續(xù)的養(yǎng)護(hù)作業(yè)，從而能夠延長(zhǎng)道路橋梁工程的使用壽命。為此，相關(guān)單位要將養(yǎng)護(hù)作業(yè)視為重點(diǎn)對(duì)待，按照相關(guān)要求開(kāi)展養(yǎng)護(hù)作業(yè)，比如要及時(shí)處理道路橋梁結(jié)構(gòu)中的坑槽、裂縫、積水這些問(wèn)題，再比如為有效改善橋梁路面積水問(wèn)題，可以考慮建設(shè)下凹式立交橋擋水設(shè)施工程。對(duì)于車(chē)流量大的道路橋梁工程來(lái)說(shuō)，應(yīng)做好定期的結(jié)構(gòu)檢測(cè)作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

道路橋梁工程所出現(xiàn)的裂縫病害危害性較大，所以必須要認(rèn)真做好預(yù)防控制工作。除確保設(shè)計(jì)質(zhì)量外，應(yīng)重點(diǎn)從施工工藝的完善這一方面著手，確保道路橋梁施工技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性。另外，在道路橋梁設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中，必須認(rèn)真做好質(zhì)量管理工作，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、全覆蓋和全過(guò)程的質(zhì)量管理，以求有效控制裂縫病害。