橋梁施工裂縫成因及防控措施研究

譚俊杰

（中咨公路養(yǎng)護(hù)檢測技術(shù)有限公司，北京 102200）

0 引言

橋梁工程在使用過程中出現(xiàn)裂縫問題不僅影響工程的使用壽命與使用效能，而且直接關(guān)系國民出行的安全性與舒適性，是當(dāng)前建設(shè)施工單位急需解決的問題。因此在這樣的社會背景下，施工單位應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程施工現(xiàn)狀科學(xué)合理地選用各種新型工藝技術(shù)，在降低施工成本、提高施工效率的同時，最大限度地避免橋梁在使用過程中出現(xiàn)的橋梁裂縫問題，消除安全隱患，并達(dá)到防患于未然的目的。

1 橋梁施工中裂縫問題的危害

一般情況下，橋梁在投入使用后橋體出現(xiàn)裂縫是一個非常值得重視的問題。施工單位應(yīng)當(dāng)根據(jù)裂縫形成原因制定科學(xué)合理的解決對策，以減少裂縫問題對橋梁整體性和國民出行安全性的危害。此外，橋梁出現(xiàn)裂縫問題還會引發(fā)橋梁損毀或結(jié)構(gòu)變形，既影響了橋梁的荷載能力，又影響了橋梁的使用性能，因此施工單位應(yīng)當(dāng)最大限度地避免裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)散[1]。

1.1 對橋梁結(jié)構(gòu)的危害

就當(dāng)前情況而言，橋梁在施工及使用過程中出現(xiàn)裂縫問題的原因是復(fù)雜多樣的，其中最直接的就是受極端或惡劣外界環(huán)境因素的影響，一方面混凝土的膨脹問題受溫度變化的影響，另一方面施工的進(jìn)程還受天氣的限制，包括降水、降雪都會導(dǎo)致不同時間的停工，給施工進(jìn)度和施工現(xiàn)場帶來不便。因此，在自然環(huán)境多變的背景下，橋體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性極易受到影響，以至于在建設(shè)或未來使用中出現(xiàn)裂縫問題，從而對橋梁的整體性造成破壞，甚至還會出現(xiàn)損毀、下陷或坍塌等問題，在一定程度上影響了橋梁的穩(wěn)定性和安全性，不利于國民的出行和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在這樣的背景下，為了防止橋梁整體出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞，施工單位應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際現(xiàn)狀分析公路橋梁裂縫出現(xiàn)的成因，包括施工材料、施工技術(shù)以及施工方案等，并及時對裂縫處進(jìn)行填充封堵，起到加固橋梁和延長使用壽命的目的[2]。

1.2 對橋梁穩(wěn)定性的危害

橋梁工程不僅是國民出行安全與出行舒適性的保障，同時還是衡量一個國家科技發(fā)展和建設(shè)水準(zhǔn)的綜合性指標(biāo)，因此施工單位應(yīng)當(dāng)結(jié)合橋梁施工的環(huán)境因素、實際現(xiàn)狀、設(shè)備因素、材料因素，科學(xué)合理地設(shè)計施工方案，避免車流量和總荷載量對橋梁整體性的影響，最大限度地提高橋梁使用的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但值得注意的是，部分橋梁工程在建設(shè)及使用過程中，容易受到設(shè)計、材料、施工、荷載等因素的影響導(dǎo)致橋梁裂縫的出現(xiàn)，造成橋梁施工質(zhì)量的下降和工程的延期，甚至為國民出行帶來一定的安全隱患。因此，橋梁裂縫的出現(xiàn)危害性極大，一方面受自然因素的影響，橋梁出現(xiàn)裂縫會引起水流進(jìn)入橋體的內(nèi)部，引起混凝土結(jié)構(gòu)水解，裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大和發(fā)展，對鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成了極大的負(fù)面影響；另一方面隨著裂縫的出現(xiàn)，裂縫附近的橋體結(jié)構(gòu)包括鋼筋、金屬構(gòu)件等也會受到水、空氣等自然因素的侵蝕和破壞，最終導(dǎo)致橋體內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)銹蝕，引起裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大和發(fā)展，在一定程度上對橋梁的整體性造成了破壞[3]。

1.3 對橋梁壽命的危害

橋梁工程不僅是公路的主要功能點(diǎn)和連接點(diǎn)，還是衡量我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。因此，在建設(shè)施工和投入使用過程中相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)加大對橋梁裂縫問題的重視程度，并根據(jù)實際成因制定科學(xué)合理的解決對策，一方面明確裂縫問題給橋梁帶來的危害，另一方面還要做到及時維修和保養(yǎng)，避免裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大發(fā)展，最大限度地提高橋梁的使用壽命和使用性能。在實際建設(shè)使用過程中，一旦橋梁出現(xiàn)裂縫問題不僅會影響結(jié)構(gòu)的整體性，而且會對使用壽命和使用性能造成一定的危害。比如，受自然因素或者橋梁質(zhì)量因素的影響，在使用過程中一旦出現(xiàn)裂縫問題不僅會加劇橋梁內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)破壞，而且在外界因素和水分同時滲透和作用下，還會導(dǎo)致混凝土原料出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致裂縫朝著更深更寬的方向擴(kuò)大，降低混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和力學(xué)性質(zhì)，最終影響橋梁的使用壽命，給橋梁帶來不可逆轉(zhuǎn)的危害，在一定程度上影響了我國交通事業(yè)的穩(wěn)定有序發(fā)展。

2 橋梁施工中裂縫形成的原因

2.1 荷載因素

受橋梁設(shè)計、地質(zhì)因素、自然因素等影響，不同橋梁在使用過程中其荷載能力存在差異，一旦施工單位在設(shè)計過程中對橋梁的承載能力、交通流量考慮不周到，施工方案設(shè)計不完善，就極易因超過橋梁的承載能力而出現(xiàn)裂縫，一方面影響國民的日常出行，另一方面還容易因橋梁工程的質(zhì)量問題影響我國社會經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，進(jìn)而降低橋梁工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。如果橋梁的荷載長時間超出自身的實際承載能力，就會導(dǎo)致橋體結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的拉力、約束力，從而產(chǎn)生多種多樣的裂縫，包括橋梁裂縫、局部裂縫或者扭曲式裂縫等，對橋梁的使用年限和使用效能造成嚴(yán)重的影響。

2.2 溫差因素

首先，我國的橋梁建設(shè)材料多采用混凝土，混凝土材料雖然具有經(jīng)濟(jì)、方便、實用的特點(diǎn)，但是該材料還存在著一個十分嚴(yán)重的弊端，就是容易開裂，間接導(dǎo)致橋梁整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，甚至出現(xiàn)安全事故。

其次，混凝土材料對周圍的溫度要求比較嚴(yán)格，一旦混凝土材料與周圍環(huán)境溫差較大，就會加速混凝土內(nèi)部和表面的硬化速度，導(dǎo)致橋體結(jié)構(gòu)因收縮不均勻而出現(xiàn)溫差裂縫。

最后，橋梁工程在建設(shè)過程中，不僅施工環(huán)節(jié)復(fù)雜，而且施工周期較長、跨度較大，一旦在實際施工過程中遇到極端天氣，混凝土材料就容易受到影響。以冬季為例，在寒冷的天氣影響下混凝土表面散溫快，內(nèi)部熱量傳遞不均勻，導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)硬化，造成橋面裂縫[4]。

2.3 材料因素

為了切實有效地提高橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，施工單位不僅要結(jié)合施工現(xiàn)場的地質(zhì)因素、環(huán)境因素等科學(xué)合理地設(shè)計施工方案，而且要加強(qiáng)對施工材料的管控，加強(qiáng)對各種各樣施工建筑材料的抽檢力度，包括水泥、碎石、鋼筋等，避免因材料不合格、質(zhì)量不過關(guān)等引起的橋體裂縫問題。以混凝土材料為例，一旦施工過程中所使用的混凝土材料氧化鈣含量過高，那么不僅會導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)快速硬化，使橋體發(fā)生破壞，而且容易對混凝土的強(qiáng)度帶來負(fù)面影響，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)收縮變形，不利于橋體施工質(zhì)量的保障[5]。

2.4 人為因素

部分橋梁在建設(shè)及使用過程中除了受荷載因素、材料因素以及溫差因素等影響外，人為因素也是導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)裂縫問題的重要原因，不僅影響了施工周期和施工進(jìn)度，而且對道路橋梁的質(zhì)量帶來了巨大的危害，在一定程度上影響到了國民的生命財產(chǎn)安全和我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。比如，橋梁在建設(shè)過程中，部分施工技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)不足，導(dǎo)致在建設(shè)橋梁時出現(xiàn)違規(guī)、違章操作，影響了施工質(zhì)量，增加了橋梁出現(xiàn)裂縫的可能性。

3 橋梁施工中裂縫的防控措施

基于橋梁施工裂縫出現(xiàn)的原因和危害，應(yīng)該采取必要的措施進(jìn)行預(yù)防和控制，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們的出行提供良好保障。橋梁裂縫修補(bǔ)的技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 裂縫修補(bǔ)技術(shù)流程圖

3.1 加強(qiáng)對施工材料的控制

加強(qiáng)對施工材料的管理，選擇信譽(yù)好的供應(yīng)商，嚴(yán)格管控采購關(guān)、入場檢查關(guān)、自檢與第三方檢測關(guān)?？梢酝ㄟ^集中采購、材料招標(biāo)等方式優(yōu)選材料供應(yīng)商，從材料的源頭進(jìn)行質(zhì)量把控，同時通過集采、材料招標(biāo)優(yōu)選的方式，降低成本，實現(xiàn)成本創(chuàng)效，對提高工程主體質(zhì)量具有重要作用。在施工過程中，要嚴(yán)格控制材料的消耗，通過定額收發(fā)料的方式，避免材料浪費(fèi)。加強(qiáng)對材料入庫前的質(zhì)量檢測，通過外觀檢查，按照規(guī)范進(jìn)行抽樣和功能性檢測，從源頭上杜絕不合格材料，杜絕產(chǎn)生橋梁裂縫，尤其要注重鋼筋、混凝土、外加劑等主要材料的進(jìn)場檢測，同時在澆筑時留好試件、試塊。通過檢驗試驗，確保養(yǎng)護(hù)、拆模等工作的順利開展，尤其對關(guān)鍵部位要進(jìn)行首件制驗收，實行材料標(biāo)準(zhǔn)化管理，從材料關(guān)角度對橋梁裂縫進(jìn)行嚴(yán)格控制[6]。

3.2 加強(qiáng)對施工溫度的控制

溫度對橋梁主體結(jié)構(gòu)裂縫的影響也比較大，尤其是橋梁的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、預(yù)制結(jié)構(gòu)等。溫度是造成橋梁裂縫的主要因素之一，尤其是大體積混凝土的澆筑，需要重點(diǎn)關(guān)注混凝土的澆筑季節(jié)和澆筑溫度，與室溫的溫差大小以及養(yǎng)護(hù)溫度。尤其在高溫季節(jié)和嚴(yán)寒條件下施工，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的入倉時間。高溫季節(jié)，避開中午及氣溫高的時段，采取早晚澆筑，提前對骨料進(jìn)行預(yù)冷，采用分層分段澆筑的方式，添加外加劑等；嚴(yán)寒地區(qū)澆筑混凝土要采用必要的保溫措施，避免產(chǎn)生溫度裂縫，比如進(jìn)行骨料的預(yù)熱，搭建保溫棚,澆筑后要及時覆蓋保溫。必要時編制專項方案，加強(qiáng)溫度控制和質(zhì)量管控，防止溫度裂縫的產(chǎn)生。同時，嚴(yán)格按照設(shè)計及規(guī)范進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并采取合理的養(yǎng)護(hù)方式，防止因養(yǎng)護(hù)不當(dāng)而產(chǎn)生裂縫。

3.3 加強(qiáng)對橋梁荷載的控制

加強(qiáng)對橋梁荷載的管控，嚴(yán)格按照設(shè)計文件及規(guī)范要求進(jìn)行，尤其在混凝土未達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度前，嚴(yán)格控制施工荷載，防止因施工荷載超限造成橋梁既有結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。要加強(qiáng)過程管控，加強(qiáng)技術(shù)交底與成品保護(hù)工作，將施工荷載超限造成未達(dá)設(shè)計強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)生裂縫的管控要點(diǎn)告知施工現(xiàn)場負(fù)責(zé)人及質(zhì)量管控負(fù)責(zé)人。

同時，加強(qiáng)竣工驗收后橋梁在使用過程中的荷載控制，通過橋梁設(shè)計荷載，嚴(yán)格標(biāo)定限載車輛數(shù)，防止因大型車輛超限超載造成橋梁整體結(jié)構(gòu)荷載超限，避免影響橋梁的使用與安全?？梢酝ㄟ^設(shè)立限重警示標(biāo)識牌、限高架等措施進(jìn)行管控。

3.4 加強(qiáng)對施工隊伍的控制

加強(qiáng)對施工過程中專業(yè)分包、勞務(wù)分包及自有隊伍的管控，可以通過合同措施管控，加強(qiáng)合同交底，通過合同約定，杜絕產(chǎn)生裂縫等質(zhì)量缺陷，并在合同中明確產(chǎn)生裂縫質(zhì)量缺陷的處罰機(jī)制與考核標(biāo)準(zhǔn)。通過組織措施管控，要求分包隊伍要有專職的質(zhì)量管控人員，通過方案編制、技術(shù)交底、抽樣檢測、過程管控等，杜絕因人為因素而造成裂縫的產(chǎn)生。通過技術(shù)措施，在事前采取必要的技術(shù)手段，避免裂縫的產(chǎn)生，要不斷優(yōu)化施工方案，在施工后對產(chǎn)生的微小不影響外觀和使用的裂縫采取補(bǔ)救措施，進(jìn)行質(zhì)量管控?？傊?，加強(qiáng)對施工隊伍的管控，是防止橋梁裂縫的最后一道關(guān)口，提高全員質(zhì)量管控意識和管控水平，有效杜絕橋梁裂縫的產(chǎn)生，減少因為裂縫產(chǎn)生的二次成本投入，為相關(guān)企業(yè)持續(xù)發(fā)展提供質(zhì)量保障，同時提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

我國城市化水平的提高，促進(jìn)了公路、市政橋梁、軌道交通的互聯(lián)互通。通過對橋梁裂縫的危害分析、原因剖析，可以為裂縫問題的預(yù)防提供參考。現(xiàn)代橋梁不僅要滿足使用要求，更要達(dá)到經(jīng)久、耐用的要求，因此對影響橋梁安全性、耐久性的裂縫預(yù)防提出了更高的要求。文章從橋梁結(jié)構(gòu)的本身出發(fā)，通過對荷載、溫度、材料和人為因素的分析，提出了針對性的裂縫預(yù)防措施，以提高橋梁的整體性能，為人們的安全出行提供強(qiáng)有力的保障。橋梁裂縫的預(yù)防與控制也會促進(jìn)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，對我國經(jīng)濟(jì)水平的提高具有良好的推動作用，需要相關(guān)人員提高重視。