道路橋梁設(shè)計(jì)問題與施工中裂縫成因分析

張淋彬

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

道路橋梁工程與人們的日常生活密不可分，只有道路橋梁工程的安全性得到保證，方可保證人們的使用安全。受到橋梁設(shè)計(jì)情況的制約，道路橋梁實(shí)際進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工中，存在各種裂縫問題，會對道路橋梁的整體結(jié)構(gòu)造成較大的安全隱患。所以為了有效預(yù)防裂縫問題的出現(xiàn)，就要分析橋梁設(shè)計(jì)問題和裂縫問題出現(xiàn)的原因，以便根據(jù)存在的問題，針對性地提出干預(yù)措施，優(yōu)化工程實(shí)施質(zhì)量。

1 道路橋梁設(shè)計(jì)問題

1.1 理論體系不完善

在具體的道路橋梁施工中，為了提升設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性，設(shè)計(jì)人員需要充分考慮施工現(xiàn)場的環(huán)境和信息因素，科學(xué)考量道路橋梁設(shè)計(jì)是否規(guī)范，施工區(qū)域條件布置是否滿足地質(zhì)條件和參數(shù)體系的設(shè)計(jì)需求，只有保證這些信息的科學(xué)性，才能讓設(shè)計(jì)方案更加合理，使設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)更符合道路橋梁建設(shè)的實(shí)際需求。但是在現(xiàn)階段的設(shè)計(jì)中，因?yàn)槭┕がF(xiàn)場環(huán)境十分復(fù)雜，市場競爭日趨激烈，地質(zhì)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出多樣性特點(diǎn)，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理論體系缺乏，這對于設(shè)計(jì)的有效性提升非常不利，無法保證設(shè)計(jì)符合具體的道路橋梁設(shè)計(jì)需求。

1.2 結(jié)構(gòu)因素

結(jié)構(gòu)因素是道路橋梁設(shè)計(jì)中存在的主要問題，對于道路橋梁的設(shè)計(jì)，需要在保證道路橋梁整體功能的基礎(chǔ)上，滿足兩個條件。首先，在承載力極限狀態(tài)下，需要保證道路橋梁的整體結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變化，提升道路橋梁總體的穩(wěn)定性，使道路橋梁的利用更加安全。其次，在道路橋梁正常使用情況下，需要保證結(jié)構(gòu)的撓度驗(yàn)算與裂縫的科學(xué)控制，現(xiàn)實(shí)道路橋梁設(shè)計(jì)中，人們往往重視第一個問題，而忽視了道路橋梁正常使用狀態(tài)下裂縫控制問題。

1.3 橋梁耐久性較差

道路橋梁的耐久性會直接影響使用的安全性，因此考慮到耐久性問題，就需要從橋梁結(jié)構(gòu)入手，加強(qiáng)耐久性設(shè)計(jì)。但是現(xiàn)階段的施工中，人們對道路橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)重視程度不夠，無形中會導(dǎo)致耐久性問題衍生，因?yàn)榈缆窐蛄旱氖褂妙l率較大，各種問題極易滋生，因此需要對其經(jīng)常性的進(jìn)行修補(bǔ)，一旦修補(bǔ)不及時，就會使道路橋梁使用的穩(wěn)定性受到影響，無形中使道路橋梁保養(yǎng)的費(fèi)用增加，不利于道路橋梁施工單位實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。

2 道路橋梁出現(xiàn)裂縫的主要原因

2.1 材料質(zhì)量問題

施工材料質(zhì)量能夠直接導(dǎo)致各種裂縫問題出現(xiàn)?，F(xiàn)階段各種道路橋梁施工中，對于混凝土、水泥和骨料等材料的利用十分必要，而且這些材料利用的范圍較大，一旦任何一種材料的質(zhì)量出現(xiàn)問題，就會影響整體道路橋梁工程的使用安全，導(dǎo)致其使用過程中出現(xiàn)裂縫問題。為了保證材料利用符合橋梁建設(shè)的要求，就應(yīng)該嚴(yán)格檢驗(yàn)材料是否合格，檢測人員在材料檢驗(yàn)中應(yīng)該將400 m3或600 m3作為單位，按照既定標(biāo)準(zhǔn)檢測砂石等材料，對于含泥量和顆粒級的標(biāo)準(zhǔn)測定，也需要遵守國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如果材料不合格，必然會影響道路橋梁施工強(qiáng)度，引發(fā)裂縫問題。

2.2 荷載方面問題

道路橋梁施工及使用過程中，當(dāng)?shù)缆窐蛄菏艿匠?fù)荷施工荷載的作用時，會產(chǎn)生超過設(shè)計(jì)承載能力的荷載應(yīng)力而形成荷載裂縫。形成該裂縫主要原因有兩個：一是在道路橋梁設(shè)計(jì)時未對荷載進(jìn)行正確合理的預(yù)測，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的方案不合理，道路橋梁的設(shè)計(jì)承載能力低于實(shí)際交通作用荷載，出現(xiàn)荷載裂縫。二是在道路橋梁建設(shè)施工中，未對施工時的工程荷載進(jìn)行準(zhǔn)確合理的測算，導(dǎo)致施工時的施工荷載高于道路橋梁的承載能力，導(dǎo)致荷載裂縫的出現(xiàn)。正因?yàn)樵诘缆窐蛄汗こ淘O(shè)計(jì)施工中沒有重視最大載荷問題，所以一旦發(fā)生超載，橋梁會很大程度出現(xiàn)開裂，威脅到道路橋梁使用安全，嚴(yán)重情況下會造成橋梁的坍塌和損毀等事故，因此在后續(xù)設(shè)計(jì)施工中，需要格外關(guān)注荷載因素。

2.3 溫度原因

在道路橋梁混凝土澆筑中，水泥水化熱過程中能夠釋放許多熱量，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)持續(xù)的溫度升高，當(dāng)與外界溫度出現(xiàn)顯著溫差時，混凝土熱脹冷縮無促使混凝土發(fā)生變形，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土所能承受應(yīng)力的時候，便會產(chǎn)生溫度裂縫。冬季在養(yǎng)護(hù)時，養(yǎng)護(hù)不及時或養(yǎng)護(hù)時間不足，使得道路橋梁混凝土表面的溫度隨環(huán)境溫度急劇下降，道路橋梁混凝土內(nèi)部溫濕度變化十分緩慢，相對于內(nèi)部，表面的溫濕度的變化較大。所以在道路橋梁養(yǎng)護(hù)中，忽視了對溫濕度問題的重視，溫濕度的控制不夠合理，必然會造成各種溫濕度問題出現(xiàn)，因?yàn)轶E干、內(nèi)外溫差大的現(xiàn)象而使混凝土出現(xiàn)裂縫。

3 道路橋梁設(shè)計(jì)問題與施工中裂縫防治對策

3.1 加強(qiáng)工程布局、荷載設(shè)計(jì)

要想保證道路橋梁工程的施工質(zhì)量，就要加強(qiáng)工程布局、載荷和排水設(shè)計(jì)。首先需要加強(qiáng)對施工現(xiàn)場情況的勘察，充分考慮施工四周環(huán)境和施工場地的地質(zhì)狀況，便于對布局和載荷問題充分了解。只有結(jié)合工程的實(shí)際狀況，方可更加真實(shí)地對橋梁工程進(jìn)行總體布局和計(jì)算，從根本上提升道路橋梁工程的適應(yīng)性，避免裂縫問題出現(xiàn)。

3.2 設(shè)計(jì)角度的防治

在道路橋梁工程的施工設(shè)計(jì)中，為了從設(shè)計(jì)角度對裂縫問題進(jìn)行解決防治，就應(yīng)該加強(qiáng)對各種因素的考慮和分析：①應(yīng)該科學(xué)分析設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度問題，科學(xué)的驗(yàn)算撓度，分析造成混凝土收縮的原因，科學(xué)的設(shè)計(jì)道路橋梁具體施工中需要的厚度，提升橋梁工程的整體強(qiáng)度和剛度。②考慮鋼筋布置的密度問題，保證直徑密度均勻分布，如此設(shè)計(jì)的優(yōu)勢是為減小溫度變化導(dǎo)致的收縮問題。同時對于鋼筋布置的密度相關(guān)問題的處理，應(yīng)該提升配筋率，最大限度地提升混凝土的拉伸能力和干縮應(yīng)變能力，防止混凝土在實(shí)際的收縮中出現(xiàn)應(yīng)力聚集現(xiàn)象，該問題需要從設(shè)計(jì)層面進(jìn)行防治。從我國道路橋梁施工的規(guī)范來看，為了防止結(jié)構(gòu)收縮造成的裂縫問題，就要重視對伸縮縫的設(shè)計(jì)，伸縮縫對于裂縫的預(yù)防發(fā)揮著關(guān)鍵作用。具體的道路橋梁設(shè)計(jì)工作開展中，需要詳細(xì)對收縮比例問題進(jìn)行控制，從多個角度考慮多層路面道路的長度問題，根據(jù)相關(guān)規(guī)范將長度控制在50 m范圍以內(nèi)，對于長度超過范圍的情況，應(yīng)該科學(xué)設(shè)計(jì)伸縮縫，對于長度設(shè)計(jì)超出范圍較小的情況，可以利用后澆帶彌補(bǔ)，避免結(jié)構(gòu)的不合理設(shè)計(jì)導(dǎo)致收縮開裂。③考慮道路橋梁的耐久性問題，在道路橋梁的后續(xù)使用中，會有大量的車輛通行及雨水的沖刷，橋梁的設(shè)計(jì)必須能夠承受長時間的車輛載荷，具有較強(qiáng)的排水能力。保證在地震等地質(zhì)災(zāi)害下，其具有較強(qiáng)的使用壽命和抗災(zāi)害能力，雖然經(jīng)過長時間的使用，道路橋梁的耐久度和使用壽命會不斷降低，從而導(dǎo)致各種橋梁裂縫問題出現(xiàn)，但是合理的設(shè)計(jì)，可以將道路橋梁結(jié)構(gòu)使用的耐久程度提升，延長道路的使用年限和周期。

在設(shè)計(jì)階段過程中加強(qiáng)對耐久度的重視，就應(yīng)該重視對各種優(yōu)質(zhì)施工材料的利用與選擇，積極加強(qiáng)對各種施工材料的處理，優(yōu)化橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重視橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，提升橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，構(gòu)建合理的橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)系，需要道路橋梁設(shè)計(jì)人員不斷提升知識專業(yè)水平，在道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)合豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，規(guī)避耐久性問題出現(xiàn)。

3.3 施工角度的防治措施

在道路橋梁的施工中，做好施工階段的防治，能夠有效避免裂縫出現(xiàn)。這就需要在施工管理過程中，保證混凝土澆搗的有效性，在混凝土施工之前，需要設(shè)置合理的操作平臺，為操作人員留有一定的空間，避免操作人員在操作的過程中出現(xiàn)直接踩踏鋼筋事件，影響負(fù)彎矩鋼筋作用的發(fā)揮。在實(shí)際的混凝土澆筑過程中，應(yīng)該優(yōu)化施工流程，做好施工過程中的鋼筋管理，能夠隨時將需要的鋼筋復(fù)位，保證鋼筋位置設(shè)計(jì)的合理性和準(zhǔn)確性。同時加強(qiáng)對荷載問題的應(yīng)對，施工人員需要根據(jù)道路橋梁工程的等級，確定工程的最佳載荷量，具體對施工現(xiàn)場情況進(jìn)行考察，詳細(xì)分析施工中的地質(zhì)地形、土壤、水文、環(huán)境、氣候、溫度等因素，避免道路橋梁工程施工荷載量超過工程既定荷載量的極限值，施工中可以通過預(yù)應(yīng)力法、錨固補(bǔ)充法等實(shí)現(xiàn)對混凝土結(jié)構(gòu)加固，提升道路橋梁工程的承載力和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對載荷問題的解決，避免裂縫問題出現(xiàn)。在施工速度的控制方面，也需要利用科學(xué)的方法，避免使用蠻力影響現(xiàn)澆混凝土施工質(zhì)量，只有從施工的角度出發(fā)，才能避免現(xiàn)澆混凝土施工中出現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)和裂縫問題，提升工程的總體施工質(zhì)量。

3.4 施工材料防治

施工材料對于道路橋梁使用質(zhì)量具有較大影響。在施工材料防治中，首先應(yīng)該考慮骨料含泥量選擇的合理性，使材料含泥量符合設(shè)計(jì)要求。在砂石料選擇的過程中，對于經(jīng)過暴曬的材料，需要提前進(jìn)行澆水降溫處理，保證在澆筑之前利用清水將模板的溫度降低。其次就需要在材料中適當(dāng)?shù)丶尤胍恍┩饧觿饧觿┬枰邆錅p水、增塑、引氣等功能，為裂縫問題的防治起到良好的作用。再次需要在施工材料中加入粉煤灰，粉煤灰的主要作用就是減水和致密等，因?yàn)榉勖夯抑泻醒趸?、氧化鋁等有效物質(zhì)，這些物質(zhì)在經(jīng)過反應(yīng)后會形成氫氧化鈣。最后，應(yīng)該從根本上實(shí)現(xiàn)對混凝土強(qiáng)度問題的控制，道路橋梁整體混凝土強(qiáng)度不會超過C30。如果施工的過程中，水化熱溫差過大，必然會引起橋梁表面拉應(yīng)力增加，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)變形，給橋梁使用帶來安全隱患。所以從施工材料方面入手，實(shí)現(xiàn)對水化熱問題的防治，積極有效的解決道路橋梁道路施工中存在的裂縫情況，提升總體道路橋廊工程使用的安全性。此外，對于施工材料的管理工作也需要引起重視，這就需要建設(shè)單位和施工單位都可以充分認(rèn)識到施工材料對于道路橋梁工程質(zhì)量保證的意義，加強(qiáng)對建筑材料方面的制度建設(shè)和管理措施建設(shè)，保證制度建設(shè)的合理性和完善性。最后也需要加強(qiáng)對施工材料進(jìn)出庫情況的合理控制，在施工材料進(jìn)入場地的時候，需要驗(yàn)證材料的合格證和規(guī)格等信息，材料使用中，也需要重點(diǎn)的考慮分析以往使用中出現(xiàn)的問題，重點(diǎn)考量混凝土材料的實(shí)際配比情況，保證材料的采購符合相關(guān)政策要求和施工需求，材料質(zhì)量與道路橋梁工程建設(shè)的質(zhì)量直接相關(guān)，只有材料質(zhì)量得到保證，方可避免各種設(shè)計(jì)問題和裂縫問題出現(xiàn)。

3.5 施工溫度控制

道路橋梁設(shè)計(jì)問題和裂縫問題控制中，要重點(diǎn)考慮溫度因素，溫度因素對于混凝土裂縫問題具有直接影響，如果混凝土澆筑過程中內(nèi)外部溫度的溫差比較大，就極易產(chǎn)生裂縫問題。為了規(guī)避施工溫度造成的裂縫，具體措施體現(xiàn)在兩個方面：首先要注意施工過程中的天氣情況，如果需要在氣溫較高的條件下澆筑混凝土，則需要控制澆筑的厚度，將澆筑的時間控制在合理范圍內(nèi)，如此方可保證熱量在既定時間內(nèi)通過表面散開。其次，道路橋梁混凝土澆筑中，應(yīng)該準(zhǔn)備足夠的混凝土溫度測溫管，方便做好對混凝土上、中、下部位的溫度測量，同時做好溫度記錄，隨時觀察溫度變化，根據(jù)溫度變化，嚴(yán)格控制混凝土內(nèi)外部溫差，如果內(nèi)部溫度持續(xù)上升，需要及時采取措施控制溫度，避免溫差過大引發(fā)裂縫問題。

4 結(jié)語

綜上所述，道路橋梁工程實(shí)施中，要想更好的避免各種設(shè)計(jì)問題和裂縫問題出現(xiàn)，就要重視對設(shè)計(jì)問題和裂縫成因的分析，充分考慮各種因素對橋梁整體安全性造成的影響，通過采取合理措施，規(guī)避各種裂縫問題出現(xiàn)。只有在設(shè)計(jì)和施工的各個階段采取有效措施，才能最大限度減少裂縫的出現(xiàn)概率，減少裂縫對橋梁道路工程造成的危害，提升道路橋梁工程的總體建設(shè)質(zhì)量，提升道路橋梁施工的安全性和可靠度。