道路橋梁設(shè)計問題與施工中裂縫成因分析

文／劉立寧 北京路橋瑞通養(yǎng)護中心有限公司 北京 102400

劉鵬 北京鑫實路橋建設(shè)有限公司 北京 102400

關(guān)常春 北京鑫實路橋建設(shè)有限公司 北京 102400

許紅林 北京路橋瑞通養(yǎng)護中心有限公司 北京 102400

引言：

橋梁道路項目和市政道路、排水給水、橋梁建造等工程有極大關(guān)系，是城市建造不能缺少的施工項目，和我們的生活、生產(chǎn)有十分緊密的聯(lián)系。橋梁道路施工的管控，直接顯示了施工企業(yè)的管控水準(zhǔn)，路橋建造工程的水準(zhǔn)高低，也直接突顯了一個城市的對外形象。所以，橋梁道路施工企業(yè)的管控能力要伴隨時代與技術(shù)的進步逐步提高，以應(yīng)對逐步發(fā)展的城市與日趨激烈的市場競爭。具體到管控的每個環(huán)節(jié)，從設(shè)計到組織施工，接著到施工現(xiàn)場和驗收交付，施工管控工作要貫穿始終。

1.道路橋梁的發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)濟和社會的發(fā)展與進步過程中，為了更好的順應(yīng)城市化進程，我國當(dāng)前社會的建筑模式大多數(shù)以高層建筑為主，因為城市的資源有限，人口卻在不斷地增長，為了能夠容納更多的城市人口，城市的發(fā)展模式與人們對于生活方式的需求也在不斷地提高，無論是對城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)還是出行環(huán)境等都有了更高的要求。當(dāng)前城市居民的生活水平逐漸提高、生活逐漸富足，私家車等用于出行的交通工具越來越多，對我國交通系統(tǒng)的運行造成了極大的壓力，為了保證市民的正常出行，減少交通阻塞與交通事故的發(fā)生，政府積極進行了公路道路橋梁的相關(guān)建設(shè)與優(yōu)化，以達到緩解交通壓力的目的。當(dāng)交通建設(shè)大幅度增加的同時，市場會涌入大批量的建筑施工單位和施工團隊，隨著施工團隊的增加，道路橋梁的建設(shè)質(zhì)量就無法實現(xiàn)統(tǒng)一，會形成多種質(zhì)量結(jié)果并存的局面。這是因為當(dāng)施工單位過多，建筑管理團隊短時間內(nèi)不能形成統(tǒng)籌化的管理，只能沿用傳統(tǒng)的單一管理辦法，導(dǎo)致管理力度不足，無法保證工程的整體質(zhì)量。質(zhì)量沒有保障，就會影響到出行市民的人身財產(chǎn)安全，要避免這些問題的發(fā)生，就需要做好建筑施工團隊的管理，嚴(yán)格執(zhí)行與落實建筑標(biāo)準(zhǔn)，加強質(zhì)量通病問題的治理與預(yù)防。

2.道路橋梁施工技術(shù)概述與重要性分析

道路橋梁施工技術(shù)是基于道路橋梁施工專業(yè)所誕生的技術(shù)體系，根據(jù)施工內(nèi)容和施工結(jié)構(gòu)的不同，主要包含路基施工，路面施工，橋梁基礎(chǔ)施工，橋墩施工，梁橋施工，拱橋施工，橋面施工等幾個不同的施工模塊，基本涵蓋了道路，橋梁，工程，施工的所有常規(guī)內(nèi)容，其本身不僅強調(diào)了施工過程當(dāng)中的施工內(nèi)容，施工流程，施工注意事項，同時也包含了現(xiàn)代施工材料的應(yīng)用說明以及問題處理，通過構(gòu)建完善的道路橋梁施工技術(shù)體系，能夠培養(yǎng)出高素質(zhì)，高水平的施工設(shè)計人才以及問題運營管理人才，確保施工問題以及橋梁道路問題出現(xiàn)時，有對應(yīng)的方法或措施予以解決。通過分析現(xiàn)在的道路與橋梁施工技術(shù)，總結(jié)施工過程當(dāng)中的些問題，以及對應(yīng)策略能夠在當(dāng)前道路，傳輸施工過程當(dāng)中提升施工人員關(guān)注度，完善技術(shù)內(nèi)容技術(shù)流程，解決施工問題，提高施工的質(zhì)量和效率，進一步保障施工的時效性和進度。其次，施工技術(shù)是維持道路橋梁施工工作正常開展的核心與關(guān)鍵，技術(shù)本身從方法、流程、內(nèi)容、要點等不同方面進行詳細(xì)的解釋與說明，確保施工人員在實際施工過程當(dāng)中能夠遵循施工技術(shù)體系和施工方案，提升施工技術(shù)的應(yīng)用水平，降低問題產(chǎn)生的可能性，保障施工項目本身的質(zhì)量以及使用期限。

3.道路橋梁設(shè)計問題

3.1 理論體系不完善

在具體的道路橋梁施工中，為了提升設(shè)計方案的科學(xué)性，設(shè)計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)計需求，只有保證這些信息的科學(xué)性，才能讓設(shè)計方案更加合理，使設(shè)計細(xì)節(jié)更符合道路橋梁建設(shè)的實際需求。但是在現(xiàn)階段的設(shè)計中，因為施工現(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，現(xiàn)有的設(shè)計理論體系缺乏，這對于設(shè)計的有效性提升非常不利，無法保證設(shè)計符合具體的道路橋梁設(shè)計需求。

3.2 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，加強耐久性設(shè)計。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)計重視程度不夠，無形中會導(dǎo)致耐久性問題衍生，因為道路橋梁的使用頻率較大，各種問題極易滋生，因此需要對其經(jīng)常性的進行修補，一旦修補不及時，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)的費用增加，不利于道路橋梁施工單位實現(xiàn)經(jīng)濟效益。

4.道路橋梁出現(xiàn)裂縫的主要原因

4.1 混凝土原材料

混凝土由水泥、骨料及外加劑等組成，通過硬化作用從而形成人工石材。若混凝土原材料質(zhì)量不合格，就會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。例如，混凝土的砂石硬度超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，使得混凝土收縮量不符合設(shè)計要求，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。若混凝土拌合物中出現(xiàn)膨脹巖，會產(chǎn)生吸水氧化反應(yīng)，使得混凝土體積膨脹，整體破裂變形。水泥屬于膠凝材料，遇水后反應(yīng)放熱，導(dǎo)致混凝土溫度升高?；炷恋乃磻?yīng)一般是在澆筑完成7h 后不再出現(xiàn)。在這個時間段內(nèi)，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量熱量，若無法及時排出，會與外層混凝土產(chǎn)生溫差，導(dǎo)致混凝土開裂。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，1g 的水泥平均可以產(chǎn)生500J 的熱量。換言之，1m3 的水泥，需要350 ～500kg 的水泥，則產(chǎn)生的熱量有17500 ～27500kJ 的熱量，溫度可以高達70℃。對于橋梁工程中的大體積混凝土而言，整體體積大，內(nèi)部的熱量更難以散失，因此混凝土內(nèi)外溫差持續(xù)時間較長，溫度從內(nèi)由外越來越低，表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉輕度時，混凝土開裂。

4.2 沉陷裂縫

除了以上的影響因素外，還有最常見的地基沉降的影響。大多數(shù)橋梁在使用一段時間后都會出現(xiàn)沉降，如果沉降為不均勻沉降，則橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)剪力，當(dāng)外界產(chǎn)生的剪力超過了混凝土內(nèi)部的抗剪強度時，混凝土出現(xiàn)開裂。對于橋梁而言，當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫后要及時修補，以免影響內(nèi)部鋼筋的性能。鋼筋在混凝土內(nèi)部主要承擔(dān)抗拉的能力，因此要保護好混凝土內(nèi)部的鋼筋，防止雨水進入，腐蝕鋼筋。除了不均勻沉降導(dǎo)致的裂縫外，還有施工不當(dāng)造成開裂。混凝土的澆筑要完成振搗、倒入模具及拆模等重要步驟?；炷恋膹姸冗_到設(shè)計的80%以后才可以拆模，如果提前拆模會降低混凝土強度，出現(xiàn)開裂。對于此類問題，應(yīng)及時刷漆，做好防水工作。

4.3 載荷型裂縫的成因

載荷型裂縫是道路橋梁的常見裂縫，其形成原因主要是由于當(dāng)超重載荷超過路面承載能力時，會使得路面結(jié)構(gòu)層的彎拉應(yīng)力超過道路橋梁結(jié)構(gòu)層的抗拉極限，從而導(dǎo)致載荷型裂縫的形成。不僅如此，由于瀝青混凝土面層是公路路面的最上層，頂層平面的狀態(tài)會直接受到下層平面的影響，而瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)基層在超重載荷的作用下會產(chǎn)生極大的彎拉應(yīng)力，超重載荷作用下路面表層的彎拉應(yīng)力會遠(yuǎn)小于路面結(jié)構(gòu)基層，隨著超重載荷對于瀝青路面的長期作用，當(dāng)結(jié)構(gòu)基層的破壞達到一定程度時裂縫便會不斷擴傳導(dǎo)至瀝青路面表層，形成可見的載荷型裂縫，因此當(dāng)瀝青路面形成載荷型裂縫時通常已發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)基層破壞。

4.4 橋梁管理不到位

我國對于橋梁擁有一套獨立的管理體系，在平常的工作過程中都會通過該管理體系來對橋梁的相關(guān)事宜進行管理。而隨著時代的進步，橋梁的修建技術(shù)、修建規(guī)模、修建標(biāo)準(zhǔn)等都已經(jīng)有了非常多的變化，因此這就使得以往的管理方案失去管理有效性，在部分管理規(guī)則上會失去管理作用，并且過于老舊的管理觀念也會對現(xiàn)代化的橋梁事業(yè)發(fā)展產(chǎn)生束縛。由于我國的橋梁數(shù)量龐大，橋梁管理體系并不能夠?qū)λ械貐^(qū)的橋梁進行管理，通常情況下，橋梁管理體系會對城市地區(qū)和國省道路的橋梁進行管理，而對于鄉(xiāng)村、山區(qū)的公路橋梁來說，很難有效地落實具體的管理措施。鄉(xiāng)村、山區(qū)的公路橋梁較為狹窄，并且公路橋梁的污染情況與城市地區(qū)相比往往會更大，因此這也就導(dǎo)致鄉(xiāng)村及山區(qū)的公路橋梁出現(xiàn)的破損程度更大，橋梁的使用壽命及質(zhì)量都會大幅度縮短及降低。而由于山區(qū)、鄉(xiāng)村地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，通行量與城市地區(qū)相比較少，因此這也就導(dǎo)致地方的橋梁管理人員不會對鄉(xiāng)村及山區(qū)地區(qū)的橋梁進行有效的維護及保養(yǎng)，很多鄉(xiāng)村及山區(qū)地區(qū)的橋梁會長時間得不到有效的保養(yǎng)及維護。嚴(yán)重時甚至是會讓橋梁的路基受到損壞，降低了橋梁的使用壽命和質(zhì)量，造成一些不可逆的影響。人們在使用這類橋梁時，所面臨的安全風(fēng)險也相對較高。

5.道路橋梁設(shè)計問題與施工中裂縫防治對策

5.1 設(shè)計角度的防治在

道路橋梁工程的施工設(shè)計中，為了從設(shè)計角度對裂縫問題進行解決防治，就應(yīng)該加強對各種因素的考慮和分析：①應(yīng)該科學(xué)分析設(shè)計中的強度問題，科學(xué)的驗算撓度，分析造成混凝土收縮的原因，科學(xué)的設(shè)計道路橋梁具體施工中需要的厚度，提升橋梁工程的整體強度和剛度。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)計層面進行防治。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，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)計工作開展中，需要詳細(xì)對收縮比例問題進行控制，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50m 范圍以內(nèi)，對于長度超過范圍的情況，應(yīng)該科學(xué)設(shè)計伸縮縫，對于長度設(shè)計超出范圍較小的情況，可以利用后澆帶彌補，避免結(jié)構(gòu)的不合理設(shè)計導(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)計必須能夠承受長時間的車輛載荷，具有較強的排水能力。保證在地震等地質(zhì)災(zāi)害下，其具有較強的使用壽命和抗災(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，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。

5.2 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)計的合理性和準(zhǔn)確性。同時加強對荷載問題的應(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、錨固補充法等實現(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。

5.3 沉陷裂縫預(yù)防處理措施

為避免沉陷裂縫給橋梁工程施工帶來的不利影響，應(yīng)采取以下措施:第一，對松軟土、填土等軟弱地基而言，上部結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)做好必要的地基處理，如夯實或加固，從而提高地基的承載性能。第二，模板工程應(yīng)具備足夠的承載力，模板支撐面應(yīng)足夠穩(wěn)固且受力均勻;模板拆除時間應(yīng)嚴(yán)格控制，不宜過早或過晚，拆除過程中各構(gòu)件應(yīng)有序進行;在凍土區(qū)搭設(shè)模板時，應(yīng)采取一定的防凍措施。第三，混凝土澆筑過程中應(yīng)避免地基被水侵蝕。

5.4 混凝土混合料的制備與運輸控制

混凝土混合料是瀝青道路施工中的重要材料，原材料質(zhì)量、混合料配制方法和材料施工工藝等均會對瀝青混凝土面層平整度與質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，若瀝青、混凝土等材料質(zhì)量不達標(biāo)會導(dǎo)致配制好的瀝青混凝土混合料不滿足質(zhì)量要求，若瀝青混凝土混合料質(zhì)量達標(biāo)但運輸不當(dāng)也可能導(dǎo)致施工時的瀝青混凝土混合料質(zhì)量不滿足施工要求，上述因素均會增加瀝青路面裂縫形成風(fēng)險。此外，由于公路路面施工屬于戶外建設(shè)項目，瀝青混凝土混合料的供給與保存受天氣、環(huán)境及地形等的影響較大，惡劣天氣及復(fù)雜地形都可能導(dǎo)致材料狀態(tài)發(fā)生變化，因此不可控因素的影響也增加了路面施工的復(fù)雜性與難度，也是導(dǎo)致瀝青路面縫隙形成的風(fēng)險因素。在施工過程中應(yīng)當(dāng)結(jié)合道路工程實際情況設(shè)計符合標(biāo)準(zhǔn)的施工方案，對于晝夜溫差大、氣候條件寒冷地區(qū)的路面應(yīng)當(dāng)進行針對性的設(shè)計，科學(xué)制備瀝青混凝土混合料，保證瀝青混凝土混合料質(zhì)量達標(biāo)，在運輸過程中對瀝青混凝土混合料的溫度進行嚴(yán)格控制才能有效保證材料質(zhì)量。

5.5 橋梁養(yǎng)護及維修加固

要想切實提高公路橋梁的使用壽命及質(zhì)量，那么就必須要對公路橋梁進行定期養(yǎng)護和維修加固，及時發(fā)現(xiàn)公路橋梁可能存在的一些病害問題，然后對其進行處理，確保這些小的病害不會對公路橋梁的正常使用產(chǎn)生影響。在眾多的公路橋梁養(yǎng)護及維修加固技術(shù)當(dāng)中，裂縫處理技術(shù)的應(yīng)用可以更好地提高公路橋梁使用的耐久性。在橋梁工程的施工過程中，會遇到一些常見的病害問題，其中裂縫就是眾多病害當(dāng)中常見的一種，也是對橋梁工程質(zhì)量造成較大影響的病害。如果在施工過程中不對裂縫病害進行及時有效的處理，那么裂縫就會隨著時間而不斷擴大，最終引發(fā)更加嚴(yán)重的病害。橋梁會出現(xiàn)裂縫病害，主要有以下幾個原因：首先是環(huán)境溫度的影響。常見的公路橋梁工程的施工材料為瀝青混凝土，瀝青混凝土?xí)苋菀资艿酵饨绛h(huán)境溫度的影響，如果在施工過程中沒有對剛施工的公路橋梁路面進行養(yǎng)護，在晝夜溫差較大的情況下，瀝青混凝土就會不斷地膨脹收縮，從而導(dǎo)致路面局部出現(xiàn)或大或小的裂縫。最嚴(yán)重的是在道路內(nèi)部出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重破壞了橋梁的結(jié)構(gòu)強度，從而使得工程質(zhì)量嚴(yán)重下降。其次是超過道路承載力問題。橋梁是有明確的荷載標(biāo)準(zhǔn)的，如果車輛的荷載量超過了橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn)，那么道路就會由壓力過重而導(dǎo)致路面的變形及沉降，從而引發(fā)裂縫病害的出現(xiàn)。目前我國在橋梁工程裂縫病害的處理技術(shù)方面的發(fā)展已經(jīng)較為完善，在對裂縫病害進行處理時，應(yīng)該注意根據(jù)不同的病害情況來選擇較為合適的病害處理技術(shù)。目前，常見的裂縫病害處理技術(shù)有以下幾種：首先是表面修補技術(shù)，該技術(shù)主要是應(yīng)對一些常見的輕度裂縫病害，這類裂縫的裂縫長度及寬度都較小，因此可以選擇黏結(jié)劑來對其進行修復(fù)處理；其次是注漿修補技術(shù)，該技術(shù)主要應(yīng)用于裂縫病害程度適中的情況，這種情況下的裂縫已經(jīng)較為嚴(yán)重，簡單地使用黏結(jié)劑已經(jīng)無法對裂縫進行修補，因此就需要通過把水泥砂漿與環(huán)氧樹脂等材料混合注入到裂縫中去，從而實現(xiàn)對裂縫的填充及黏接；再者是使用填充修補技術(shù)，這類技術(shù)主要應(yīng)用于裂縫病害非常嚴(yán)重的公路橋梁工程中，這類裂縫已經(jīng)是屬于大型裂縫，需要使用材料對裂縫進行填充，然后進行一系列的加固處理。

結(jié)語：

綜上所說，為進一步提高道路與橋梁的施工質(zhì)量，需要加強該領(lǐng)域施工技術(shù)的分析通過，總結(jié)施工技術(shù)當(dāng)中的細(xì)節(jié)問題并就施工裂縫和道路橋梁施工連接處的問題進行有效分析，在此基礎(chǔ)上通過軟土層鋪設(shè)以及材料填充或者以一體化成型的施工方法，建設(shè)完善的道橋系統(tǒng)，減少道路與橋梁當(dāng)中的裂縫從而延長該交通設(shè)施的使用壽命和期限，確保在下一階段的使用過程當(dāng)中能夠穩(wěn)定維持城市交通的正常運行，保障來往車輛的行駛安全。