道路桥梁设计与施工中裂缝成因探析与预防

2022-05-25舒冲

大科技 2022年20期

舒冲

（湖北中科公路勘察设计院有限公司，湖北孝感 432000）

0 引言

在道路桥梁工程的设计与施工中，裂缝是一种常见病害，对道路桥梁的运营安全有很大的危害。从近年来道路桥梁施工情况来看，裂缝病害发生的事件是屡见不鲜的，也造成了较多的安全事故，对道路桥梁事业的发展尤为不利。针对于此，必须明确和掌握裂缝病害的发生原因，在掌握裂缝成因的基础上开展针对性的防治，以求充分确保道路桥梁工程的施工质量。基于此，本文重点探析了道路桥梁设计与施工中裂缝成因和预防措施，现作如下的论述。

1 道路桥梁施工中裂缝的危害性

从当前道路桥梁工程施工中所出现的裂缝来看，集中出现在两个位置，一是道路桥梁的主体结构上，二是道路桥梁的表面。在裂缝病害刚出现时，不会对道路桥梁的安全和稳定造成较大的影响，但是因为桥梁工程的结构主体会长时间受到风雨环境的侵蚀，所以无论是结构主体的内部还是外部均会受到一定程度的损害，严重时会导致混凝土内部钢筋暴露，此时道路桥梁结构的稳定性会受到很大的影响[1]。应该说，道路桥梁工程施工中一旦发生裂缝问题，无论是出现在哪一个位置，对主体结构的稳定性和安全性均会造成很大的危害，道路桥梁工程的使用年限会大大缩短，无法达到安全使用寿命。

道路桥梁施工中裂缝出现的原因是多方面的，导致预防工作会有较大的难度，裂缝病害所造成的危害也无法有效控制。因此，为最大限度降低道路桥梁裂缝病害的发生风险，要从源头上着手，做好设计工作和施工作业，确保施工设计方案的科学性，为后续的施工作业奠定良好的基础。

2 道路桥梁设计与施工中裂缝的成因

结合当前道路桥梁设计与施工中裂缝的相关研究成果来看，导致裂缝病害发生的成因主要有6 点：①设计阶段存在失误；②混凝土材料问题；③混凝土结构的收缩；④受温度的影响；⑤地基沉降因素；⑥荷载力影响。

2.1 设计阶段存在失误

道路桥梁所出现的裂缝病害不仅与施工工艺有很大的关系，而且与设计质量也有很大的关系，当设计阶段存在失误时会加大裂缝病害的发生风险。具体来说，道路桥梁工程设计阶段所存在的失误集中体现在3 个方面：①道路桥梁工程的整体结构设计不合理，当出现这一问题时，整体结构容易出现受力不平衡的问题，实际稳定性和抗荷载力均无法有效承担过大的负荷，裂缝病害的发生风险随之增加。②在道路桥梁工程的设计阶段必须进行全面详实的地质环境勘察作业，但也有一些设计人员未能充分认识到地质环境勘察作业的重要性，没有全面开展勘察作业，导致后续的设计作业缺乏有力的数据支持，设计方案缺乏科学性和合理性时便容易诱发裂缝病害。③设计图纸中的数据存在误差，若是未能及时发现所存在的数据误差，则势必诱发施工失误的问题，裂缝病害的发生风险也随之增加。

2.2 混凝土材料问题

在道路桥梁施工作业中，混凝土材料发挥着至关重要的作用，与施工质量有着直接性的联系。具体来说，在道路桥梁的施工材料中，硅化物和水泥中的石灰作用于水中时，会释放大量的热量，并且整个道路桥梁工程会大面积使用混凝土材料，所以混凝土结构内部更易产生极高的热量。当产生这样的问题后，混凝土的内部和外部环境会出现温度梯度，结构内部与表面会有一定的拉力效应，致使道路桥梁工程出现裂缝病害。

2.3 混凝土结构的收缩

结合道路桥梁工程的混凝土施工作业来说，在浇筑混凝土结构的过程中，混凝土结构的体积会受到固化程度的影响，即固化程度不断提升时混凝土结构体积会缩小。正是因为这一问题，混凝土结构表面会承受一定的收缩挤压力，随即形成一些较为细小的裂缝，所出现的细小裂缝通常情况下发生在混凝土结构的边缘位置，若是大面积混凝土则会表现的更加明显。除此之外，配筋密度也会影响到混凝土结构的收缩程度，当配筋的密度越大时，混凝土结构的稳定性会越强，此时出现裂缝病害的风险可以得到有效的控制[2]。因此可以说，在道路桥梁工程的裂缝裂缝病害预防中，若是要有力改善混凝土结构的收缩问题，则要重点从钢筋密度的合理配置方面着手。

2.4 受温度的影响

温度会对道路桥梁工程混凝土施工质量有较大的影响，可体现在多个方面。混凝土有着热胀冷缩的特性，在施工作业过程中易受到内部环境和外部环境的影响，温度是一种常见的影响因素，一旦因为温度原因导致混凝土结构变形，则混凝土结构的强度随之降低，出现裂缝的风险必然增加。除此之外，在道路桥梁工程施工作业中，天气变化、日照所引起的温度变化也会对混凝土形态造成较大的影响，同样会诱发裂缝病害。

2.5 地基沉降因素

在道路桥梁施工作业中，整体施工质量与效率均会受到地基基础建设的影响，若是存在着地基沉降的不利条件，则对整体施工质量有非常大的影响。具体来说，当存在地基沉降问题时，道路桥梁工程的结构会出现纵向或横向的位移，所产生的拉伸应力会导致道路桥梁的结构出现裂缝病害，若是裂缝病害严重，则会导致道路桥梁工程出现坍塌这一严重性事件，对施工单位造成极为严重的经济损失和口碑影响。

2.6 荷载力影响

受到荷载力因素的影响，道路桥梁工程出现裂缝病害的风险会大大增加。结合现有的研究成果，荷载力因素导致道路桥梁工程出现裂缝病害的诱因包括四点：①道路桥梁的施工需求与结构强度、稳定系数存在一定的差异，与设计阶段存在失误有很大的关系。②没有高度重视道路桥梁工程维护阶段的工作，或者缺乏对这一方面知识的理解，导致道路桥梁工程的钢筋结构设计存在问题。③当道路桥梁工程出现较多的重复施工问题时，容易诱发结构振动疲劳的问题，道路桥梁的实际负荷力遭到削弱。④在道路桥梁工程的后续运行中，没有对大型超载车辆加以限制，长时间出现超载问题时，会导致道路桥梁的结构受到剧烈的挤压，从而导致出现裂缝病害的风险随之增加。

3 道路桥梁设计与施工中裂缝的预防措施

针对道路桥梁设计与施工中裂缝的产生原因，为实现最佳的预防效果，应从多个方面着手。具体来说，可以重点从强化设计质量的监管力度、注重施工材料的控制、防治收缩裂缝、严控施工过程中的温度变化问题、科学设计道路桥梁工程的负荷承载力、做好施工后期的养护作业这六个方面着手，如下文所述。

3.1 强化设计质量的监管力度

为了从源头上有力预防裂缝病害的发生，必须高度重视设计质量的监管，保证设计方案的科学性和合理性，比如要充分做好设计图纸的审核作业。具体来说，在强化道路桥梁设计质量的监管力度时，可以重点从以下方面着手。

（1）强化设计工作的责任制度，建立起设计质量的责任制度、奖惩制度、追责制度，以此强化设计人员的责任意识，从而更好的提升道路桥梁工程的设计质量。

（2）在道路桥梁工程施工前，要对设计图纸开展全面性的审核，查找所存在的设计隐患和不足，并及时完善设计方案。比如可以借助BIM（建筑信息模型）技术模拟道路桥梁的结构和参数信息，构建出道路桥梁的施工模型，这样可以更直观的发现设计方案中所存在的问题，可及时调整设计参数，对于降低裂缝病害的发生风险有十分大的益处。

（3）在道路桥梁工程施工作业中，设计人员要与相关部门做好沟通交流，动态掌握道路桥梁工程施工的相关信息。比如要积极与勘察人员沟通交流，确保所获取到的勘察数据精准无误，为道路桥梁工程结构设计与优化提供支撑，这对于预防裂缝病害的发生有重要意义[3]。

3.2 注重施工材料的控制

在道路桥梁工程施工作业中，尤其是在大面积混凝土施工中应优先使用低热型水泥，为了降低普通水泥的水化热现象，可以考虑加入大量的铁铝酸四钙。除此之外，应非常重视混凝土结构固化时的温度控制，比如可以使用渣及火山灰等类型的水泥，这一类水泥不仅性能良好，而且成本较低，可以帮助施工单位有效控制成本。总的来说，在道路桥梁工程的裂缝病害预防中，要注重施工材料质量的控制，使用满足施工要求的材料，以此有效预防裂缝病害的发生。

3.3 防治收缩裂缝

混凝土收缩裂缝的发生原因较多，比如空气中的二氧化碳与混凝土表面水泥浆会发生氢氧化钙作用，继而形成碳酸钙，此时混凝土体积会收缩出现裂缝。当混凝土出现收缩裂缝时，表面会呈现出花纹状，且没有规律性。为有力防治收缩裂缝，可以重点从以下方面着手。

（1）混凝土振捣时要控制好力度，避免混凝土过度振捣的问题，原因在于过度振捣会导致混凝土表面产生砂浆层。

（2）严格控制混凝土结构中的水灰比，优先使用水化热程度较低的水泥。

（3）通过降低混凝土结构中的孔隙率，可以有效的防治收缩裂缝。具体来说，现场施工人员应控制好混凝土结构中的骨料含泥量，这对降低混凝土结构中的孔隙率有较好的作用。

（4）在道路桥梁的混凝土结构浇筑施工之前，现场施工人员要非常重视基层和模板的相关工作，最重要的便是湿润与收面。

（5）在混凝土施工作业中，应考虑有效提升混凝土结构的密实度与抗拉力，这可以通过做好混凝土初凝后及终凝前的二次抹压工作而实现，此时混凝土收缩量会有所降低[4]。

（6）在完成道路桥梁工程的混凝土浇筑作业后，现场施工人员要及时开展混凝土结构的养护作业，促使混凝土结构表面始终处于湿润状态。

（7）施工过程中要做好质量控制，一旦发现存在收缩裂缝的风险，则要及时处理。

3.4 严控施工中的温度变化

基于温度变化对道路桥梁工程的质量有很大的影响，易引发裂缝问题，所以要控制好施工中的温度变化。具体来说，施工过程中主要是防止和降低混凝土结构的热胀冷缩这一特性，现场施工人员可以从以下方面着手。

（1）在配制混凝土的过程中，应在骨料中加入一定量的水，从而起到降低温度的作用。在气温高的夏天开展混凝土施工作业时，务必将温度控制在合理范围内，高度重视骨料中水分的加入。

（2）在选用混凝土原材料时，应优先选用干缩程度较低的水泥，这样可以很好的确保混凝土的强度[5]。

（3）在道路桥梁施工作业中，对于所出现的塑性沉降问题要高度重视，并及时处理所出现的塑性沉降问题。

（4）现场施工人员要结合施工条件，尤其是施工温度条件，合理调整混凝土结构中的含水量。

（5）道路桥梁工程施工作业中应首先考虑从源头上控制和降低温度裂缝问题的发生风险，为实现这一目标，必须严格控制好混凝土的浇筑时间、速度、振捣时间和力度。

3.5 合理设计工程负荷承载力

在道路桥梁施工前，设计人员要对设计方案作不断的优化，认真分析设计方案中所存在的问题。比如在设计优化阶段要对配筋量作评估分析，再比如可以借助BIM 技术和相关的室内试验，测试道路桥梁总体负荷情况，以确保道路桥梁工程结构的负荷性能可以充分满足实际荷载[6]。总的来说，道路桥梁工程负荷承载力的设计优化是十分重要且十分专业的，必须给予高度的重视。

3.6 做好施工后期的养护作业

道路桥梁工程的裂缝病害防治很大程度上依赖后续的养护作业，从而能够延长道路桥梁工程的使用寿命。为此，相关单位要将养护作业视为重点对待，按照相关要求开展养护作业，比如要及时处理道路桥梁结构中的坑槽、裂缝、积水这些问题，再比如为有效改善桥梁路面积水问题，可以考虑建设下凹式立交桥挡水设施工程。对于车流量大的道路桥梁工程来说，应做好定期的结构检测作业。