公路桥梁设计与施工中裂缝成因及预防分析

2023-03-12马宝强

中国储运 2023年1期

文/马宝强

裂缝问题在公路桥梁施工部分是属于多发性问题，裂缝的产生既影响美观性也影响构件使用寿命。下文从裂缝分类、成因、设计与施工等层面客观分析裂缝的产生及预防措施，从而达到降低裂缝产生并延长桥梁混凝土构件使用期限的目标。

1.混凝土裂缝的类型

1.1 表面裂缝。混和料构造物当接触到外界水化作用或热度、温度变化干扰时，其构造物内外部温度会出现不均衡温差现象，内部温度高外部温度低，温差会产生温度应力。当温度应力到达或超出混凝土构件抗变影响极限时，混凝土成品构件就会出现表面开裂或缝隙。对体积越大的混凝土，表面裂缝的危害性越小，表面裂缝不会深度渗入，但是直接影响工程美观性和寿命。

1.2 内部裂缝。构件内开裂或缝隙与表面位置开裂或缝隙同在一个体积空间范围内，且产生位置为同体积构造物，当表面开裂或缝隙在混凝土构件二次连续浇筑作业时，就会“隐藏起来”，从表面上看不到构件内开裂或裂缝，我们称之为内部裂缝。

1.3 深层裂缝。表面裂缝在特殊因素的作用下继续渗透发展，可能会引发深层裂缝。与表面裂缝相比，深层裂缝可能造成混凝土内部结构应力的改变，其危害性较大。

1.4 贯穿裂缝。混凝土构件自身大，其内部结构尺寸也大，受到水化热的影响，混凝土构件内部会产生复杂的温度场。构件内部中心区域会出现大范围出热现象形成热能量汇聚，构件其传导热性能不满足散热需求，导致热量短时间内难以散出，致使构件结构中心区域与表面的温差不断加大，从而产生温度应力。温度应力积累发展到一定程度就会产生贯穿裂缝，这种裂缝形式对大体积的混凝土伤害性极大。

2.公路桥梁施工中混凝土开裂和缝隙带来的危害

出现混凝土开裂和缝隙后，会直接影响到公路桥梁内部结构，导致内部位置荷载力发生变化，干扰到公路建设桥梁部分构造物的使用功能稳定。一方面受到荷载应力改变的影响，另一方面受到裂缝中渗透水的压力影响，裂缝可能会进一步恶化发展，轻者导致路面凹凸不平，严重者甚至导致公路桥梁的塌陷。出现混凝土裂缝后，空气中的水、二氧化碳都会顺着裂缝渗入到公路桥梁内部，水、二氧化碳、混凝土发生碳化反应，会影响到混凝土的强度，且工程内部的钢筋也容易在潮湿环境下被氧化，钢筋韧性乃至结构框架的牢固性都会受到影响。

3.工程案例

3.1 工程概况。建设施工项目包括道路施工作业和桥梁施工作业两个单元组成。施工单位为确保达到道路部分和桥梁部分工程施工质量要求，有效防治混凝土裂缝的发生，工程建设企业对工程施工设计方案进行了认真的复审和自查，发现部分设计方案中存在的问题，并把设计与施工中应注意的关键问题进行了梳理，整理后的改善意见用于工程质量的提升中来。

3.2 设计问题

3.2.1 设计方案中理想工期要考虑全面。在设计之初要考虑到多种潜在因素，理想化的工期设定可能会对整个工程项目的发展产生不利影响。

3.2.2 设计环节中对交付使用后功能问题考虑不足。设计阶段应考虑未来交通流量和道路桥梁的荷载要求，如果考虑不全面时会导致施工钢筋规格与功能实际需求不完备，导致影响本工程项目构造件的结构稳定性能和使用周期。

3.3 引发道路桥梁裂缝的主要因素

3.3.1 沉降裂缝。道路桥梁施工作业时，桥梁基础出现横向位移或纵向不匀称沉降变化时都会增加混凝土构件内部的附加应力变化，当附加应力达到一定的极限范围后超过混凝土抗拉力，就会出现整体结构物的不匀称位置下降变形，进而导致出现部分沉降裂缝。

3.3.2 其他裂缝。除了沉降裂缝以外，混凝土材料自身的因素及施工工艺因素也可能引发裂缝。如工程项目中常见的表面、横向、纵向、贯穿等类型的裂缝都属于上述情形导致的。具体成因分析如下：混凝土振捣施工作业中，当出现振捣时间延误、振捣棒插入深度不达标及移动距离不规范时，就容易导致蜂窝、麻面问题的发生，可能引发混凝土裂缝。混凝土运输中，自卸车辆的覆盖处理、温度保护、运输时间控制等都会影响到混凝土材料的性能，特别是温度不当及水分流失就会出现混凝土构件开裂现象。不经过科学的现场验证就肆意增加或减少水灰比，从而实现混凝土流动性达标的操作，可能会带来工程施工中混凝土的大幅收缩引发混凝土裂缝。混凝土浇筑过程应注意控制浇筑间隔，间隔时间过长可能导致上一层混凝土凝结强度不达标，上下两层混凝土构造物不易有效结合，容易引起横向裂缝的发生。

4.道路桥梁施工方案的优化设计与施工措施的有效管控

4.1 设计方面的措施

4.1.1 道路桥梁工程的耐久性设计。从现场踏勘入手，考虑当地施工环境气候变化，使用人群对构件本身功能需求，桥梁位置功能性要求等方面做好论证与数据梳理工作，确保经现场初勘和相关论证等系列工作后将各类干扰因素降到最低值。

4.1.2 完善公路桥梁项目前期设计环节中的质量把控。前期设计质量直接影响桥梁投入运营阶段使用功能和安全功能。要抓好质量控制及措施落实，做好各系列设计参数及数据验证与校准工作。运用创新思维和创新理念，论证过程中依托先进的仪器和设备绘制出精准安全的设计图纸方案，为下一步工序做出基础保障。

4.1.3 合理选择设计方案。打破常规论证与验证程序，在选定方案中继续二次优化得出多套设计方案，在执行必要论证程序前提下，通过网络投票或外聘专家遴选等方式选取最优方案。

4.2 施工方面的措施

4.2.1 加强施工材料管理力度。施工人员岗位管理是施工质量的保障。项目单位应建立管理层人员储备库，施工技术人员储备库，机械设备操作人员储备库，财务人员储备库，落实各类人员岗位培训和考核建设，施工队伍各类人员均为专业型参建人员，确保施工进度和每个环节的工程质量达标。

4.2.2 重视施工温度管理。施工温度差是施工项目应最早考虑和控制的外部影响因素，它对混凝土构造物内、外部质量均会有较大干扰，施工现场应当及时调控施工环境温度。可利用调配冷水、温度砂的措施调节温度值的变化，确保质量达标。

4.2.3 重视施工工艺控制。（1）模板施工。模板选用钢质模为宜，且接头部位利用装配件组装并连接。模板顶面与混凝土构件上顶面与设计保持一致，当出现局部低洼时，及时用水泥浆填补修正。（2）浇筑与振捣。混凝土构件浇筑前，要对模板的间隔缝隙、高度数值、润滑处理、支撑稳度、基层平整度、润湿情况等进行二次复核修正。构件选用混合料浇筑作业过程中先使用插入式振捣棒插振，时间控制在20s左右，移动间隔在作业范围的1.5倍以内，并保持与模板及钢筋在有效范围以外，防止机械振动产生的干扰性碰撞。混凝料在振捣作业之后，发现不平整部位及时进行填补修正作业，填补修正过程中以使用混合料原浆为宜。人工找平作业确保构造物上表面形成5~6mm左右的砂浆膜层。如人工找平作业完成后仍发现构造物与模板间有高差问题，应及时填补原构件混合料，进行二次整平作业，至高差满足方案中的设计要求为止。（3）表面整修。构件表面抹面找平时，每次要与同平面接茬部位采用搭茬处理为宜。粗抹是整修的第一步，大体积构件表面应用规范仪器检测。通常矫正方式采用的是“高处抹平、底处填补”的措施进行抹面找平作业，还要用规范仪器进行检测，保证其平整度符合规范要求。（4）养生及拆模。混凝土构件物养生办法采用湿法养生为宜。如遇大风、高温及其它不利天气时，养生现场应对已覆盖完成的构件物及时进行二次加固，确保覆盖率达到技术要求。施工现场养生用水也要符合相关规范标准。当构件养生合格后，拆膜顺序应“从上往下、先整体后局部”的原则依次进行，已拆模板应及时进行打磨、防锈处理，严禁磕碰，苫盖备用。养生时间及拆模时间按相关构件物技术规范执行。

4.2.4 重视施工组织控制。（1）保证工期的组织措施。施工企业应挑选本公司优秀的管理及技术人员组建施工团队，发挥协作精神，优化施工。施工流程环节中坚持以组织建设保工期，以进度控制保工期，以资金优化保工期，以质量体系保工期，以安全体系保工期，以“人和”保工期。（2）设备、物资、资金保障。根据工程特点优化配备施工机械设备，落实机械厂区内保养、维修服务，降低设备的故障率。调配物资、设备应按需按时分批次入场。加强资金调配力度，确保重点工序和关键部位施工期资金正常配置，保障重点工程按计划顺利进行。（3）加强质保、安保、环保方面控制。健全完善的质保、安保、环保“三保”体系。项目单位通过安全生产例会、安全交底、技术交底等形式逐层传达并落到实处，实现“三保”体系的网格化监管。