道路橋梁設(shè)計(jì)問(wèn)題與施工裂縫成因

劉煥俊

（海陽(yáng)市公路工程處，山東海陽(yáng)265100）

1 道路橋梁設(shè)計(jì)問(wèn)題的成因分析

1.1 理論體系不完善

完整的道路橋梁設(shè)計(jì)方案是建立在完善的理論體系支撐上的，道橋設(shè)計(jì)師只有將理論知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、建設(shè)環(huán)境有效結(jié)合，才能保證道路橋梁建設(shè)的科學(xué)合理性。但目前我國(guó)的道路橋梁設(shè)計(jì)還缺乏完善的理論體系支持，一方面由于建筑企業(yè)快速發(fā)展，整個(gè)建筑市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)壓力過(guò)大，各個(gè)企業(yè)之間無(wú)法形成可行的溝通機(jī)制，另一方面由于近年來(lái)道橋建設(shè)的施工規(guī)模不斷擴(kuò)大，設(shè)計(jì)者面臨的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和施工條件更加復(fù)雜，造成了相關(guān)理論知識(shí)的缺失。因此，在施工企業(yè)溝通不充分、施工環(huán)境復(fù)雜的情況下，道橋建設(shè)領(lǐng)域的理論體系建設(shè)面臨著極大的困境[1]。

1.2 道橋設(shè)計(jì)理念落后

目前部分地區(qū)的道橋設(shè)計(jì)還受到傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的影響，對(duì)新方法、新技術(shù)的應(yīng)用度不高。理念的落后主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是部分道橋設(shè)計(jì)者出于資金、人力和時(shí)間等方面的考慮，沒(méi)有根據(jù)新的建設(shè)需求設(shè)計(jì)與時(shí)俱進(jìn)的施工方案，而是沿用已有設(shè)計(jì)方案或直接在原有方案上進(jìn)行修改，這種設(shè)計(jì)思路在很大程度上限制了道路橋梁設(shè)計(jì)的革新。

二是部分道橋工程承建企業(yè)為了節(jié)約成本，降低道橋建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)，依舊選擇使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，使得道路橋梁的建設(shè)始終停留在原來(lái)的層面，無(wú)法促進(jìn)道橋建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展。

三是目前道橋建設(shè)的科學(xué)研究者與實(shí)際設(shè)計(jì)者之間存在著一定的隔閡，先進(jìn)的科研成果無(wú)法被設(shè)計(jì)者有效吸收，實(shí)際的設(shè)計(jì)情況也很少被科學(xué)研究者了解，從而阻礙了他們雙方的相互促進(jìn)和發(fā)展[2]。

1.3 忽視道橋設(shè)計(jì)的持續(xù)性

道路橋梁的建設(shè)不是一朝一夕的工作，而是關(guān)于國(guó)家和社會(huì)永續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)建設(shè)。道橋設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)道橋施工方案時(shí)，要充分考慮到道路橋梁后期的使用、維護(hù)和修理，才能最大限度地提高道路橋梁的使用效益。要保證道路橋梁運(yùn)行的長(zhǎng)久性，首先要設(shè)計(jì)好道路橋梁的結(jié)構(gòu)框架，才能保證各個(gè)部件的持久運(yùn)行。但目前的道橋設(shè)計(jì)中對(duì)道路橋梁的結(jié)構(gòu)、橋梁的橋面結(jié)構(gòu)等方面的關(guān)注度不高，導(dǎo)致道路橋梁在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)耐久性差、易損壞等不足，對(duì)橋梁道路的穩(wěn)定性和交通運(yùn)行的順暢性都有很大影響。

2 道路橋梁設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決措施

2.1 完善道橋設(shè)計(jì)理論體系

要完善道路橋梁設(shè)計(jì)的理論體系建設(shè)，首先加強(qiáng)各個(gè)道橋建設(shè)企業(yè)、組織之間的溝通交流，相關(guān)機(jī)構(gòu)和協(xié)會(huì)要發(fā)揮行業(yè)帶頭作用，積極展開各種交流會(huì)、研討會(huì)，從而促進(jìn)行業(yè)內(nèi)的理論交流和知識(shí)融合，促進(jìn)道路橋梁設(shè)計(jì)的創(chuàng)新發(fā)展。其次，相關(guān)設(shè)計(jì)者也要加強(qiáng)對(duì)各種道路橋梁的勘測(cè)檢查，靈活吸收其他道橋設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)踐中積累理論知識(shí)，促進(jìn)道橋設(shè)計(jì)在理論水平上的進(jìn)步。最后，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中也可以使用各種現(xiàn)代化電子設(shè)備，在虛擬環(huán)境中提高對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用，從而提高各種理論知識(shí)的使用力度。

2.2 更新道橋設(shè)計(jì)理念

不斷吸收新的設(shè)計(jì)思維，融合多種科學(xué)、先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，以便使道橋設(shè)計(jì)符合當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。對(duì)于道橋設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，要不斷加強(qiáng)各種先進(jìn)知識(shí)和技術(shù)的學(xué)習(xí)，反復(fù)研究國(guó)內(nèi)外道橋建設(shè)的優(yōu)秀案例，總結(jié)出當(dāng)前道路橋梁設(shè)計(jì)的新方向和新方法，才能摒棄傳統(tǒng)落后的設(shè)計(jì)觀念，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)水平的飛躍。對(duì)道橋承建企業(yè)來(lái)說(shuō)，要突破狹隘的經(jīng)濟(jì)成本眼光，而從企業(yè)和社會(huì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度出發(fā)，嘗試新的道橋設(shè)計(jì)方式，在成本和預(yù)算允許的情況下最大限度地提升道橋設(shè)計(jì)的質(zhì)量，以此保證企業(yè)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。

2.3 提高道橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視程度

道路橋梁的結(jié)構(gòu)好壞是決定道路橋梁能否長(zhǎng)久運(yùn)行的關(guān)鍵。道橋建成后由于自然環(huán)境和車輛行路壓力等原因，會(huì)出現(xiàn)損壞、老化等現(xiàn)象，而一個(gè)符合道橋建設(shè)地質(zhì)情況、車流密度和自然環(huán)境的道橋結(jié)構(gòu)，能夠最大限度地提高工程的使用年限，減少工程的維護(hù)成本，提高道橋建設(shè)的有效性。因此，道橋設(shè)計(jì)者要重視道路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中考察施工地的實(shí)際情況，準(zhǔn)確計(jì)算道路橋梁的結(jié)構(gòu)比例，以提高道橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[3]。

此外，道橋設(shè)計(jì)者也要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的結(jié)構(gòu)材料，保證道橋結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)氐牡乩須夂颉＠?，在降雨量較多的地區(qū)，設(shè)計(jì)者可以在道橋設(shè)計(jì)中將碎石層作為道橋的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，減少雨水對(duì)道橋的腐蝕，提高道橋的使用壽命。

3 道路橋梁施工裂縫的類型

3.1 八字型裂縫

在道路橋梁的施工中，工程主體結(jié)構(gòu)的材料配比是工程結(jié)構(gòu)持久運(yùn)行的關(guān)鍵。而工程主體結(jié)構(gòu)一般由鋼筋混凝土組成，施工時(shí)需要根據(jù)施工地點(diǎn)的地質(zhì)條件和地理環(huán)境選擇合適的水泥、砂石料配比，才能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。如果水泥于砂石料的配比不合適，就會(huì)使道橋施工出現(xiàn)形變或沉降問(wèn)題，形成八字形裂縫。

3.2 X 型裂縫

X 形裂縫的形成較為復(fù)雜，這種裂縫一般不會(huì)在道橋的中心部位出現(xiàn)，而多出現(xiàn)在橋梁中橋墩和橋面的連接點(diǎn)等位置。道路橋梁建成后，可能受自然環(huán)境和氣候變化的影響，使橋梁發(fā)生熱脹冷縮的變化，影響橋墩和橋面的連接，從而形成X 型裂縫。

3.3 垂直型裂縫

垂直型裂縫是受道橋其他裂縫的影響產(chǎn)生的，當(dāng)?shù)罉虺霈F(xiàn)裂縫而沒(méi)有被及時(shí)處理時(shí)，就會(huì)引起更為嚴(yán)重的垂直型裂縫。因此，在橋梁中出現(xiàn)裂縫時(shí)，就要對(duì)裂縫進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ)，一旦忽視早期裂縫，就有可能引起更多的裂縫，從而增加道路橋梁的不穩(wěn)定性。

3.4 水平型裂縫

水平型裂縫主要是由于道橋路面的載荷壓力過(guò)于集中而引起的。這種裂縫一般產(chǎn)生于道路橋梁的水平面，多在道路橋梁的施工中就可以被發(fā)現(xiàn)，因此道路橋梁的建設(shè)者在施工中就要注意裂縫是否出現(xiàn)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就要及時(shí)進(jìn)行處理，以免形成更大的裂縫。

4 道路橋梁施工裂縫的成因分析

4.1 由于道橋荷載問(wèn)題形成裂縫

道路橋梁在使用時(shí)不僅要承受自身的壓力，還要承載車輛的壓力，如果在道橋的設(shè)計(jì)和施工中沒(méi)有對(duì)道橋荷載能力進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)算，會(huì)使道路橋梁在長(zhǎng)期的使用中出現(xiàn)變形的情況，從而在路面產(chǎn)生凹凸不平和裂縫的現(xiàn)象。道路荷載問(wèn)題形成的外部因素有兩種：一種是受直接應(yīng)力影響而形成的裂縫，道橋工程在設(shè)計(jì)初期可能未對(duì)道橋荷載進(jìn)行有效的核算，使實(shí)際的荷載數(shù)值比設(shè)計(jì)中的荷載數(shù)值更小，從而出現(xiàn)了裂縫；另一種是由于施工階段對(duì)道路橋梁的開洞和鑿槽不夠重視，使建成后的橋梁荷載量與計(jì)劃荷載量不一致，從而形成的橋梁裂縫。此外，在施工中碾壓工作不達(dá)標(biāo)、大量建筑材料的堆積也可能使道橋的荷載超標(biāo)，從而使道路橋梁出現(xiàn)裂縫。

4.2 由于混凝土熱脹冷縮形成的裂縫

目前的道路橋梁建設(shè)一般都將混凝土作為主要材料，而混凝土具有一定的熱脹冷縮效應(yīng)。由混凝土澆筑而成的道橋可能隨著溫度的變化發(fā)生結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，從而破壞原有的道橋結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)裂縫。混凝土的這種熱脹冷縮效應(yīng)雖然會(huì)受到混凝土自身結(jié)構(gòu)的限制，但也具有一定的局限性，在某些極端的情況下可能直接破壞混凝土的自身結(jié)構(gòu)，形成比較嚴(yán)重的裂縫。例如，在橋梁路面所處的地域溫度驟然變化時(shí)，橋梁路面的混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)法適應(yīng)極大的溫度落差，環(huán)境的溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土的結(jié)構(gòu)約束，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。目前我國(guó)道橋建設(shè)中所面臨的溫度問(wèn)題還十分嚴(yán)峻，部分工程就算對(duì)施工工地的地質(zhì)、地形和環(huán)境進(jìn)行了全面的檢測(cè)，挖掘出溫度變化產(chǎn)生裂縫的原理，也很難采取有效的措施控制混凝土裂縫的出現(xiàn)。

4.3 由于混凝土收縮形成的裂縫

混凝土由砂石、水泥混合而成，在從半液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變中會(huì)改變其原有的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生收縮現(xiàn)象。水泥也可能產(chǎn)生水化熱反應(yīng)，使混凝土原有的水含量快速減少，從而改變混凝土結(jié)構(gòu)，形成裂縫。這種現(xiàn)象不僅出現(xiàn)在混凝土的硬化狀態(tài)下，在混凝土未硬化時(shí)也會(huì)出現(xiàn)。混凝土的塑性收縮特性會(huì)使道路橋梁的整體體積變小，原有的道橋結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而產(chǎn)生大量的裂縫。道橋施工人員在施工中要根據(jù)混凝土的這一特點(diǎn)確定道橋建設(shè)的步驟程序，在混凝土澆筑工作與下一步工作之間要留出合適的時(shí)間進(jìn)行觀察檢測(cè)，以保證道橋路面的混凝土配比適用于當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境。

4.4 由于材料質(zhì)量問(wèn)題形成的裂縫

在道路橋梁的建設(shè)中，施工材料的質(zhì)量是決定施工項(xiàng)目質(zhì)量的首要因素。目前道路橋梁建設(shè)的材料主要是由砂石、水泥、骨料組合而成的混凝土，混凝土材料的選取標(biāo)準(zhǔn)、配制比例以及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)道路橋梁建設(shè)的質(zhì)量有直接影響。在施工材料的準(zhǔn)備階段，施工人員要充分考慮施工地的自然地理環(huán)境，控制好水分與添加劑的使用。如果沒(méi)有合理控制好施工材料中的水分配比，有可能因?yàn)榛炷了诌^(guò)多而降低結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，從而使道路橋梁出現(xiàn)裂縫。而在使用添加劑時(shí)，施工人員要做好各種成分的控制工作，在合適的時(shí)機(jī)添加合適的劑量，盡量減少各種成分間的化學(xué)反應(yīng)，從而提高道路橋梁的建設(shè)效率。

5 道路橋梁施工裂縫的解決措施

5.1 對(duì)施工進(jìn)行合理布局

道路橋梁的建設(shè)具有一定的整體性和銜接性，需要在施工前做好對(duì)某一區(qū)域的整體規(guī)劃，提升交通運(yùn)輸系統(tǒng)的有效性。施工裂縫的出現(xiàn)在某些程度上是由于對(duì)施工場(chǎng)地的了解程度不夠，沒(méi)有根據(jù)地質(zhì)、地理?xiàng)l件選擇合適的施工方式和施工材料。因此，要減少道路橋梁建設(shè)中裂縫的發(fā)生頻率，就要在施工前勘測(cè)施工場(chǎng)地，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)整體布局，對(duì)道路橋梁的布局、結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃，保證建成后的道橋具備足夠的荷載力和穩(wěn)定性。對(duì)施工進(jìn)行整體布局時(shí)，不僅要考慮道橋建設(shè)自身的需要，也要對(duì)周圍的居民分布情況、車輛流動(dòng)量等因素進(jìn)行仔細(xì)勘察，確保道橋有足夠的能力保證交通運(yùn)輸?shù)捻樌M(jìn)行。

5.2 對(duì)材料進(jìn)行有效控制

材料不恰當(dāng)所引起的道橋施工裂縫問(wèn)題最為常見(jiàn)。由于材料選擇需要考慮的因素眾多，所產(chǎn)生的影響也最大，因此在道路橋梁的施工中，施工人員要嚴(yán)格按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)選擇材料，并根據(jù)施工實(shí)際情況選擇合適的配比方案，以保證施工的有效性。在道橋施工的材料選擇中，施工人員要對(duì)材料的來(lái)源和材料的等級(jí)進(jìn)行有效的篩查，特別要嚴(yán)格地篩選水泥的等級(jí)，因?yàn)樗嗟馁|(zhì)量直接決定了混凝土的整體性能，決定整個(gè)道路橋梁建設(shè)的穩(wěn)定性。在道橋施工的材料配比中，施工人員要注意各種材料能夠引起的混凝土質(zhì)量和穩(wěn)定性的變動(dòng)，要避免各種混合材料在使用和凝固時(shí)出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，以減少道橋施工前后的差異。

5.3 對(duì)施工溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)配

道路橋梁出現(xiàn)裂縫的主要原因之一是混凝土填裝前后的變化，而溫度是影響混凝土結(jié)構(gòu)的重要因素。在道橋的建設(shè)中，施工人員要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度的控制，防止道橋施工中溫度的急劇改變。一般來(lái)說(shuō)，道路橋梁施工的溫度控制在25℃以內(nèi)最佳，這時(shí)的混凝土具有一定的穩(wěn)定性，能夠有效避免裂縫現(xiàn)象的發(fā)生。在實(shí)際的施工中，施工人員要提前測(cè)定施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度和天氣的變化，根據(jù)不同的天氣情況采取不同的措施。例如，在天氣炎熱時(shí)，施工單位可以通過(guò)測(cè)溫裝置隨時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)噴霧裝置調(diào)節(jié)施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度和濕度，也要調(diào)節(jié)混凝土澆筑的速度和厚度，防止在高溫狀態(tài)下產(chǎn)生強(qiáng)烈的水化熱現(xiàn)象。

5.4 對(duì)施工中產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行及時(shí)處理

道路橋梁施工中可能由于規(guī)劃、材料或操作的失誤產(chǎn)生一些裂縫，這時(shí)要對(duì)產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行及時(shí)的處理。道路橋梁的施工具有整體性，局部位置出現(xiàn)裂縫可能影響其他地方的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而衍生出更多的裂縫。因此，在施工中發(fā)現(xiàn)裂縫之后要及時(shí)進(jìn)行處理，避免產(chǎn)生更嚴(yán)重的裂縫，一般可以采用灌漿法、嵌縫法和表面修補(bǔ)法處理道路橋梁施工中出現(xiàn)的裂縫；灌漿法是指在出現(xiàn)的裂縫中注入特殊材料，使裂縫重新黏合起來(lái)，一般采用水泥漿、環(huán)氧聚合物和甲基丙烯酸酯等材料。嵌縫法則是將裂縫進(jìn)行開掘，然后填充一定的材料，這種方式能夠保證道橋的外觀不受影響。表面修補(bǔ)法是指在道路橋梁的表面填涂材料，這種方法的應(yīng)用最為常見(jiàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，新的時(shí)代發(fā)展階段給道路橋梁的建設(shè)提出了更多的要求，相關(guān)部門和企業(yè)要主動(dòng)探索目前道橋建設(shè)存在的問(wèn)題，并采取一定的措施加以解決。在道路橋梁的設(shè)計(jì)方面，工程設(shè)計(jì)人員要革新設(shè)計(jì)觀念，注意構(gòu)建設(shè)計(jì)理論體系，重視道路橋梁的穩(wěn)定性；在道路橋梁的施工方面，施工人員要對(duì)道橋裂縫的類型和原因有全面的了解，在施工中注意施工的整體布局、材料選配、溫度調(diào)控和裂縫修補(bǔ)，保證道路橋梁的長(zhǎng)久運(yùn)行。