道路橋梁設(shè)計問題與施工中裂縫成因分析

張平ZHANG Ping；游海倫YOU Hai-lun

（武漢信達雅路橋技術(shù)有限公司，武漢 430050）

0 引言

伴隨著交通運輸行業(yè)的不斷發(fā)展，道路橋梁工程的發(fā)展迅速。但是，道路橋梁工程出現(xiàn)裂縫問題較多，道路橋梁工程出現(xiàn)裂縫會直接影響到工程的安全性和使用價值。那么，就需要對工程出現(xiàn)裂縫的因素進行細致分析，探究道路橋梁工程設(shè)計和施工相關(guān)性，規(guī)避道路橋梁設(shè)計出現(xiàn)問題和裂縫出現(xiàn)。

1 工程案例分析

在研究過程中，為了保障本文的數(shù)據(jù)具備有效的可行性，可以分析某道路橋梁。某道路橋梁于1998年建成，在建設(shè)完畢后，其經(jīng)過10多年的運行，在常規(guī)的保養(yǎng)中，在橋梁的橋體以及橋箱部位出現(xiàn)嚴重裂痕。經(jīng)過對裂痕的集中分析，可以得知造成裂痕的主要原因為橋梁排水設(shè)施不完善所致。在運行過程中，整個流水線路出現(xiàn)裂痕。此外，在設(shè)計過程中沒有考慮到荷載問題，導(dǎo)致荷載過重，無法完成承重，出現(xiàn)壓力裂痕。整個施工材料出現(xiàn)問題，因此其裂縫問題影響了道路橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這些裂縫在橋梁的主體結(jié)構(gòu)上。隨著整個力度傳導(dǎo)，其整體延伸到了結(jié)構(gòu)表面。在力的滲透作用下，影響橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對整個結(jié)構(gòu)造成威脅。此外，道路墻的裂縫也影響其整體使用期期限，并直接表現(xiàn)。

2 道路橋梁工程中的常見裂縫

2.1 八字形裂縫

所謂八字形裂縫，主要是指道路橋梁的裂縫呈現(xiàn)出八字形狀。而之所以會出現(xiàn)此種裂縫，主要是因為施工材料方面存在問題。針對橋梁工程來說，其主體結(jié)構(gòu)需要使用的材料是以鋼筋混凝土為主。一旦水泥和砂石料的比例沒有按照相關(guān)標準進行混合，則會導(dǎo)致制成的混凝土出現(xiàn)變形的情況，或者是會發(fā)生沉降情況，從而產(chǎn)生八字形裂縫。與此同時，存在施工材料短缺的情況，或者是使用檢驗不合格的混凝土，也會有很大的可能性造成八字形裂縫。

2.2 垂直型裂縫

出現(xiàn)垂直型裂縫，主要原因在于受到橋梁間隙與橋梁結(jié)構(gòu)間裂縫的影響。在前期階段，裂縫的間隙相對來說是比較小的，此時，可以采用有效的維修措施，對其進行補救，并進行相應(yīng)的加固。但是沒有第一時間針對垂直型裂縫進行維修，會導(dǎo)致其縫隙不斷擴大，隨著時間的推移，會逐漸引發(fā)更多的垂直型裂縫，并且也會引發(fā)更多其他類型的裂縫。

2.3 水平型裂縫

橋梁在水平面上出現(xiàn)的一些裂縫，被稱為水平型裂縫。一般情況下，在進行橋梁施工的過程中，會產(chǎn)生該種類型的裂縫。而之所以會產(chǎn)生該種類型的裂縫，主要原因在于橋梁水平面受到的載荷壓力過于集中。一旦發(fā)現(xiàn)水平型裂縫，需要第一時間進行處理，并采用科學、有效的措施。如果處理不及時，或者是處理方法不適合，會導(dǎo)致水平裂縫不斷擴大，并且擴大的速度會加快，進而影響后續(xù)施工。

3 道路橋梁設(shè)計問題成因

3.1 工程的耐久性能相對較差

我國在進行道路橋梁設(shè)計時，大多數(shù)情況下都會強調(diào)耐久性問題，但是并沒有提出明確的使用年限，而且也沒有真正的落實，由此導(dǎo)致一些工程項目存在年久失修的情況，也有一些工程項目存在較多的安全隱患。與此同時，在工程的設(shè)計中沒有對路面的結(jié)構(gòu)重點關(guān)注，導(dǎo)致橋梁工程所具有的耐久性不足，橋面落實需要經(jīng)常性的修復(fù)，就會導(dǎo)致工程穩(wěn)定性和安全性不佳，造成運輸和交通不夠流暢，還會顯著提高工程結(jié)構(gòu)養(yǎng)護和維修的成本，造成企業(yè)經(jīng)濟效益銳減。

3.2 水壓因素

工程在水壓的作用之下，會導(dǎo)致參與工程施工的道路橋梁材料以及瀝青出現(xiàn)脫模狀況，工程表面粘力喪失。若是工程表面粘力不足就會造成瀝青路面出現(xiàn)松散和坑洼的狀況，其所具有的功能性將會被顯著削弱，導(dǎo)致工程的橋面有裂縫出現(xiàn)[1]。

3.3 荷載因素

工程在荷載的作用之下會導(dǎo)致工程的路面有裂縫出現(xiàn)?，F(xiàn)階段，絕大部分的工程都運用的材料為瀝青混凝土材料，但是其劣勢在于：該材料將會受到車輛的荷載嚴重影響，導(dǎo)致工程的基層結(jié)構(gòu)因為滲透水導(dǎo)致路面出現(xiàn)裂縫（如圖1）。同時，也有可能會導(dǎo)致底部脫空。與此同時，在進行工程設(shè)計時，沒有重視最大載重量的問題。在這樣的情況下，一旦出現(xiàn)超載現(xiàn)象，會有很大的可能性導(dǎo)致道路橋梁出現(xiàn)問題，其中，可能會出現(xiàn)道路橋梁裂縫，甚至會出現(xiàn)嚴重破壞，導(dǎo)致坍塌或者是損毀等事故。為此，需要重點關(guān)注荷載因素。

3.4 設(shè)計因素

在設(shè)計的過程中，由于需要考慮到外觀以及道路橋梁結(jié)構(gòu)，因此很多時候設(shè)計人員忽視了溫度變化。一些關(guān)注溫度變化的設(shè)計人員又會忽略結(jié)構(gòu)長度和平面外形，這就會導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。開展設(shè)計的過程中，需要考慮到整體結(jié)構(gòu)當中的內(nèi)力分配問題，進行協(xié)調(diào)處理，從而更好地處理開洞口的大小。首先討論道路橋梁設(shè)計方面的原因，由于溫度的變化，路面經(jīng)常會在夏天發(fā)生膨脹，那么如果沒有使用合適的措施進行控制，就會導(dǎo)致路面受到拉扯擠壓而出現(xiàn)裂縫。解決這一問題的措施就是使用保溫措施，如果路面沒有設(shè)置保溫層，那么路面將會受到膨脹影響。其次，則是路面超長問題帶來的影響，由于溫差與材料變形，路面與整體結(jié)構(gòu)經(jīng)常會出現(xiàn)橫向開裂問題。

3.5 結(jié)構(gòu)因素

在設(shè)計的過程中，主要的原則就是整個道路橋梁結(jié)構(gòu)功能都必須滿足兩個狀態(tài)的實際要求。首先，承載力極限狀態(tài)下能夠保證結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)變化，不會出現(xiàn)失去平衡等等情況，這對于變形控制來說有著關(guān)鍵的意義和作用。其次，則是正常使用極限狀態(tài)，在這一狀態(tài)下需要保證結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生超過正常使用時的變形、裂縫、耐久、振動以及其他影響使用的狀態(tài)。目前人們主要關(guān)注第一種情況，但是對于正常使用極限狀態(tài)卻經(jīng)常忽略[2]。

3.6 溫度因素

在施工過程中，混凝土自身由周圍溫度的環(huán)境變化而變化。因此，在橋梁建造中，極有可能因部分材料在熱脹冷縮的性質(zhì)下產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致其建筑的構(gòu)件產(chǎn)生變形問題，影響混凝土的安全使用性能（如表1所示）。在道路橋梁項目中，需要使用到較大體積的混凝土，在進行混凝土澆筑時，會形成水化熱反應(yīng)。針對此種情況，并沒有及時采用有效的處理措施，由此導(dǎo)致混凝土內(nèi)外出現(xiàn)較大的溫差，進而形成應(yīng)力作用，產(chǎn)生裂縫。

3.7 材料質(zhì)量

施工材料質(zhì)量是引發(fā)裂縫產(chǎn)生的主要原因。當前，橋梁建設(shè)中混凝土，砂石，水泥、骨料占比較大，這些材料的質(zhì)量必須得到保證，才能保證橋梁不會出現(xiàn)質(zhì)量問題。想要保證材料符合建設(shè)需求，檢測時就要嚴格遵循國家標準。檢測人員可按400立方米或600立方米為單位，對砂石進行檢測，嚴格參照含泥量、顆粒級等標準進行檢驗。如果不合格，可能會影響混凝土的強度，影響其抗?jié)B性，最終導(dǎo)致裂縫的形成。

表1溫度因素

3.8 環(huán)境因素

要考慮環(huán)境因素，比如道路橋梁的受寒性、水溫性，施工環(huán)境是否潮濕。在施工時要考慮季節(jié)對施工的影響，避免雨水對橋梁產(chǎn)生影響，生成裂縫。工作人員要保證表面的瀝青結(jié)構(gòu)沒有透水現(xiàn)象，以及路面下層結(jié)構(gòu)不漏水，完善道路排水系統(tǒng)，確保沒有積水。

4 道路橋梁設(shè)計問題與施工中裂縫成因防治對策

4.1 重視工程布局、荷載與排水設(shè)計

首先，在工程進行施工之前，施工人員需要對施工的實地現(xiàn)場進行全面化勘察，對工程施工的四周環(huán)境和地質(zhì)狀況，充分掌握與了解[3]。將工程的實際狀況相結(jié)合，探究對橋梁工程的總體布局與核載力實施計算，從而保障道路橋梁工程所需要承受的荷載力，可以在可承受范圍內(nèi)從而顯著降低，由于荷載因素會導(dǎo)致路橋梁工程出現(xiàn)裂縫。其次在對道路橋梁工程中排水系統(tǒng)進行設(shè)計的時候需要重點關(guān)注需要保障工程，中人行橫道不會被路面的排水狀況所影響，有效規(guī)避工程面兒出現(xiàn)滲水狀況（如圖1所示）。例如，技術(shù)工作人員能夠在道路橋梁工程面，與人行道間設(shè)計處擋板，需要保證擋板高于工程面[4]。

圖1荷載以及排水設(shè)置

4.2 設(shè)計層面防治

在設(shè)計層面，整體結(jié)構(gòu)混凝土除了需要考慮到強度要求之外，還需要進行撓度計算以及裂縫驗算，在設(shè)計的過程中考慮到施工方面等原因以及混凝土自身的收縮因素，需要適當增加整體結(jié)構(gòu)厚度，從而增強整體結(jié)構(gòu)剛度。其次則是需要使用較小并且直徑密度分布比較均勻的鋼筋進行鋼筋布置，主要的目的就是為了防止溫度變化帶來的收縮應(yīng)力影響。主要的處理方法就是適當提升配筋率，這能夠提升混凝土體的極限拉伸應(yīng)變以及混凝土抵抗干縮變形的能力。主要的目的就是能夠避免混凝土在開展收縮的過程中出現(xiàn)非常嚴重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。根據(jù)我國的相關(guān)施工規(guī)范提出，未來為了避免結(jié)構(gòu)溫度收縮造成的開裂現(xiàn)象，需要設(shè)置伸縮縫，從而避免熱脹冷縮帶來的開裂。在設(shè)計過程中要分析混凝土各種收縮比例關(guān)系，如表2所示。多層路面道路橋梁控制長度建議不超過50m，高層道路橋梁則是建議不超過45m。如果超過了這一長度，就需要設(shè)置伸縮縫，如果超出的量不大，那么就可以使用后澆帶的方式來避免現(xiàn)澆瀝青混凝土整體結(jié)構(gòu)收縮開裂[5]。

表2自收縮與干燥收縮所占比例

4.3 施工層面防治

在施工管理方面需要更加嚴格，澆搗混凝土時，需要設(shè)置操作平臺，避免施工操作人員直接踩踏鋼筋，造成負彎矩鋼筋不發(fā)揮作用。同時澆筑的過程中需要注意加強對于整個施工流程當中的鋼筋管理，隨時將一些位置不正確的鋼筋進行復(fù)位，保證位置始終處于準確。施工速度需要在科學組織的基礎(chǔ)上來進行控制，避免蠻干造成的現(xiàn)澆瀝青混凝土整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量損害。只有這樣，才能夠?qū)F(xiàn)澆瀝青混凝土整體結(jié)構(gòu)裂縫這一多發(fā)常見問題得到控制和管理。整體結(jié)構(gòu)不能夠過早承擔荷載，主要的原因就是混凝土在澆筑之后需要擁有一個硬化的過程，只有經(jīng)過了硬化過程才能夠擁有相關(guān)強度。在這一過程中，需要注意對混凝土進行保養(yǎng)，避免對混凝土施加任何的外力[6]。

4.4 材料層面防治

在瀝青混凝土的過程中材料也有著關(guān)鍵的意義。首先選擇骨料的過程中需要控制骨料當中含泥量，盡量較低含泥量。對于暴曬之后的砂石料，澆水降溫，澆筑之前也需要使用清水來對模板降低溫度[7]。其次則是需要注意摻加外加劑，外加劑當中需要擁有減水、增塑、緩凝、引氣、膨脹等等功能的外加劑。再次則是需要摻加粉煤灰，粉煤灰當中的主要成分就是氧化硅、氧化鋁等等物質(zhì)，在反應(yīng)之后就能夠生產(chǎn)氫氧化鈣，從而起到減水、致密、勻質(zhì)的作用。最后，需要控制混凝土的強度等級，現(xiàn)澆整體結(jié)構(gòu)混凝土強度等級要求不大于C30。對于一些特殊情況需要使用高強度等級混凝土或者高強度等級水泥時，需要考慮使用低水化熱的水泥和加強澆水養(yǎng)護，從而更好地便于混凝土凝固時的水化熱釋放。這能夠避免混凝土在凝固的過程中出現(xiàn)裂縫，在源頭上控制裂縫問題[8]。

此外，相關(guān)建筑單位需要不斷重視和加強對道路橋梁施工材料的管理。具體來說，建筑單位不僅需要認識到施工材料對道路橋梁建設(shè)的重要性，也需要結(jié)合諸多方面，對建筑材料管理制度進行科學建立和合理完善。同時，需要嚴格控制施工材料的進出庫情況。開展施工材料質(zhì)量管理工作，需要重點針對以往出現(xiàn)的相關(guān)問題進行深入分析和全方面探究，并實時檢查混凝土材料的配比比例以及具體的使用量，由此從根本上避免施工浪費情況的出現(xiàn)，實現(xiàn)施工成本的有效節(jié)約。在道路橋梁工程中，經(jīng)常使用的建筑材料主要有瀝青、混凝土以及沙子等。相關(guān)人員在采購時，需要針對這些材料進行科學對比和有效分析，由此選擇出性價比高的材料。

4.5 施工中的溫度控制

進行溫度控制，可以在施工過程中有效避免混凝土內(nèi)外溫差較大而產(chǎn)生的裂縫問題。具體來說，相關(guān)人員在進行混凝土攪拌時，需要注意對水量的有效控制，保證加入適量的水，能夠有效滿足實際的設(shè)計要求。在夏季施工時，需要重點關(guān)注澆筑的厚度，并進行有效控制，由此促使混凝土快速散熱，并能夠快速成型。與此同時，針對混凝土的質(zhì)量水平，也需要進行重點關(guān)注，并進行有效提升。在保證其質(zhì)量水平的情況下，能夠在很大程度上實現(xiàn)抗裂性的增加。在實際的施工現(xiàn)場，相關(guān)人員需要正確放置混凝土，不可以出現(xiàn)隨意堆放的情況，由此防止發(fā)生潮濕，避免混入雜質(zhì)。

4.6 施工全過程的質(zhì)量控制

在進行道路橋梁工程項目施工時，對于施工工藝的選擇是十分重要的，并且注重施工技術(shù)實施的具體情況，其直接關(guān)系到裂縫的產(chǎn)生，同時會對工程整體質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響。如果選擇的施工工藝出現(xiàn)錯誤，有很大的可能性會影響到混凝土結(jié)構(gòu)，造成不同程度的裂縫問題。比如，在混凝土的保護層達到一定的厚度時，相應(yīng)的鋼筋保護層也會出現(xiàn)變化，使得厚度出現(xiàn)增加情況，進而容易形成鋼筋裂縫。由此可見，加強施工技術(shù)的規(guī)范性是非常重要的，而且需要保證施工管理的嚴格性，進而對結(jié)構(gòu)裂縫進行有效控制。

5 結(jié)束語

綜上所述，設(shè)計人員在對道路橋梁工程進行設(shè)計的過程中，需要依照現(xiàn)有道路橋梁工程設(shè)計中存在的問題以及施工環(huán)節(jié)中裂縫形成的因素進行詳細探究，并通過設(shè)計層面、施工層面以及材料層面，對道路橋梁裂縫問題進行有效防治，從而保障道路橋梁工程裂縫出現(xiàn)的概率顯著降低。