道路橋梁設(shè)計問題與施工裂縫成因

劉煥俊

（海陽市公路工程處，山東 海陽 265100）

1 道路橋梁設(shè)計問題的成因分析

1.1 理論體系不完善

完整的道路橋梁設(shè)計方案是建立在完善的理論體系支撐上的，道橋設(shè)計師只有將理論知識和設(shè)計經(jīng)驗、建設(shè)環(huán)境有效結(jié)合，才能保證道路橋梁建設(shè)的科學合理性。但目前我國的道路橋梁設(shè)計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，整個建筑市場的競爭壓力過大，各個企業(yè)之間無法形成可行的溝通機制，另一方面由于近年來道橋建設(shè)的施工規(guī)模不斷擴大，設(shè)計者面臨的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和施工條件更加復雜，造成了相關(guān)理論知識的缺失。因此，在施工企業(yè)溝通不充分、施工環(huán)境復雜的情況下，道橋建設(shè)領(lǐng)域的理論體系建設(shè)面臨著極大的困境。

1.2 道橋設(shè)計理念落后

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

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

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)的風險，依舊選擇使用傳統(tǒng)的設(shè)計方案，使得道路橋梁的建設(shè)始終停留在原來的層面，無法促進道橋建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展。

三是目前道橋建設(shè)的科學研究者與實際設(shè)計者之間存在著一定的隔閡，先進的科研成果無法被設(shè)計者有效吸收，實際的設(shè)計情況也很少被科學研究者了解，從而阻礙了他們雙方的相互促進和發(fā)展。

1.3 忽視道橋設(shè)計的持續(xù)性

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

2 道路橋梁設(shè)計問題的解決措施

2.1 完善道橋設(shè)計理論體系

要完善道路橋梁設(shè)計的理論體系建設(shè)，首先加強各個道橋建設(shè)企業(yè)、組織之間的溝通交流，相關(guān)機構(gòu)和協(xié)會要發(fā)揮行業(yè)帶頭作用，積極展開各種交流會、研討會，從而促進行業(yè)內(nèi)的理論交流和知識融合，促進道路橋梁設(shè)計的創(chuàng)新發(fā)展。其次，相關(guān)設(shè)計者也要加強對各種道路橋梁的勘測檢查，靈活吸收其他道橋設(shè)計的經(jīng)驗，在實踐中積累理論知識，促進道橋設(shè)計在理論水平上的進步。最后，設(shè)計者在設(shè)計中也可以使用各種現(xiàn)代化電子設(shè)備，在虛擬環(huán)境中提高對理論知識的應(yīng)用，從而提高各種理論知識的使用力度。

2.2 更新道橋設(shè)計理念

不斷吸收新的設(shè)計思維，融合多種科學、先進的設(shè)計理念，以便使道橋設(shè)計符合當前社會經(jīng)濟發(fā)展的需要。對于道橋設(shè)計者來說，要不斷加強各種先進知識和技術(shù)的學習，反復研究國內(nèi)外道橋建設(shè)的優(yōu)秀案例，總結(jié)出當前道路橋梁設(shè)計的新方向和新方法，才能摒棄傳統(tǒng)落后的設(shè)計觀念，實現(xiàn)設(shè)計水平的飛躍。對道橋承建企業(yè)來說，要突破狹隘的經(jīng)濟成本眼光，而從企業(yè)和社會的長遠發(fā)展角度出發(fā)，嘗試新的道橋設(shè)計方式，在成本和預算允許的情況下最大限度地提升道橋設(shè)計的質(zhì)量，以此保證企業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展。

2.3 提高道橋結(jié)構(gòu)設(shè)計的重視程度

道路橋梁的結(jié)構(gòu)好壞是決定道路橋梁能否長久運行的關(guān)鍵。道橋建成后由于自然環(huán)境和車輛行路壓力等原因，會出現(xiàn)損壞、老化等現(xiàn)象，而一個符合道橋建設(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，減少工程的維護成本，提高道橋建設(shè)的有效性。因此，道橋設(shè)計者要重視道路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在設(shè)計中考察施工地的實際情況，準確計算道路橋梁的結(jié)構(gòu)比例，以提高道橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

此外，道橋設(shè)計者也要根據(jù)實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)對當?shù)氐牡乩須夂?。例如，在降雨量較多的地區(qū)，設(shè)計者可以在道橋設(shè)計中將碎石層作為道橋的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，減少雨水對道橋的腐蝕，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，施工時需要根據(jù)施工地點的地質(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，就會使道橋施工出現(xiàn)形變或沉降問題，形成八字形裂縫。

3.2 X型裂縫

X形裂縫的形成較為復雜，這種裂縫一般不會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?shù)罉虺霈F(xiàn)裂縫而沒有被及時處理時，就會引起更為嚴重的垂直型裂縫。因此，在橋梁中出現(xiàn)裂縫時，就要對裂縫進行及時修補，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)就要及時進行處理，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 由于道橋荷載問題形成裂縫

道路橋梁在使用時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)計和施工中沒有對道橋荷載能力進行準確的測算，會使道路橋梁在長期的使用中出現(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)計初期可能未對道橋荷載進行有效的核算，使實際的荷載數(shù)值比設(shè)計中的荷載數(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標、大量建筑材料的堆積也可能使道橋的荷載超標，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?；炷恋倪@種熱脹冷縮效應(yīng)雖然會受到混凝土自身結(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)，形成比較嚴重的裂縫。例如，在橋梁路面所處的地域溫度驟然變化時，橋梁路面的混凝土結(jié)構(gòu)無法適應(yīng)極大的溫度落差，環(huán)境的溫度應(yīng)力超過混凝土的結(jié)構(gòu)約束，就會產(chǎn)生裂縫。目前我國道橋建設(shè)中所面臨的溫度問題還十分嚴峻，部分工程就算對施工工地的地質(zhì)、地形和環(huán)境進行了全面的檢測，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，在混凝土未硬化時也會出現(xiàn)?；炷恋乃苄允湛s特性會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間進行觀察檢測，以保證道橋路面的混凝土配比適用于當?shù)氐沫h(huán)境。

4.4 由于材料質(zhì)量問題形成的裂縫

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準、配制比例以及驗收標準都對道路橋梁建設(shè)的質(zhì)量有直接影響。在施工材料的準備階段，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。如果沒有合理控制好施工材料中的水分配比，有可能因為混凝土水分過多而降低結(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，施工人員要做好各種成分的控制工作，在合適的時機添加合適的劑量，盡量減少各種成分間的化學反應(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 對施工進行合理布局

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某一區(qū)域的整體規(guī)劃，提升交通運輸系統(tǒng)的有效性。施工裂縫的出現(xiàn)在某些程度上是由于對施工場地的了解程度不夠，沒有根據(jù)地質(zhì)、地理條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，就要在施工前勘測施工場地，根據(jù)實際需要設(shè)計整體布局，對道路橋梁的布局、結(jié)構(gòu)和材料進行系統(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。對施工進行整體布局時，不僅要考慮道橋建設(shè)自身的需要，也要對周圍的居民分布情況、車輛流動量等因素進行仔細勘察，確保道橋有足夠的能力保證交通運輸?shù)捻樌M行。

5.2 對材料進行有效控制

材料不恰當所引起的道橋施工裂縫問題最為常見。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，施工人員要嚴格按照規(guī)定的標準選擇材料，并根據(jù)施工實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，施工人員要對材料的來源和材料的等級進行有效的篩查，特別要嚴格地篩選水泥的等級，因為水泥的質(zhì)量直接決定了混凝土的整體性能，決定整個道路橋梁建設(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，要避免各種混合材料在使用和凝固時出現(xiàn)化學反應(yīng)，以減少道橋施工前后的差異。

5.3 對施工溫度進行適當調(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，施工人員要加強對現(xiàn)場溫度的控制，防止道橋施工中溫度的急劇改變。一般來說，道路橋梁施工的溫度控制在25℃以內(nèi)最佳，這時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。在實際的施工中，施工人員要提前測定施工現(xiàn)場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，施工單位可以通過測溫裝置隨時對現(xiàn)場溫度進行檢測，并通過噴霧裝置調(diào)節(jié)施工現(xiàn)場的溫度和濕度，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)生強烈的水化熱現(xiàn)象。

5.4 對施工中產(chǎn)生的裂縫進行及時處理

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，這時要對產(chǎn)生的裂縫進行及時的處理。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)裂縫之后要及時進行處理，避免產(chǎn)生更嚴重的裂縫，一般可以采用灌漿法、嵌縫法和表面修補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，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。

6 結(jié)語

總而言之，新的時代發(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)要主動探索目前道橋建設(shè)存在的問題，并采取一定的措施加以解決。在道路橋梁的設(shè)計方面，工程設(shè)計人員要革新設(shè)計觀念，注意構(gòu)建設(shè)計理論體系，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，保證道路橋梁的長久運行。