道路桥梁设计与施工中裂缝成因探析

◎汪浩

随着建筑业的快速发展，经济与社会进步对我国路桥工程的建设与交通运输也提出了更高要求，道路桥梁的设计与施工直接影响着工程质量，影响经济的快速发展。因此，建筑单位在施工过程中要减少问题的发生，保证工程质量。由于设计与施工的不完善导致裂缝的出现，不仅不会交通安全带来危害，还会给施工单位的信誉口碑带来影响，因此施工单位要探究裂缝出现的成因，找到相对应的措施及时进行解决。

一、道路桥梁设计与施工中出现裂缝的成因

（一）温度变化

首先，道路桥梁施工中的混凝土自身具有热胀冷缩的性质，会因外界环境温度变化而使形状与结构发生改变，当出现温度差异较大时，混凝土会因热胀冷缩发生形变，进而导致出现裂痕。在对道路桥梁进行施工设计之前，要提前在施工区域做好勘查调研工作，不仅要对地形进行考察，还要考虑到周围的环境温度，了解明确温度变化。

其次，如果在施工过程中出现温差较大的情况时会造成混凝土发生形变，并且这种形变会受到一定的控制与约束。当约束力达到一定峰值时应力将会产生在混凝土的结构之中，会引起混凝土内部结构发生一定变化。很多施工人员认为提前做好一定的防护措施会防止裂缝的产生，但是在实际操作过程中，施工人员往往忽略温度因素，对温度变化没有加以很好地控制和把握，使原来的裂缝因温度变化而使裂缝更加严重，最终影响施工效果。

最后，温度裂缝与其他裂缝最主要的区别就是裂缝随温度变化而合拢与扩张。当混凝土收缩降温时，混凝土的拉应力超过自身抗拉强度，混凝土也会开裂，一般来说引起温度变化的主要原因有以下两方面：一是年温差。一年四季温度变化差异较大，对于道路桥梁的主要影响是造成纵向位移，当结构位移受限时会出现裂缝，比如钢架桥或者拱形桥等。我国年温差主要以1月和7月作为计算幅度，再加上混凝土的蠕变，混凝土的弹性模量应当适当减少；二是日照。当道路桥梁受到太阳暴晒以后，该区域的温度明显高于其他时段。加上自身的约束作用，导致拉力较大，最终出现裂缝。主要原因是混凝土内外的温度差异导致产生应力。日照也是导致温度裂缝的常见原因。

（二）荷载问题

首先，荷载问题是产生混凝土裂缝的又一主要原因，荷载问题的产生主要与道路桥梁的路基结构有关。在混凝土的路基建造过程中要使用多种不同的设备，由于一些路基的强度较低，当大型设备在其上方进行施工碾压作业时，会导致严重的裂缝问题，导致路基的质量大大降低。此外当道路桥梁施工完成以后，来往的大型车辆的过重荷载也会对道路桥梁产生一定影响，当压力过大超过路面的承载力时，会导致路面结构出现裂缝。

其次，在对道路桥梁道路进行施工设计时，要全面分析混凝土的受力情况，充分考虑到混凝土的应力作用，规避混凝土裂缝的出现。荷载裂缝常出现在受剪区、受拉区以及一些振动严重的部位。但是要特别注意，如果受压区起皮或者沿着受压方向出现断裂缝，一般是道路桥梁结构的承载力达到极限的标志，是结构出现破坏的前兆，出现的原因是截面的尺寸偏小。

最后，在设计阶段，当结构计算时出现部分漏算或者不计算；模型计算不合理；荷载少算或者漏算；结构安全系数不够等情况会引起直接应力产生裂缝。在施工阶段，不合理地堆放施工材料与工具；不按照设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序；不了解结构受力特点，随意起吊、翻身、安装、运输等也会造成荷载裂缝的出现。在实际施工过程中，次应力裂缝也是因荷载而起，是产生荷载裂缝的主要原因，造成次应力裂缝出现的原因主要是计算水平不足，随着现代计算手段的不断完善，次应力裂缝也可以进行合理验算。

（三）收缩问题

由于混凝土具有收缩性，因此收缩裂缝也是混凝土常见的一种裂缝类型，常见于道路桥梁的施工中。由于收缩裂缝不仅会影响施工质量，还会影响工程中的其他结构，因此要对混凝土的收缩性加以重视，防止出现裂缝。在道路桥梁施工过程中，施工人员在浇筑混凝土后，要等待一段时间后继续施工，在建筑完成以后的一段时间内，结构中的水泥会产生一定的水热反应，这种反应会快速让混凝土中的水分蒸发，导致混凝土的结构收缩。当出现这种情况时，由于混凝土未完全硬化，会发生塑性收缩问题。在混凝土硬化以后，由于混凝土的水分蒸发，导致其表面水分减少，湿度降低，无法达到施工规定的标准和要求，而后混凝土会逐步收缩，体积变小，会产生严重的裂缝与龟裂。

（四）材料质量

首先，材料质量是进行施工的基础，如果建筑材料不符合相关质量标准，质量存在问题，则会导致混凝的安全标准无法得到保证，对道路桥梁的整体稳定与安全也会带来影响。混凝土的制作原材料主要是水泥以及其他骨料，此外还需要使用掺和剂以及其他的添加剂来提高混凝土的性能。

其次，在施工之前要严格检查制造混凝土过程中需要的各种原料。拒绝因短时的效益而对材料使用降低要求，使用价格低廉质量较差的材料。在制造混凝土时还要注意水分问题，水分过大会产生结构性裂缝。技术人员还要充分考虑材料相互之间的作用问题，合理使用添加剂，防止一些材料之间出现化学反应，造成裂缝病害。

最后，对于道路桥梁的一般施工材料来说，混凝土自身具有一定的特殊性，在对其浇筑时经常会出现一些变形或者收缩现象，这些现象会导致混凝土体积收缩，当出现无规律的持续体积缩小状态时，会导致应力以及拉力失去动态平衡，再加上人为因素以及外界环境的影响，会导致混凝土材料出现位移与变形，最终形成裂缝。

二、道路桥梁设计与施工中裂缝的应对措施

（一）优化设计方案

第一，要熟悉并了解工程地质情况，结合地基的承载力要求加强对道路桥梁的基础设计，防止因基础承载力不足而造成地基下沉，出现裂缝情况。在选择道路桥梁通行数量以及荷载参数时，要具有预见性，提前做好道路桥梁的荷载预测，保证在其使用寿命内可以满足使用需求。

第二，在路桥的结构设计中，要根据跨度、荷载等相应参数合理设计构件的尺寸，同时对结构进行验算。还要结合裂缝出现的主要原因，优化路桥设计，对于沥青路面要按规范要求设置伸缩缝，防止路面与桥面因外力作用下出现开裂情况，还要提升施工建材质量，防止因路面长期磨损而出现开裂。

第三，虽然道路桥梁工程长久老化问题无法避免，可以通过合理的设计来增强其耐久度，能够有效延长道路桥梁的使用时间，在最大程度上降低裂缝给交通带来的影响。在对耐久度的设计过程中，设计人员要对工程结构进行科学选择，设置好各结构之间的相互比例，还要对施工材料进行科学筛选，借鉴之前的先进设计经验，合理对设计方案进行创新和调整，以保障道路桥梁的设计质量。例如设计人员可以重点加大对排水孔的关注度，以确保有效提高桥梁排水孔的排水能力，来降低积水量，能够对桥梁形成科学有效的保护；还可以加强桥梁基层的细节设计，利用碎石层设计过渡层，以保证水封符合半刚性的基层要求，保障积水的顺利排出。

（二）裂缝修复工作

如果在施工过程中出现裂缝情况，施工人员要对其及时进行修复处理，以减少裂缝给工程造成的不利影响。常见的裂缝修复方法主要有灌浆法与表面修补法，在使用灌浆法对裂缝进行修补时，要先对裂缝进行清理，再注入特殊的修复材料。常见的修复材料主要有水泥浆以及环氧聚合物等，当裂缝情况较为严重时还要用到甲基丙烯酸酯。当采取表面修复法时，主要是将水泥浆涂抹在裂缝的表面，来对裂缝完成修补，这也是最常见的裂缝修复方式，能够在很大程度上降低裂缝给工程带来的不利影响。此外，还可以选择嵌缝法，这种方法主要是对裂缝进行开槽以及填充材料。这种修复方法的好处是修复结果较为整洁，不会对工程的外观产生过多影响。还能够通过加固工程结构来实现增加混凝土的横截面积，以达到修补裂缝的目的。

（三）注重材料质量

在正式施工之前，管理人员要对施工中使用的材料质量进行仔细比对并检查，不仅要保证材料种类充足，还要做到质量达标与规格规范。在制造混凝土过程中，要严格控制各种材料的配置比例，注意材料配比对混凝土强度与质量的影响。如果不重视材料配置比例会造成水泥的等级不够，造成混凝土不稳定，难以符合工程要求。水泥决定混凝土的性能，如果水泥出现质量问题会造成混凝土出现裂缝。在混合材料的过程中还要谨慎使用添加剂，达到其应有的效果，能够更好地提升混凝土的稳定性，以减少裂缝出现的可能。

桥梁施工常见的施工材料主要有沙子、石料、沥青等。在对沥青材料的选择使用时要进行严格检验，道路桥梁表面铺设的沥青的粘稠度要达到一定标准。道路桥梁路面通常是沥青与碎石搅拌混合后进行铺设的，在选择好合适的沥青材料后，对所用石料的形状、大小也有着严格的限制。石灰与沙子也同样需要进行严格筛选，在确保质量符合标准后才能开始对混凝土进行搅拌，以完成对道路桥梁进行铺设与浇筑。相关单位还要加强对材料质量的监督与管理，尽最大努力排除材料问题，来保障道路桥梁建设工作的有序进行。

（四）控制施工温度

温度变化是引起道路桥梁表面开裂的主要原因，在对道路桥梁施工过程中要对温度进行严格的控制，防止混凝土结构因温度变化而发生形变，最终产生裂缝。在施工过程中，工作人员要先对施工之前的现场温度进行测量，同时预测并明确温度变化，以此为基础对施工技艺加以优化。在天气炎热时要控制好建筑混凝土时混凝土的厚度，防止因其内部产生的水热反应长时间难以消散，还要控制好浇筑混凝土的速度。可以在施工现场需要的地方布置一些温度检测装置，对施工温度实时加以显示，以方便施工人员对温度进行控制。在测量温度以后还要及时做好记录工作，如果温度过高要对其及时进行控制，温度要尽量控制在25℃以内。对于混凝土的养护工作也是重点工作内容，通过合理有效的养护能够防止混凝土出现开裂情况。

（五）混凝土浇筑工作

第一，分层浇筑。当混凝土的尺寸构件较大，浇筑的面积与厚度也较大时，如果一次浇筑成型会使混凝土的内部热量无法散出，混凝土表面的热量散发较快而内部仍然存有较多热量，造成混凝土的内外温差较大，形成温度应力。当温度应力大于混凝土的极限抗拉强度时，会造成混凝土开裂，出现裂缝。为防止这种情况的发生可以采取分层浇筑的方法，通过横向增设“后浇带”来进行浇筑。分层浇筑可以分为斜面分层、全面分层以及分段分层三种方式，在混凝土的大面积浇筑中，要结合施工现场实际情形选择适当的分层浇筑方式。

第二，进行二次振捣，来提高混凝土的抗裂能力。二次振捣要准确把握好振捣时间，二次振捣的时间选择要结合混凝土的外加剂、坍落度以及水泥种类等参数，因此在进行二次振捣之前要下班进行模拟实验，来确定最佳的振捣时间。在确定好振捣时间以后还要结合前期的施工计划合理安排方案，为预防质量安全事故留出预留时间。通过二次振捣可以提高振捣的密实性，防止混凝土开裂情况。

第三，掌控出机温度。在混凝土的原料当中，砾石的比热容最小、质量占比却最大，水与其正好相反。这两种材料会直接影响混凝土的出机温度，为加强对混凝土出机温度的有效控制，最好方法是降低砾石的温度。因此当施工期温度较高时，要做好对原材料的防护，防止阳光直接照射，例如通过搭建帐篷以及覆盖等方法对砾石进行遮光处理，在有需要的情况下还可以在施工之前用凉水对砾石进行冲洗，来控制其温度。通过降低出机温度，减少混凝土的水化热情况，控制混凝土的内外温差，能够有效预防混凝土的开裂情况。

第四，掌握浇筑温度。通过控制混凝土浇筑温度，能够有效降低混凝土的内外温差，来减少温度应力。在浇筑混凝土阶段，要依据季节变化选择不同的建筑方案。在夏季混凝土浇筑过程中可以利使用草包将泵管包裹，同时喷洒凉水来对混凝土进行降温。在传送混凝土时要选择坡度较大，能够将混凝土一次性送到浇筑位置的方式，减少混凝土表面的暴露时间与面积。冬季要重点控制浇筑混凝土的厚度，通常来讲在1m 左右。为减少混凝土表面的散热速度，可以在附近增设烤炉，来减少混凝土的内外温差。通过以上措施可以控制混凝土的内外温差，减少内部的温度应力，从而减少混凝土出现裂缝。

（六）加强工艺控制

在道路桥梁材料都符合使用标准以后，还要严格控制具体的施工工艺，才能有效避免裂缝情况的发生。

第一，要重点加强对施工材料搅拌工艺的控制。无论是铺设材料或者是混凝土材料，都要经过专业的搅拌工艺，才能充分混合各种材料。例如石料与沥青搅拌而成的混合料中，在搅拌之前要注意以上两种材料的投放比例，在搅拌过程中要一边搅拌一边加热，还要实时控制好搅拌的温度，如果温度过高或过低都会影响沥青材料与石料的混合度。混凝土的搅拌同样要控制好各种材料的配备比，这会直接决定混凝土材料的性能。

第二，在施工材料搅拌之前要保障材料的纯净度，防止材料中掺入其他杂物。为避免渗水与荷载引发的裂缝，在配比混凝土原材料时要进行必要的碾压。在碾压过程中既要保证碾压质量，还要保证原材料的合理强度。

第三，道路桥梁的碾压工艺也是防止出现裂缝的重要工艺，碾压路基要一次性完成，否则会因碾压过多而降低路基碾压的质量。因此在桥梁施工时施工人员要注意桥梁之间的结合处，使该部位的夯实度与紧密度保持在同样的范围内。

第四，在道路桥梁施工建设过程中，要重点提升施工人员的技能水平。在施工之前要结合道路桥梁的施工工艺对施工人员进行培训，保障施工人员熟练地掌握施工技巧，提升其操作水平，重点强化施工质量。针对施工裂缝，技术人员要加强施工的管理力度与质量控制力度，在施工过程中专业负责人员要严格监管施工人员的操作过程，保障施工人员按照规定进行施工，以保障施工质量。

三、结束语

裂缝是路桥建设工程中常见的病害，不仅会对工程的外观造成一定影响，还会使工程质量出现问题，造成安全隐患。裂缝出现的常见原因主要有温度变化、收缩问题以及原材料质量等。因此需要探究裂缝出现的各种原因，同时根据具体情况采取合理的补救措施，注意对施工设计及时进行调整，并对裂缝做好修复养护工作，以保证工程的施工质量与安全稳定。