道路桥梁设计问题与施工中裂缝成因分析

张平ZHANG Ping；游海伦YOU Hai-lun

（武汉信达雅路桥技术有限公司，武汉 430050）

0 引言

伴随着交通运输行业的不断发展，道路桥梁工程的发展迅速。但是，道路桥梁工程出现裂缝问题较多，道路桥梁工程出现裂缝会直接影响到工程的安全性和使用价值。那么，就需要对工程出现裂缝的因素进行细致分析，探究道路桥梁工程设计和施工相关性，规避道路桥梁设计出现问题和裂缝出现。

1 工程案例分析

在研究过程中，为了保障本文的数据具备有效的可行性，可以分析某道路桥梁。某道路桥梁于1998年建成，在建设完毕后，其经过10多年的运行，在常规的保养中，在桥梁的桥体以及桥箱部位出现严重裂痕。经过对裂痕的集中分析，可以得知造成裂痕的主要原因为桥梁排水设施不完善所致。在运行过程中，整个流水线路出现裂痕。此外，在设计过程中没有考虑到荷载问题，导致荷载过重，无法完成承重，出现压力裂痕。整个施工材料出现问题，因此其裂缝问题影响了道路桥梁的结构稳定性。这些裂缝在桥梁的主体结构上。随着整个力度传导，其整体延伸到了结构表面。在力的渗透作用下，影响桥梁的内部结构，对整个结构造成威胁。此外，道路墙的裂缝也影响其整体使用期期限，并直接表现。

2 道路桥梁工程中的常见裂缝

2.1 八字形裂缝

所谓八字形裂缝，主要是指道路桥梁的裂缝呈现出八字形状。而之所以会出现此种裂缝，主要是因为施工材料方面存在问题。针对桥梁工程来说，其主体结构需要使用的材料是以钢筋混凝土为主。一旦水泥和砂石料的比例没有按照相关标准进行混合，则会导致制成的混凝土出现变形的情况，或者是会发生沉降情况，从而产生八字形裂缝。与此同时，存在施工材料短缺的情况，或者是使用检验不合格的混凝土，也会有很大的可能性造成八字形裂缝。

2.2 垂直型裂缝

出现垂直型裂缝，主要原因在于受到桥梁间隙与桥梁结构间裂缝的影响。在前期阶段，裂缝的间隙相对来说是比较小的，此时，可以采用有效的维修措施，对其进行补救，并进行相应的加固。但是没有第一时间针对垂直型裂缝进行维修，会导致其缝隙不断扩大，随着时间的推移，会逐渐引发更多的垂直型裂缝，并且也会引发更多其他类型的裂缝。

2.3 水平型裂缝

桥梁在水平面上出现的一些裂缝，被称为水平型裂缝。一般情况下，在进行桥梁施工的过程中，会产生该种类型的裂缝。而之所以会产生该种类型的裂缝，主要原因在于桥梁水平面受到的载荷压力过于集中。一旦发现水平型裂缝，需要第一时间进行处理，并采用科学、有效的措施。如果处理不及时，或者是处理方法不适合，会导致水平裂缝不断扩大，并且扩大的速度会加快，进而影响后续施工。

3 道路桥梁设计问题成因

3.1 工程的耐久性能相对较差

我国在进行道路桥梁设计时，大多数情况下都会强调耐久性问题，但是并没有提出明确的使用年限，而且也没有真正的落实，由此导致一些工程项目存在年久失修的情况，也有一些工程项目存在较多的安全隐患。与此同时，在工程的设计中没有对路面的结构重点关注，导致桥梁工程所具有的耐久性不足，桥面落实需要经常性的修复，就会导致工程稳定性和安全性不佳，造成运输和交通不够流畅，还会显著提高工程结构养护和维修的成本，造成企业经济效益锐减。

3.2 水压因素

工程在水压的作用之下，会导致参与工程施工的道路桥梁材料以及沥青出现脱模状况，工程表面粘力丧失。若是工程表面粘力不足就会造成沥青路面出现松散和坑洼的状况，其所具有的功能性将会被显著削弱，导致工程的桥面有裂缝出现[1]。

3.3 荷载因素

工程在荷载的作用之下会导致工程的路面有裂缝出现。现阶段，绝大部分的工程都运用的材料为沥青混凝土材料，但是其劣势在于：该材料将会受到车辆的荷载严重影响，导致工程的基层结构因为渗透水导致路面出现裂缝（如图1）。同时，也有可能会导致底部脱空。与此同时，在进行工程设计时，没有重视最大载重量的问题。在这样的情况下，一旦出现超载现象，会有很大的可能性导致道路桥梁出现问题，其中，可能会出现道路桥梁裂缝，甚至会出现严重破坏，导致坍塌或者是损毁等事故。为此，需要重点关注荷载因素。

3.4 设计因素

在设计的过程中，由于需要考虑到外观以及道路桥梁结构，因此很多时候设计人员忽视了温度变化。一些关注温度变化的设计人员又会忽略结构长度和平面外形，这就会导致整体结构出现裂缝。开展设计的过程中，需要考虑到整体结构当中的内力分配问题，进行协调处理，从而更好地处理开洞口的大小。首先讨论道路桥梁设计方面的原因，由于温度的变化，路面经常会在夏天发生膨胀，那么如果没有使用合适的措施进行控制，就会导致路面受到拉扯挤压而出现裂缝。解决这一问题的措施就是使用保温措施，如果路面没有设置保温层，那么路面将会受到膨胀影响。其次，则是路面超长问题带来的影响，由于温差与材料变形，路面与整体结构经常会出现横向开裂问题。

3.5 结构因素

在设计的过程中，主要的原则就是整个道路桥梁结构功能都必须满足两个状态的实际要求。首先，承载力极限状态下能够保证结构不会出现变化，不会出现失去平衡等等情况，这对于变形控制来说有着关键的意义和作用。其次，则是正常使用极限状态，在这一状态下需要保证结构不会产生超过正常使用时的变形、裂缝、耐久、振动以及其他影响使用的状态。目前人们主要关注第一种情况，但是对于正常使用极限状态却经常忽略[2]。

3.6 温度因素

在施工过程中，混凝土自身由周围温度的环境变化而变化。因此，在桥梁建造中，极有可能因部分材料在热胀冷缩的性质下产生结构变化，导致其建筑的构件产生变形问题，影响混凝土的安全使用性能（如表1所示）。在道路桥梁项目中，需要使用到较大体积的混凝土，在进行混凝土浇筑时，会形成水化热反应。针对此种情况，并没有及时采用有效的处理措施，由此导致混凝土内外出现较大的温差，进而形成应力作用，产生裂缝。

3.7 材料质量

施工材料质量是引发裂缝产生的主要原因。当前，桥梁建设中混凝土，砂石，水泥、骨料占比较大，这些材料的质量必须得到保证，才能保证桥梁不会出现质量问题。想要保证材料符合建设需求，检测时就要严格遵循国家标准。检测人员可按400立方米或600立方米为单位，对砂石进行检测，严格参照含泥量、颗粒级等标准进行检验。如果不合格，可能会影响混凝土的强度，影响其抗渗性，最终导致裂缝的形成。

表1温度因素

3.8 环境因素

要考虑环境因素，比如道路桥梁的受寒性、水温性，施工环境是否潮湿。在施工时要考虑季节对施工的影响，避免雨水对桥梁产生影响，生成裂缝。工作人员要保证表面的沥青结构没有透水现象，以及路面下层结构不漏水，完善道路排水系统，确保没有积水。

4 道路桥梁设计问题与施工中裂缝成因防治对策

4.1 重视工程布局、荷载与排水设计

首先，在工程进行施工之前，施工人员需要对施工的实地现场进行全面化勘察，对工程施工的四周环境和地质状况，充分掌握与了解[3]。将工程的实际状况相结合，探究对桥梁工程的总体布局与核载力实施计算，从而保障道路桥梁工程所需要承受的荷载力，可以在可承受范围内从而显著降低，由于荷载因素会导致路桥梁工程出现裂缝。其次在对道路桥梁工程中排水系统进行设计的时候需要重点关注需要保障工程，中人行横道不会被路面的排水状况所影响，有效规避工程面儿出现渗水状况（如图1所示）。例如，技术工作人员能够在道路桥梁工程面，与人行道间设计处挡板，需要保证挡板高于工程面[4]。

图1荷载以及排水设置

4.2 设计层面防治

在设计层面，整体结构混凝土除了需要考虑到强度要求之外，还需要进行挠度计算以及裂缝验算，在设计的过程中考虑到施工方面等原因以及混凝土自身的收缩因素，需要适当增加整体结构厚度，从而增强整体结构刚度。其次则是需要使用较小并且直径密度分布比较均匀的钢筋进行钢筋布置，主要的目的就是为了防止温度变化带来的收缩应力影响。主要的处理方法就是适当提升配筋率，这能够提升混凝土体的极限拉伸应变以及混凝土抵抗干缩变形的能力。主要的目的就是能够避免混凝土在开展收缩的过程中出现非常严重的应力集中现象，从而导致出现裂缝。根据我国的相关施工规范提出，未来为了避免结构温度收缩造成的开裂现象，需要设置伸缩缝，从而避免热胀冷缩带来的开裂。在设计过程中要分析混凝土各种收缩比例关系，如表2所示。多层路面道路桥梁控制长度建议不超过50m，高层道路桥梁则是建议不超过45m。如果超过了这一长度，就需要设置伸缩缝，如果超出的量不大，那么就可以使用后浇带的方式来避免现浇沥青混凝土整体结构收缩开裂[5]。

表2自收缩与干燥收缩所占比例

4.3 施工层面防治

在施工管理方面需要更加严格，浇捣混凝土时，需要设置操作平台，避免施工操作人员直接踩踏钢筋，造成负弯矩钢筋不发挥作用。同时浇筑的过程中需要注意加强对于整个施工流程当中的钢筋管理，随时将一些位置不正确的钢筋进行复位，保证位置始终处于准确。施工速度需要在科学组织的基础上来进行控制，避免蛮干造成的现浇沥青混凝土整体结构质量损害。只有这样，才能够将现浇沥青混凝土整体结构裂缝这一多发常见问题得到控制和管理。整体结构不能够过早承担荷载，主要的原因就是混凝土在浇筑之后需要拥有一个硬化的过程，只有经过了硬化过程才能够拥有相关强度。在这一过程中，需要注意对混凝土进行保养，避免对混凝土施加任何的外力[6]。

4.4 材料层面防治

在沥青混凝土的过程中材料也有着关键的意义。首先选择骨料的过程中需要控制骨料当中含泥量，尽量较低含泥量。对于暴晒之后的砂石料，浇水降温，浇筑之前也需要使用清水来对模板降低温度[7]。其次则是需要注意掺加外加剂，外加剂当中需要拥有减水、增塑、缓凝、引气、膨胀等等功能的外加剂。再次则是需要掺加粉煤灰，粉煤灰当中的主要成分就是氧化硅、氧化铝等等物质，在反应之后就能够生产氢氧化钙，从而起到减水、致密、匀质的作用。最后，需要控制混凝土的强度等级，现浇整体结构混凝土强度等级要求不大于C30。对于一些特殊情况需要使用高强度等级混凝土或者高强度等级水泥时，需要考虑使用低水化热的水泥和加强浇水养护，从而更好地便于混凝土凝固时的水化热释放。这能够避免混凝土在凝固的过程中出现裂缝，在源头上控制裂缝问题[8]。

此外，相关建筑单位需要不断重视和加强对道路桥梁施工材料的管理。具体来说，建筑单位不仅需要认识到施工材料对道路桥梁建设的重要性，也需要结合诸多方面，对建筑材料管理制度进行科学建立和合理完善。同时，需要严格控制施工材料的进出库情况。开展施工材料质量管理工作，需要重点针对以往出现的相关问题进行深入分析和全方面探究，并实时检查混凝土材料的配比比例以及具体的使用量，由此从根本上避免施工浪费情况的出现，实现施工成本的有效节约。在道路桥梁工程中，经常使用的建筑材料主要有沥青、混凝土以及沙子等。相关人员在采购时，需要针对这些材料进行科学对比和有效分析，由此选择出性价比高的材料。

4.5 施工中的温度控制

进行温度控制，可以在施工过程中有效避免混凝土内外温差较大而产生的裂缝问题。具体来说，相关人员在进行混凝土搅拌时，需要注意对水量的有效控制，保证加入适量的水，能够有效满足实际的设计要求。在夏季施工时，需要重点关注浇筑的厚度，并进行有效控制，由此促使混凝土快速散热，并能够快速成型。与此同时，针对混凝土的质量水平，也需要进行重点关注，并进行有效提升。在保证其质量水平的情况下，能够在很大程度上实现抗裂性的增加。在实际的施工现场，相关人员需要正确放置混凝土，不可以出现随意堆放的情况，由此防止发生潮湿，避免混入杂质。

4.6 施工全过程的质量控制

在进行道路桥梁工程项目施工时，对于施工工艺的选择是十分重要的，并且注重施工技术实施的具体情况，其直接关系到裂缝的产生，同时会对工程整体质量产生不同程度的影响。如果选择的施工工艺出现错误，有很大的可能性会影响到混凝土结构，造成不同程度的裂缝问题。比如，在混凝土的保护层达到一定的厚度时，相应的钢筋保护层也会出现变化，使得厚度出现增加情况，进而容易形成钢筋裂缝。由此可见，加强施工技术的规范性是非常重要的，而且需要保证施工管理的严格性，进而对结构裂缝进行有效控制。

5 结束语

综上所述，设计人员在对道路桥梁工程进行设计的过程中，需要依照现有道路桥梁工程设计中存在的问题以及施工环节中裂缝形成的因素进行详细探究，并通过设计层面、施工层面以及材料层面，对道路桥梁裂缝问题进行有效防治，从而保障道路桥梁工程裂缝出现的概率显著降低。