公路桥梁设计与施工中的裂缝成因及预防策略

王臣

（江苏省科佳工程设计有限公司，江苏无锡 214000）

1 混凝土裂缝的类型及危害

1.1 混凝土裂缝的类型

混凝土裂缝的类型主要可分为表面裂缝、内部裂缝、深层裂缝与贯穿裂缝。

1）表面裂缝主要是混合料构造物在外界水化作用下或受到热度、温度变化影响，导致构造物内、外部温度不均匀，内部温度明显变高，产生温度应力，当温度应力达到构造物的临界点时，会造成混凝土成品构件表面出现裂缝。混凝土的体积越大，裂缝对构造物的影响越小，虽然表面裂缝的危害程度较轻，不会向深度渗透，但会严重影响桥梁的美观度以及使用寿命。

2）内部裂缝是指发生在结构或构件内部，但在其外部表面不可见的裂缝。当表面出现裂缝后，对构件进行二次连续浇筑可能会封闭表面裂缝，使其不再可见，但这并不意味着内部裂缝已被完全修复或消除。

3）深层裂缝主要是表面裂缝在某些特殊作用力的影响下渗透发展引发的，与表面裂缝相比，深层裂缝可能会对构件的内部结构应力造成影响，危害性相对较大。

4）贯穿裂缝。指一种从混凝土构件的一个表面延伸至另一个表面的裂缝。当混凝土构件的体积和内部结构尺寸较大时，由于水化热的影响，构件内部会产生复杂的温度场。如果构件的导热性能和散热性能不足，热量可能无法顺利排出，导致中心区域与表面之间的温差逐渐增大。这种温差会产生温度应力，当这些应力超过混凝土的抗拉强度时，就可能引发贯穿裂缝的形成[1]。

1.2 混凝土裂缝的危害

混凝土一旦出现开裂或缝隙，会对公路桥梁的内部结构造成严重的影响，使其内部结构的荷载力出现变化，影响公路桥梁的使用寿命与稳定性。混凝土出现裂缝后受到渗透水压的影响，裂缝进一步加剧，从而引发路面不平甚至是桥梁塌陷[2]。此外，混凝土出现裂缝后，空气中的水分、氧气、二氧化碳都会逐渐渗透到公路桥梁的内部，形成碳化反应，不仅会降低混凝土的强度，还可能导致工程内部的钢筋被氧化，导致钢筋韧性下降、桥梁结构稳定性受到影响。

2 公路桥梁混凝土裂缝成因分析

2.1 荷载因素

公路桥梁在施工与运营过程中可能受到多种荷载力的影响，导致出现混凝土裂缝，这种情况多出现于公路桥梁受到的压力较大或振动频繁的区域，与温度引发的混凝土裂缝相比，因荷载导致的裂缝具备一定的规律性，主要有5 种类型，分别是剪切裂缝、弯曲裂缝、断开裂缝、局部应力裂缝与扭曲裂缝。剪切裂缝主要出现在公路桥梁施工过程中剪应力最大的区域，裂缝的表现形式为从裂缝源向受压区域逐渐延伸、发展、扩大；弯曲裂缝主要是公路桥梁上混凝土弯矩增加导致的，随着荷载力的增加，混凝土的宽度会逐渐加大，向桥梁两侧延伸；断开裂缝主要是构件拉力造成的，混凝土开裂具有一定的规律性，主要表现为正截面开裂，当混凝土的内力处于较大状态时，就会导致裂缝；局部应力裂缝主要出现在墩台支柱、构件角隅以及局部压力、荷载冲击较大的区域；扭曲裂缝主要是构件扭曲、弯曲等因素造成的，裂缝以45°角的形式进行延伸，数目较多，可能导致混凝土表层脱落等一系列后果，对公路桥梁的损伤较为严重。

2.2 温度因素

随着因素的变化，温度裂缝会表现为不同的形式，例如，扩张、合龙等，可能引发温度变化的因素主要有4 方面：（1）水化热。水化热主要产生于施工过程中，在使用大体积混凝土时，其内部温度较高，内外温差大，有可能导致桥梁结构的表面出现裂缝。（2）气温过低的环境下施工或施工不当可能导致混凝土冷热不均，引发不均匀裂缝。（3）日照因素。日照是导致混凝土裂缝的主要因素之一，由于主梁、桥面板、桥墩侧面长时间受到太阳暴晒，与其他部位相比温度明显较高，可能因热量不均导致裂缝。（4）安装预制梁或板。若在焊接过程中出现不规范的焊接行为，就可能导致构件周围的混凝土出现烧伤、开裂等情况，可能达到或超出荷载应力范围时，引发裂缝，这也是桥梁设计与施工中应当重点关注的内容之一。

2.3 材料因素

混凝土中的原材料包括水泥、骨料、砂、外加剂、拌和水等，若混凝土的配制材料质量较差，则会进一步加剧裂缝的形成，例如，水泥中的氧化钙超标、氧化钙凝结时出现较慢的水滑现象、混凝土凝结后仍出现水化反应、已固定的混凝土受到破坏等。当水泥中的含碱量较高时，与碱活性骨料混合后，可能引发碱硅反应。施工过程中，若使用的是较小、级配不好且空隙率较大的砂石，会导致水泥、拌和水的用量增加，而水分过多会导致混凝土的强度下降，甚至威胁个混凝土结构的质量。若拌和水和外加剂中含有较高的氯化杂质，可能会引发钢筋锈蚀等情况，这也是混凝土裂缝出现的重要因素之一。

2.4 钢筋锈蚀

钢筋一旦钢筋出现锈蚀问题，就会对公路桥梁的梁箱结构造成严重的影响。例如，钢筋材料受到气候因素的影响，极易与空气中的水分形成反应，导致钢筋表面锈蚀，甚至可能对钢筋的性能造成损伤，导致后期钢筋梁箱在锈蚀作用下与周边混凝土出现胀化，从而形成钢筋裂缝。此外，在钢筋混凝土的结构中，小裂缝可能导致氯化物渗透，进一步加剧钢筋的锈蚀，导致钢筋钢韧性下降，对桥梁的承载稳定性产生严重威胁。

2.5 施工工艺

公路桥梁施工建设中不同施工工艺的应用，也可能引发施工裂缝等质量问题，例如，在混凝土搅拌振捣施工中，因工艺选择不合理，振捣不均匀而导致混凝土硬化后出现蜂窝、空洞问题；在混凝土浇筑过程中，因环境、施工人员等因素带来的浇筑空缺，待硬化后出现不同程度的裂缝问题；在浇筑过程中，未能充分搅动，浇筑速度过快，引发混凝土结构密实度降低，也可能出现塑性收缩裂缝；在后期路桥混凝土浇筑养护中，未做好温度、湿度管养保护，特别是季节差异下温度变化，从而导致收缩裂缝。

3 公路桥梁混凝土裂缝预防策略

3.1 设计预防策略

为了预防混凝土裂缝的出现，设计人员在对公路桥梁进行设计时，应注重以下3 个方面：（1）重视对公路桥梁耐久性的设计。应对施工现场环境进行分析，了解施工地区的环境与气候变化情况以及公路桥梁的需求、功能性要求等，收集数据后分析可能影响后期施工的相关因素，并采取针对性的干预措施，尽量避免影响因素的出现。（2）重视设计质量控制。公路桥梁前期的设计质量与后期的施工、运营、使用有着密切联系，因此，必须重视前期设计的质量控制与措施落实。应对各个系列的设计参数进行验证与校准。灵活运用创新理念与思维，在对设计论证的过程中通过先进的设备绘制出精确的设计图纸，评估图纸的可行性，为后续的工序奠定基础。（3）合理选择设计方案。在对公路桥梁进行设计时，要从不同的角度设计多种方案，并在选择方案的过程中进行二次优化。

3.2 施工预防策略

3.2.1 施工人员管理

施工人员是公路桥梁施工的基础载体，因此，对施工人员进行有效管理是保证公路桥梁施工质量的关键。施工单位应根据施工现场的人员分配情况建立专门的人才储备库，并对人才的类型进行分类，例如，施工技术库、机械设备库、财务库等，并根据每个库内人员的情况制定针对性的岗位培训与考核制度，保证施工队伍人员的综合素质与专业技能达到工程需求，从而缩短施工时间，提高工程质量。

3.2.2 施工温度管理

温度会对混凝土内外部造成严重影响，是导致混凝土裂缝的主要因素之一，因此，施工现场应重视对施工温度差的控制。应在搅拌时控制混凝土的温度变化，若混凝土内部温度较高，应当及时采取针对性的降温措施，尽量选择在秋季进行施工，从而避免气温过高或过低对混凝土造成的影响。如果必须要在低温环境下进行施工，可以用清水冷却碎石的温度，从而降低混凝土浇筑温度，避免混凝土出现冻胀现象。在温度较高的夏季进行施工时，可以适当缩小混凝土浇筑的厚度，或在公路桥梁主体中设置管道，通过冷水循环流动的方式对混凝土主体进行散热，从而降低混凝土内部的温度，避免混凝土在高温下出现膨胀现象，维持混凝土结构的稳定性，避免出现裂缝。此外，在施工中，还应当合理规划混凝土浇筑的厚度，控制拆模时间，进一步降低温度对混凝土施工质量造成的负面影响。

3.2.3 施工工艺管理

1）模板施工时，应以钢制模板为主，这种材料的模板不仅成本低，且接头部位采用装配件进行组装并连接，稳定性较强。模板顶面应与混凝土构件上顶面保持一致，当出现参差不齐的情况时，可通过水泥浆进行填补调整。

2）在对混凝土进行浇筑前，应先对模板的相关参数进行检查，包括间隔缝隙、高度、润滑度、支撑稳定性、基层平整性、润湿情况等。采用混合料进行混凝土浇筑时，应先通过振捣棒操作20 s 左右，移动间隔应控制在作业范围内的1.5 倍，并保证与模板、钢筋处于有效范围，避免机械振捣不当可能引发的干扰性碰撞。混凝土混合料经振捣作业后应观察其平整度，若发现有不平整的部位应及时进行修补，修补时以混合料原浆为主。进行人工找平时，要保证构造物表面有5～6 mm 的砂浆膜层，若人工找平后发现构造物与模板之间仍存在较大的高度差，应适当填补原构件混合料，进行二次找平作业，直至高度差达到工程设计标准。表面整修也是施工工艺管理中的重要环节之一，在对构件表面找平时，每次要与同平面接茬部位采用搭茬处理方式。粗抹是整修的首要步骤，应采用正规的仪器进行检测，获得参数后，遵循“高处抹平、低处填补”的原则进行施工，施工后再通过仪器进行核实，观察平整度是否符合工程的规范要求。此外，混凝土的养护和拆模与混凝土裂缝的发生也密切相关，对混凝土构件进行养护时应以湿法养护为主，选择符合规范的水源进行作业。若施工现场存在强风、高温等异常天气时，施工现场应对已覆盖的构件物进行二次加固，保证覆盖率符合工程的相关规范。当养护作业检查符合规范后，后续拆模时应遵循“先上后下、先整体后局部”的原则，对已拆除的模板应及时进行打磨、防锈等处理，避免模板磕碰受到损伤，影响后续施工的使用。

3.2.4 施工分配管理

施工企业应选择企业内部优秀的管理人才与施工技术人员共同建立施工团队，并重视队伍中协同理念的培养，不断优化施工流程。在各个施工流程中，通过对队伍的组织建设合理控制工期，重视对人员的管理，保证工程的施工质量。施工企业要根据工程的特点对设备、物资、资金进行合理分配，重视机械厂区内的保养、维修等服务，避免设备因维护不当引发的一系列问题，保证施工的正常进行。施工现场所用的物资、设备应按批次逐步入场，委派专人进行管理与监督，尤其是资金的调配力度，保证重点施工环节与工序正常进行，从而进一步提高施工的质量，避免混凝土裂缝的出现[3]。

4 结语

公路桥梁工程对推动地区经济发展发挥着重要作用，特别是交通运输量的不断增加，对公路桥梁工程质量提出了更高的要求。混凝土裂缝是目前公路桥梁设计与施工中的重点问题之一，针对公路桥梁裂缝问题，应全面分析公路桥梁工程设计与施工过程中的影响因素，深入探究裂缝原因，采取裂缝防治措施，提高公路桥梁工程的安全性和稳定性，消除公路桥梁裂缝隐患，推动我国公路桥梁工程快速发展。