道路桥梁施工中桥梁裂缝研究

赵娟娟

（四川益通工程技术有限公司，四川 阆中 637400）

0 引言

在当前时代下，城市化进程日益加快，道路桥梁的建设和施工进入全新的发展阶段，道路桥梁安全成为时代的热点。工程施工单位需要发挥自身的能动性，紧跟行业和时代的发展脚步，加强对诸多新技术和新工艺的利用，结合地域环境与施工过程，详细分析裂缝成因，针对不同类型的裂缝采取不同的应对策略，为城市基础设施建设的推进奠定坚实基础。

1 道路桥梁裂缝的概述与特点

道路桥梁的建设关乎经济社会的长远发展，截至2022 年底，我国拥有公路桥梁103.3 万座，总长约8576 万延米，特大桥8816 座，总长约为1612 万延米。在道路桥梁工程中，裂缝是一种常见的结构问题，裂缝的产生与桥梁的设计、材料、施工等因素密切相关，裂缝的存在往往会对桥梁结构的安全性、稳定性和使用寿命产生负面影响。因此，深入了解道路桥梁裂缝，采取相应的防治措施，对于提高桥梁工程的质量和可靠性具有重要意义。

裂缝的形态特点是裂缝在空间中的分布形式，其一，纵向裂缝通常呈直线状，沿着桥梁的纵向方向延伸；其二，横向裂缝呈横截面状，垂直于桥梁的纵向方向；其三，斜裂缝则呈斜向延伸，可能在纵向和横向之间夹角。裂缝的宽度是评估裂缝严重程度的重要指标，其特点直接影响裂缝的修复难度和成本。毛细裂缝的宽度通常较小，难以直接观察到；而宽缝的宽度较大，容易通过肉眼直接观察到。裂缝的发展速度指的是裂缝在一定时间内扩展的程度，有些裂缝在较短时间内迅速扩展，而有些裂缝在长时间内保持相对稳定，把握裂缝的发展速度便于技术人员及时采取科学的维修和加固措施。

2 道路桥梁施工中桥梁裂缝的危害

2.1 影响结构承载能力

第一，裂缝的存在导致桥梁截面不连续，直接影响桥梁的整体受力性能，降低截面的抗压和抗剪承载能力。第二，裂缝使桥梁结构在裂缝附近产生局部应力集中现象，可能导致材料的局部破坏，甚至引发裂缝扩展和结构的进一步损伤。第三，裂缝使桥梁结构处于不稳定状态，容易受到外界环境的侵蚀。在长时间的作用下，桥梁结构材料的老化速度加快，进一步影响结构的承载能力。第四，裂缝的存在使桥梁结构在荷载作用下产生较大的挠度，挠度的扩大不仅影响桥梁的使用舒适性，还会加剧裂缝的发展[1]。

2.2 缩短桥梁使用寿命

第一，桥梁结构在使用过程中逐渐劣化，裂缝是结构劣化的早期表现，如果无法及时进行修复和加固，将会加速结构的老化速度，缩短桥梁的使用寿命。第二，裂缝是导致桥梁结构腐蚀和侵蚀的通道。裂缝的存在使得湿气、酸雨等有害物质更容易渗入结构内部，加速桥梁材料的腐蚀过程。第三，裂缝的存在使得桥梁结构的维修难度增加，随着裂缝的扩展，修复所需的时间和成本都会逐渐增加，影响结构的可维修性和可维护性。第四，由于裂缝的影响，桥梁需要更加频繁地维护和检查，不仅会增加运营管理成本，还会对桥梁的正常运营造成干扰。

2.3 影响行车安全

第一，裂缝的存在会导致桥梁整体稳定性下降，在强风、大雨等恶劣天气条件下，桥梁受到的外部荷载可能引发结构失稳，从而影响行车的安全。第二，裂缝存在的情况下，会增加桥梁结构的不稳定性和脆弱性，进一步增加事故的风险，特别是在高交通流量的桥梁上，裂缝会成为事故发生的隐患。第三，裂缝可能导致桥梁部分封闭或限重，影响交通的流畅性，交通流畅性的下降容易引发交通拥堵，给人民出行造成不便。第四，由于裂缝修复需要对桥梁进行维修，导致桥梁封闭或交通限制，进一步加大维修对交通流畅性的影响。

2.4 增加后期维护成本

随着裂缝的扩展和结构劣化，桥梁的修复难度和成本将逐渐增加。尤其是对于大面积、深度裂缝，修复所需的时间和费用都会成倍增加。第一，裂缝的存在使得桥梁需要更加频繁的维护，增加后期维护的成本，维护频率的增加意味着更多的人力和物力投入；第二，桥梁裂缝问题导致维护周期的延长。若裂缝问题无法及时得到解决，维护周期的延长将进一步加大后期维护的成本；第三，为预防裂缝问题的发生，桥梁需要加大预防性维护的投入，包括定期巡检、监测设备的安装等，都会增加后期维护的成本。

3 道路桥梁裂缝的类型及成因分析

3.1 外部荷载施加作用力

二次应力裂缝和直接应力裂缝是负载裂缝中的代表，主要是由于前期的工程设计不科学，工程设计人员没有深入施工现场开展调查工作，只是从理论角度分析和计算大量的信息和数据，难以达到理想的工程设计目标。并且忽略模型弯曲刚度等一些重要的参数，导致桥梁承受较大的撞击力和承载力，进而引发严重的桥梁裂缝问题。在桥梁工程中，单层钢筋混凝土主体结构的受力部位和受力结构存在一定差异，会导致桥梁梁体扭曲，承重较大，是诱发桥梁单层裂缝的主要原因。此外，钢筋混凝土主体结构过度受力会引发一些混凝土裂缝，主要是因为在工程设计过程中，计算得出的间接应力模型并不合理，导致最终的钢筋混凝土单层桥梁主体结构受力与预先的工程设计参数不一致。

3.2 温度裂缝

外部的温度变化也会对道路桥梁的施工质量产生重要影响，温度变化也是造成桥梁裂缝的主要原因（见图1）。不同地区的地理位置和气候环境存在一定差异，温度变化情况也存在差异，温度的高低会造成热胀冷缩的情况，如果无法及时采取有效的应对措施，会引发混凝土收缩变形，使得混凝土的形状和结构发生改变。如果混凝土内部产生较大的应力，该应力超过混凝土的承受范围，会造成混凝土裂缝，如果外部的温度相对较高，可能使裂缝进一步扩大。结合该类工程的施工来看，温度裂缝可以细分为表层裂缝和深层裂缝，表层温度裂缝多发生在施工期间，走向无一定律，常纵横交错呈龟纹状。深层和贯穿的温度裂缝一般与结构或构件短边方向平行或接近平行，裂缝沿全长分段出现，多发生在混凝土浇筑后2～3 个月或更长时间，且冬季缝宽，夏季缝窄。因此，在道路桥梁工程施工中，施工人员需要充分发挥自身的能动性，采取措施合理控制外部温度，为道路桥梁工程的施工营造良好的外部环境。

图1 温度裂缝

3.3 沉降裂缝

部分地区的路段地面会出现不同程度的沉降，一般是因为道路桥梁的承重压力过大，超过道路桥梁的承载力极限值，导致地面上出现大面积的裂缝，不仅会威胁到道路桥梁的运营，还会增加人民的出行风险。需要注意的是，不同地区的气候条件和路基土层都存在一定差异，即便是相同的压力，沉降问题的表现也不尽一致。沉降问题会诱发裁切裂缝和弯折裂缝，沉降控制是一项严峻的难题，是桥梁施工和维护中的关键任务。结合该类工程的施工来看，之所以会出现沉降裂缝，一般是因为同一联桥梁采用规格差异较大的结构基础，譬如混用桩基础与扩大基础，引发不均匀的沉降裂缝。此外，在软土地基等一些特殊地基上施工时，并没有采取合理的地基处理方法固结地基土层，导致基础荷载不断加大，桥梁长期受到地面的荷载作用后，譬如山体滑坡和雨水冲刷，导致原有土层出现变形和压缩，也是诱发混凝土不均匀沉降的主要原因。

3.4 收缩裂缝

鉴于混凝土自身的碱性特征，在道路桥梁的施工中，不同骨料之间会形成硅胶胶体，该类胶体的吸收性较强，会从其他的施工材料中吸收水分，最终胶体不断加大，会出现一定程度的收缩现象，如果收缩范围超过规定标准，则可能引起收缩裂缝，该类裂缝虽然对桥梁构件的承重力并没有较大影响，但是会给桥梁的构造外观造成影响。之所以会出现该类裂缝，主要是因为混凝土表层水分挥发之后，呈现出向里发展的趋势，钢筋混凝土内外干缩问题存在一定差异，在水泥混凝土内部结构管束的作用下，混凝土内部结构也会产生一定的拉伸应力，是诱发混凝土开裂的主要原因。因此，在工程施工中，需要基于工程建设的实际需求，合理调整配合比，控制骨料质量，并对施工原材料的反应过程进行监督和控制，能够有效规避收缩反应引发的裂缝问题。

4 道路桥梁施工中桥梁裂缝的防治策略

4.1 严格把关施工材料

施工材料作为工程建设的物质基础，与整个工程的施工质量联系紧密，因此需要将施工质量的管控当作一项重要任务。首先，合格的建筑材料应具备足够的抗压、抗弯和耐久性能，能够满足桥梁结构的设计要求。其次，混凝土是桥梁结构中主要的建筑材料，其配比的合理性直接影响混凝土的性能。适量的水胶比和砂率等参数的合理设计有助于降低混凝土的收缩，减少裂缝的产生。再次，在施工前，对所选用的建筑材料进行质量检测必不可少，对混凝土强度、抗渗性、抗冻融性等关键性能的检测，确保施工材料的质量符合设计要求，减少因材料问题引起的裂缝风险。最后，在石料的挑选环节，实现检验石粉的含粉量，保障混凝土粗、细骨料的含粉量满足工程建设的实际需求。若含粉量过高，需要采取相应的应对措施，对于拌和原料的选用，要求施工人员充分发挥自身的能动性。

4.2 合理控制施工温度

第一，混凝土在硬化过程中会释放热量，称为混凝土浇筑温升，选择在温差相对较低的时段进行混凝土浇筑，能够减缓混凝土的升温速度，降低温度裂缝的发生概率；第二，在施工前，要充分考虑施工季节的气温特点，避免在极端高温或低温的季节进行大规模混凝土浇筑，以减少温度变化引起的裂缝风险；第三，在炎热季节或者高温地区进行施工时，可对混凝土材料进行预冷处理，进而降低混凝土的初始温度，常用措施包括在混凝土配合物中加入冰块和冷水；第四，在高温环境下，避免在中午和下午进行浇筑，一般选择在早晨或傍晚进行浇筑，能够减少混凝土与高温环境的接触时间，同时可以采取一定措施，譬如使用遮阳棚；第五，技术人员需要结合工程建设的实际需求，选用一定的矿物掺和料，能够有效减少水泥的水化热释放，达到降低混凝土温度的目标，分层、分块间隔浇筑大体积混凝土，间隔时间为5～7d，以利于散热和减少约束。

4.3 优化工程组织管理

制订科学合理的施工方案是防治裂缝的首要任务。第一，施工方案应根据具体工程情况，包括桥梁结构、材料特性、气候条件等因素，制订合理的施工步骤和时间安排，避免施工操作不当引发裂缝问题。第二，采用现代监测技术实时监测关键节点，包括对混凝土浇筑、支撑结构施工等关键步骤的实时监测，能够及时发现施工异常，采取措施进行调整，减少桥梁裂缝；第三，建立详细的施工记录，包括施工过程中的关键参数、施工人员操作、材料使用情况及施工温度等信息，利于追溯分析施工过程，及时发现问题，提高施工质量。以混凝土浇筑为例，在浇筑前经由试验室对混凝土进行试配，确定最佳配合比，明确混凝土的具体用量，并安排专业的技术人员前往施工现场开展试验，获取工程施工所需的各种参数，在完成机械设备和施工材料的组织工作之后，合理安排人员的工作，包括浇筑人员、放料人员、振捣人员和养护人员，科学控制浇筑时间，能够有效规避桥梁裂缝问题。

4.4 有序开展后期养护

第一，实施桥梁的定期巡检与维护，发现裂缝等问题及时进行修复。巡检包括对桥梁结构的全面检查，发现潜在问题，采取预防性的维护措施，降低裂缝发生的风险。第二，对桥梁进行专业的养护管理，采取防腐、防水、防震、保湿等措施（见图2），延长桥梁的使用寿命。第三，加强养护管理可有效减缓桥梁结构的老化速度，减少裂缝的产生；在桥梁出现裂缝问题时，采取及时、有效的维修措施，根据裂缝的具体情况选择修补材料和技术，保障维修效果，防止裂缝扩大。蒸汽养护是一种常用的养护方式，能够有效控制提温和降温的速率。值得注意的是，浇筑混凝土预制箱梁顶板在水化反应下的温度比较高，在混凝土终凝时利用塑料膜进行遮盖，在弯矩和剪应力最小的部位设置天窗，天窗坐落于同一断面上，间隔控制在1m 以上，并控制出气孔的位置和间隔距离。在完成基础的混凝土浇筑工作后，针对不同的施工需求采取相应的保温和补水措施。

图2 桥梁保湿薄膜

5 结语

在道路桥梁施工中，裂缝的成因较为多样，不仅威胁到人民的安全出行，还会阻碍经济社会的长远发展，有序推进桥梁裂缝的研究工作，能够为后期的裂缝防治工作提供理论参考。工程施工人员需要加大对桥梁裂缝防治工作的重视，基于工程建设的实际需求，选用提高桥梁抗裂缝能力的新材料和新技术，为降低裂缝危害提供可行的解决方案。同时，在施工过程中，需要积极研究可能引发裂缝的因素，为工程实践提供科学指导，不仅能够推进我国建筑工程行业的转型与升级，还能够保障我国经济社会的持续健康发展。