公路桥梁设计与施工中裂缝成因及预防分析

公路桥梁设计与施工中裂缝成因及预防分析摘要：裂缝是公路桥梁中普遍存在的一种病害，其发生和发展会导致结构整体和耐久性的降低。根据公路桥梁工程的施工，可分为设计和施工两大类，由于各种原因造成的裂缝，应采取相应的处理措施。关键词：公路桥梁；设计；施工；裂缝成因；预防措施引言裂缝对结构整体和耐用性有很大的影响，在雨季时，雨水会顺着结构的裂缝渗入建筑内部，使建筑结构中的骨料被排出，从而降低结构的强度。当受力时，会引起结构裂缝，严重时可引起结构坍塌。然而，在公路桥梁设计和施工中，裂缝的形成机制和处理方法尚不明确，尚需深入探讨。1.混凝土裂缝的类型1.1.内部裂缝构件内开裂或缝隙与表面位置开裂或缝隙同在一个体积空间范围内，且产生位置为同体积构造物，当表面开裂或缝隙在混凝土构件二次连续浇筑作业时，就会“隐藏起来”，从表面上看不到构件内开裂或裂缝，我们称之为内部裂缝。1.2.表面裂缝混合料构造物当接触到外界水化作用或热度、温度变化干扰时，其构造物内外部温度会出现不均衡温差现象，内部温度高外部温度低，温差会产生温度应力。当温度应力达到或超出混凝土构件抗变影响极限时，混凝土成品构件就会出现表面开裂或缝隙。对体积越大的混凝土，表面裂缝的危害性越小，表面裂缝不会深度渗入，但是直接影响工程美观性和寿命。1.3.深层裂缝表面裂缝在特殊因素的作用下继续渗透发展，可能会引发深层裂缝。与表面裂缝相比，深层裂缝可能造成混凝土内部结构应力的改变，其危害性较大。1.4.贯穿裂缝混凝土构件自身大，其内部结构尺寸也大，受到水化热的影响，混凝土构件内部会产生复杂的温度场。构件内部中心区域会出现大范围出热现象形成热能量汇聚，构件其传导热性能不满足散热需求，导致热量短时间内难以散出，致使构件结构中心区域与表面的温差不断加大，从而产生温度应力。温度应力积累发展到一定程度就会产生贯穿裂缝，这种裂缝形式对大体积的混凝土伤害性极大。2.公路桥梁施工中混凝土开裂和缝隙带来的危害2.1.渗漏危害在进行道路桥梁的建设中，如果混凝土出现裂缝，会导致公路产生质量问题，如果遇到雨水天气，雨水通过混凝土不断地渗透到道路桥梁的内部，就会导致混凝土产生水解反应，严重影响混凝土的受力。不仅如此，渗透进入的水还会使混凝土内外产生一定的温差，并产生冻胀反应，这种反应会加大裂缝的尺寸，长此以往会对道路桥梁的安全产生严重的影响，也给道路桥梁的使用带来安全隐患。2.2.腐蚀危害腐蚀危害与碳化危害相似，均发生在桥梁结构内部。但二者作用对象不同，碳化主要对混凝土强度造成影响，而腐蚀是对桥梁结构内部钢筋造成危害。在公路桥梁施工过程中，由于混凝土表面存在裂缝，环境中的水沿着表面裂缝进入桥梁结构内部，桥梁结构由钢筋混凝土组成，水的存在不仅加快了碳化速率，还与内部钢筋发生反应，造成钢筋锈蚀。因此施工部门及相关监管部门，需要加大对施工材料的检测力度，防止出现劣质材料。2.3.碳化危害在公路桥梁建设中，碳化是不可避免的。因为这些裂缝,空气中的二氧化碳会顺着缝隙流入混凝土，而二氧化碳会与水泥中的碱性物质产生化学反应，从而产生碳酸钙和水，降低混凝土的碱性。同时，还会在材料表面产生一层碳化膜，使混凝土的强度下降，对桥梁的整体稳定产生不利的影响。设计问题设计方案中理想工期要考虑全面在设计之初要考虑到多种潜在因素，理想化的工期设定可能会对整个工程项目的发展产生不利影响。设计环节中对交付使用后功能问题考虑不足设计阶段应考虑未来交通流量和道路桥梁的荷载要求，如果考虑不全面时会导致施工钢筋规格与功能实际需求不完备，导致影响本工程项目构造件的结构稳定性能和使用周期。4.引发道路桥梁裂缝的主要因素4.1.沉降裂缝道路桥梁施工作业时，桥梁基础出现横向位移或纵向不匀称沉降变化时都会增加混凝土构件内部的附加应力变化，当附加应力达到一定的极限范围后超过混凝土抗拉力，就会出现整体结构物的不匀称位置下降变形，进而导致出现部分沉降裂缝。4.2.其他裂缝除了沉降裂缝以外，混凝土材料自身的因素及施工工艺因素也可能引发裂缝。如工程项目中常见的表面、横向、纵向、贯穿等类型的裂缝都属于上述情形导致的。具体成因分析如下：混凝土振捣施工作业中，当出现振捣时间延误、振捣棒插入深度不达标及移动距离不规范时，就容易导致蜂窝、麻面问题的发生，可能引发混凝土裂缝。混凝土运输中，自卸车辆的覆盖处理、温度保护、运输时间控制等都会影响到混凝土材料的性能，特别是温度不当及水分流失就会出现混凝土构件开裂现象。不经过科学的现场验证就肆意增加或减少水灰比，从而实现混凝土流动性达标的操作，可能会带来工程施工中混凝土的大幅收缩引发混凝土裂缝。混凝土浇筑过程应注意控制浇筑间隔，间隔时间过长可能导致上一层混凝土凝结强度不达标，上下两层混凝土构造物不易有效结合，容易引起横向裂缝的发生。

5.道路桥梁施工方案的优化设计与施工措施的有效管控

5.1.设计方面的措施

5.1.1.道路桥梁工程的耐久性设计

从现场踏勘入手，考虑当地施工环境气候变化，使用人群对构件本身功能需求，桥梁位置功能性要求等方面做好论证与数据梳理工作，确保经现场初勘和相关论证等系列工作后将各类干扰因素降到最低值。

5.1.2.完善公路桥梁项目前期设计环节中的质量把控

前期设计质量直接影响桥梁投入运营阶段使用功能和安全功能。要抓好质量控制及措施落实，做好各系列设计参数及数据验证与校准工作。运用创新思维和创新理念，论证过程中依托先进的仪器和设备绘制出精准安全地设计图纸方案，为下一步工序做出基础保障。

5.1.3.合理选择设计方案

打破常规论证与验证程序，在选定方案中继续二次优化得出多套设计方案，在执行必要论证程序前提下，通过网络投票或外聘专家遴选等方式选取最优方案。

5.2.施工方面的措施

5.2.1.加强施工材料管理力度

施工人员岗位管理是施工质量的保障。项目单位应建立管理层人员储备库，施工技术人员储备库，机械设备操作人员储备库，财务人员储备库，落实各类人员岗位培训和考核建设，施工队伍各类人员均为专业型参建人员，确保施工进度和每个环节的工程质量达标。

5.2.2.重视施工温度管理

施工温度差是施工项目应最早考虑和控制的外部影响因素，它对混凝土构造物内、外部质量均会有较大干扰，施工现场应当及时调控施工环境温度。可利用调配冷水、温度砂的措施调节温度值的变化，确保质量达标。5.3.重视施工工艺控制

（1）模板施工。模板选用钢质模为宜，且接头部位利用装配件组装并连接。模板顶面与混凝土构件上顶面与设计保持一致，当出现局部低洼时，及时用水泥浆填补修正。

（2）浇筑与振捣。混凝土构件浇筑前，要对模板的间隔缝隙、高度数值、润滑处理、支撑稳度、基层平整度、润湿情况等进行二次复核修正。构件选用混合料浇筑作业过程中先使用插入式振捣棒插振，时间控制在20s左右，移动间隔在作业范围的1.5倍以内，并保持与模板及钢筋在有效范围以外，防止机械振动产生的干扰性碰撞。混凝料在振捣作业之后，发现不平整部位及时进行填补修正作业，填补修正过程中以使用混合料原浆为宜。人工找平作业确保构造物上表面形成5~6mm左右的砂浆膜层。如人工找平作业完成后仍发现构造物与模板间有高差问题，应及时填补原构件混合料，进行二次整平作业，至高差满足方案中的设计要求为止。

（3)表面整修。构件表面抹面找平时，每次要与同平面接茬部位采用搭茬处理为宜。粗抹是整修的第一步，大体积构件表面应用规范仪器检测。通常矫正方式采用的是“高处抹平、底处填补”的措施进行抹面找平作业，还要用规范仪器进行检测，保证其平整度符合规范要求。

(4)养生及拆模。混凝土构件物养生办法采用湿法养生为宜。如遇大风、高温及其他不利天气时，养生现场应对已覆盖完成的构件物及时进行二次加固，确保覆盖率达到技术要求。施工现场养生用水也要符合相关规范标准。当构件养生合格后，拆膜顺序应“从上往下、先整体后局部”的原则依次进行，已拆模板应及时进行打磨、防锈处理，严禁磕碰，苫盖备用。养生时间及拆模时间按相关构件物技术规范执行。

5.4.重视施工组织控制

(1）保证工期的组织措施。施工企业应挑选本公司优秀的管理及技术人员组建施工团队，发挥协作精神，优化施工。施工流程环节中坚持以组织建设保工期，以进度控制保工期，以资金优化保工期，以质量体系保工期，以安全体系保工期，以“人和”保工期。

(2）设备、物资、资金保障。根据工程特点优化配备施工机械设备，落实机械厂区内保养、维修服务，降低设备的故障率。调配物资、设备应按需按时分批次入场。加强资金调配力度，确保重点工序和关键部位施工期资金正常配置，保障重点工程按计划顺利进行。

（3）加强质保、安保、环保方面控制。健全完善的质保、安保、环保“三保”体系。项目单位通过安全生产例会、安全交底、技术交底等形式逐层传达并落到实处，实现“三保”体系的网格化监管。

6.结束语

综上所述，裂缝种类繁多，形成机制也比较复杂。本文从宏观上对公路桥梁工程设计施工过程进行了分析，找出了施工中裂缝的形成机制。根据具体情况，提出了防止混凝土裂缝的对策。在混凝土拌和、浇筑、振捣、养护等各关键工序中，应严格控制混凝土裂缝，提高其耐久性。参考文献：