道路橋梁施工中出現(xiàn)橋梁裂縫的原因初探

付正友

（四川三江交通建設(shè)工程有限公司， 四川 宜賓 644000）

0 前言

在道路橋梁施工中，橋梁裂縫是一種常見的施工質(zhì)量問題現(xiàn)象，主要指橋梁表面出現(xiàn)不規(guī)則的直線裂縫、龜裂縫等，橋梁裂縫不僅影響了橋梁性能，還會降低橋梁使用年限，增加了行車安全風(fēng)險，所以必須要得到相關(guān)人員的重視。通過對現(xiàn)階段道路橋梁施工中的橋梁裂縫現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，常見的橋梁裂縫主要包括荷載性裂縫、溫度裂縫、收縮性裂縫等，不同裂縫的成因、處理方式不同，需要差別對待。

1 荷載性裂縫

在橋梁道路施工中，荷載性裂縫是一種常見的橋梁裂縫形式，主要指混凝土橋梁受動靜荷載或者次應(yīng)力而出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象。由荷載導(dǎo)致的裂縫主要分為直接應(yīng)力裂縫與次應(yīng)力裂縫等。

1.1 直接應(yīng)力裂縫

直接應(yīng)力裂縫主要指在外部荷載作用下所出現(xiàn)的直接應(yīng)力而引發(fā)的裂縫現(xiàn)象，導(dǎo)致直接應(yīng)力裂縫出現(xiàn)的原因是多方面的，主要分為以下幾點(diǎn)：

（1）在道路橋梁設(shè)計階段存在大量引發(fā)橋梁裂縫的因素，詳細(xì)資料見表1。

表1 設(shè)計階段引發(fā)裂縫的因素

除了上述幾種因素外，設(shè)計單位在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，可能沒有充分考慮橋梁的結(jié)構(gòu)問題，忽視了施工的可能性；或者設(shè)計圖紙的相關(guān)指標(biāo)不清晰，導(dǎo)致橋梁的結(jié)構(gòu)剛度水平不理想，最終導(dǎo)致荷載性裂縫發(fā)生。

（2）在橋梁施工過程中，不科學(xué)的施工流程也會導(dǎo)致裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生，包括施工過程改變了橋梁結(jié)構(gòu)的受力特征、施工中出現(xiàn)了不合理的施工工況等（例如施工階段經(jīng)常會將機(jī)械工具或者施工原材料堆放在橋梁上），這些施工現(xiàn)象都會增加橋梁荷載壓力，增加出現(xiàn)橋梁裂縫的概率。同時也有研究認(rèn)為，在橋梁施工階段，結(jié)構(gòu)設(shè)備在使用過程中會產(chǎn)生機(jī)械性振動，若不能通過實(shí)驗(yàn)室分析來確定機(jī)械性振動參數(shù)并采取相應(yīng)措施，也有可能引發(fā)橋梁裂縫問題[1]。

（3）施工質(zhì)量控制意識薄弱也是引發(fā)橋梁裂縫的重要因素，例如施工單位為了控制成本，沒有對混凝土試塊進(jìn)行強(qiáng)度測試，使用了一些強(qiáng)度水平不達(dá)標(biāo)的混凝土。這樣在后期運(yùn)行階段，一旦橋梁承受較大的荷載壓力，就會出現(xiàn)裂縫。

1.2 次應(yīng)力裂縫

次應(yīng)力裂縫主要指由外荷載引發(fā)的次應(yīng)力最終出現(xiàn)裂縫。一般認(rèn)為，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)次應(yīng)力裂縫的主要原因就是外部荷載壓力變化，主要集中在以下幾方面：

（1）在外荷載設(shè)計階段，所確定的橋梁結(jié)構(gòu)與實(shí)際工作狀態(tài)存在一定的差別，甚至在施工階段沒有考慮，最終導(dǎo)致橋梁的某些部位對次應(yīng)力的敏感程度高，一旦出現(xiàn)明顯的次應(yīng)力變化，就會引發(fā)結(jié)構(gòu)性開裂。

（2）根據(jù)現(xiàn)階段正常的橋梁施工情況來看，施工單位難以針對橋梁結(jié)構(gòu)的鑿槽、開洞等進(jìn)行模擬計算，更多的是依靠自身的工作經(jīng)驗(yàn)來確定受力鋼筋的分布情況。受這種因素影響，在橋梁主體結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后，往往會因?yàn)橥诳椎炔僮鞫霈F(xiàn)了力流繞射現(xiàn)象，并且開孔位置的力流現(xiàn)象更加密集，出現(xiàn)了嚴(yán)重的力流匯聚[2]。如果這種力流匯聚現(xiàn)象得不到有效控制，將會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)受力差異，引發(fā)裂縫。

因此可以認(rèn)為，若在施工過程中沒有有效控制橋梁結(jié)構(gòu)，將會導(dǎo)致橋梁本身出現(xiàn)不均勻的受力，最終引發(fā)次應(yīng)力裂縫問題。

2 溫度性裂縫

溫度性裂縫是混凝土橋梁施工中的常見裂縫現(xiàn)象，這是因?yàn)榛炷敛牧系奶卣鲿苯佑绊懙缆窐蛄嘿|(zhì)量，混凝土所具有的熱脹冷縮特性對環(huán)境的要求高，一旦外部環(huán)境溫度出現(xiàn)變化，都有可能改變混凝土結(jié)構(gòu)形態(tài)，而這種結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化會產(chǎn)生應(yīng)力，若應(yīng)力變化超過了橋梁結(jié)構(gòu)的承受能力，就會引發(fā)裂縫。一般認(rèn)為，橋梁的溫度性裂縫與溫度變化、日照強(qiáng)度等存在密切關(guān)系。

（1）年溫差變化。我國地區(qū)廣闊，年溫差較大，一年四季中溫度差都在緩慢變化之中，尤其是一月份與七月份的平均溫度變化幅度更加明顯。明顯的年溫差變化是引發(fā)溫度性裂縫的重要因素，受溫度差影響，橋梁結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)變化，當(dāng)結(jié)構(gòu)變化受到限制后，橋梁整體結(jié)構(gòu)就會受到影響，最終引發(fā)溫度裂縫，這一點(diǎn)在鋼架橋、拱橋等橋梁中表現(xiàn)的最為明顯。

（2）高強(qiáng)度的日照。日照對溫度的影響十分明顯，在橋梁施工階段，橋梁的橋面板塊與橋主梁、橋墩等所受的陽光照射強(qiáng)烈，這會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)整體受熱不均勻，暴曬位置的溫度要明顯高于其他部位。受高強(qiáng)度日照的影響，橋梁結(jié)構(gòu)的溫度將會呈現(xiàn)出階梯型的分布特征，不同位置的散熱效果不理想，橋梁結(jié)構(gòu)下的不同位置應(yīng)力、拉力存在明顯差異，最終導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

（3）突然降溫。在橋梁施工中，突然降溫也是引發(fā)橋梁溫度性裂縫的重要原因。在施工階段，若遇到突降大雨、出現(xiàn)冷空氣之后，橋梁結(jié)構(gòu)表面的溫度快速下降，而相比之下，橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部混凝土對外部溫度環(huán)境的敏感性低，因此溫度下降慢。在這種情況下，橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)外部溫度逐漸增大，這種現(xiàn)象將會引發(fā)溫度應(yīng)力差異現(xiàn)象，導(dǎo)致橋體結(jié)構(gòu)損壞，引發(fā)裂縫。

3 收縮性裂縫

在道路橋梁施工階段，澆筑結(jié)束后4h左右，混凝土?xí)霈F(xiàn)一系列化學(xué)反應(yīng)，其中水化反應(yīng)最為明顯[3]。在這個時間段，混凝土硬化水平?jīng)]有達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，處于非硬化狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，一些骨料會在結(jié)構(gòu)中下沉，并受到鋼筋阻擋，再加上塑性收縮的影響，很容易引發(fā)鋼筋方向的裂縫現(xiàn)象。

一般認(rèn)為，混凝土的收縮現(xiàn)象會直接影響橋梁結(jié)構(gòu)，是引發(fā)橋梁裂縫的重要因素。這是因?yàn)榛炷帘旧泶嬖诳s水性、縮干性特點(diǎn)，在表面硬結(jié)之后，其溫度會隨著水分的蒸發(fā)而逐漸降低，在這種情況下，混凝土結(jié)構(gòu)體系縮小。在這種情況下會出現(xiàn)一個問題：混凝土結(jié)構(gòu)的外部水分蒸發(fā)過快而內(nèi)部水分蒸發(fā)速度慢。受這種現(xiàn)象影響，混凝土表面與內(nèi)部的收縮性能存在差異，出現(xiàn)了不同的強(qiáng)度變化情況，并且混凝土結(jié)構(gòu)會受到鋼筋的束縛，因此應(yīng)力最終會演變成裂縫。

自身收縮是混凝土硬化中的常見收縮現(xiàn)象，這種收縮現(xiàn)象與外部環(huán)境無聯(lián)系，是混凝土自身水化反應(yīng)的表現(xiàn)形式。這是因?yàn)榇髿庵械亩趸既菀着c混凝土之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在這種化學(xué)反應(yīng)下，混凝土的元素結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一定改變，因此就會引發(fā)收縮變形問題。但是這種收縮變形更多的出現(xiàn)在高溫天氣下，并且隨著二氧化碳濃度變化而變化。

橋梁結(jié)構(gòu)的收縮性裂縫受諸多因素限制，詳細(xì)資料見表2。

表2 橋梁結(jié)構(gòu)收縮性裂縫的限制因素

4 其他因素所致的裂縫現(xiàn)象

除了上述分析之外，還有很多因素也會引發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)象。

4.1 施工工藝質(zhì)量引發(fā)的裂縫

施工質(zhì)量也是引發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的重要因素，例如在混凝土結(jié)構(gòu)施工階段，若選擇的施工工藝不正確，會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)縱向裂縫（鋼筋方向裂縫），并且不同原因也會導(dǎo)致裂縫走向出現(xiàn)變化。

根據(jù)施工引發(fā)的橋梁裂縫案例來看，若混凝土的保護(hù)層達(dá)到一定厚度后，會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的鋼筋對應(yīng)保護(hù)層厚度增加。受這種因素影響，橋梁構(gòu)件的高度降低，并且會出現(xiàn)垂直方向的裂縫。同時，在混凝土施工中，若沒有有效的做好振搗施工的施工質(zhì)量管理，會導(dǎo)致混凝土的振搗效果不理想，所澆筑的混凝土均勻性差，最終在后期施工中出現(xiàn)裂縫。

除了上述因素外，混凝土的運(yùn)輸時間、對接頭的處理技巧等都會影響整體施工質(zhì)量，導(dǎo)致橋梁裂縫產(chǎn)生。為了避免裂縫發(fā)生，相關(guān)人員必須要詳細(xì)檢查施工地點(diǎn)周圍環(huán)境情況，掌握施工地區(qū)周圍土壤結(jié)構(gòu)特征及其水文變化資料，將其作為影響施工質(zhì)量的重要參數(shù)，確保其施工能夠達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)；在施工階段，必須要關(guān)注橋梁的承載性，在強(qiáng)化橋梁排水能力的同時，強(qiáng)化橋梁抗荷載水平，最終避免裂縫產(chǎn)生。

4.2 原材料因素

原材料質(zhì)量影響工程施工質(zhì)量，而在道路橋梁施工中，混凝土作為道路橋梁的主體建筑材料，其用量、品種、型號等都會影響混凝土結(jié)構(gòu)，引發(fā)裂縫現(xiàn)象[4]。所以為了能夠有效規(guī)避混凝土裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須要進(jìn)行嚴(yán)格的原材料管理，通過開展實(shí)驗(yàn)室分析、入場檢測等，嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)禁不合格原材料進(jìn)入現(xiàn)場。

4.3 外部環(huán)境因素

道路橋梁施工必然會受到周圍環(huán)境的影響，除了上文介紹的溫度因素之外，還存在諸多因素會影響道路橋梁施工質(zhì)量，成為引發(fā)橋梁裂縫的誘因，詳細(xì)資料見表3。

表3 引發(fā)橋梁裂縫的外部環(huán)境資料表

5 結(jié)論

道路橋梁施工中的橋梁裂縫問題已經(jīng)得到學(xué)者的廣泛關(guān)注，總體而言，引發(fā)橋梁裂縫問題的原因是多方面的，既有技術(shù)方面的原因，也有環(huán)境方面的原因。所以相關(guān)人員必須要做好養(yǎng)護(hù)，并改進(jìn)技術(shù)手段，為進(jìn)一步提高道路橋梁施工質(zhì)量、控制橋梁裂縫奠定基礎(chǔ)。