道路橋梁裂縫的成因與施工預防技術

劉苗苗

山西路橋第二工程有限公司 山西臨汾 041000

道路橋梁是交通基礎設施建設領域的重點內容，建成質量關乎車輛通行的平穩性和安全性，但受施工方法、現場環境等內外部因素的影響，道路橋梁易顯現出裂縫病害，不利于正常使用。此時，正確認識道路橋梁裂縫的危害、準確辨識成因以及采取預防措施均至關重要，值得在此領域做深入的探究。

1 工程概況

某橋梁工程，兩端設引道，引道起點位于李渡鎮保沙廟村，設置橋梁橫跨嘉陵江，與既有公路Y328（新場-橋灣）相接，全長1.43km。其中，橋梁長度948m，寬度16.5m，通航等級為Ⅲ-3（級），安全等級為A級。根據主橋設計方案，主橋結構選擇的是（105+190+105）m預應力砼連續剛構。

2 道路橋梁裂縫的主要危害

2.1 加劇結構的腐蝕程度

從材料組成的角度來看，鋼筋混凝土在道路橋梁中占據較大的比重，鋼筋、混凝土是關鍵的受力結構，分別承受拉應力、壓應力。某處結構存在裂縫時，將形成水、空氣等外部環境因子進入內部的通道，對結構內部的鋼筋混凝土造成腐蝕，在此期間鋼筋體積較正常狀態有所增加，結構的整體形態被迫改變，受力狀態失衡，輕則影響道路橋梁的整體美觀感，重則威脅到道路橋梁的安全性，車輛行駛條件變差，安全事故的發生概率增加[1]。

2.2 加劇混凝土的碳化

道路橋梁結構存在裂縫后，部分CO2進入鋼筋混凝土結構內部并與其中的堿性物質接觸，伴有強烈的化學反應，在此過程中生成碳酸鹽和水，受產物的影響，混凝土的整體堿度發生改變，偏離正常值，出現碳化現象。若缺乏及時的防控，碳化程度加劇，混凝土構件所具備的承載力隨碳化反應的持續發生而逐步降低，全橋的受力條件較差，穩定性難以得到保障。

3 道路橋梁裂縫的成因

3.1 施工材料的質量不達標

材料是組成道路橋梁的基礎要素，各類原材料以及混合料的質量均會對道路橋梁的整體施工質量造成影響，材料性質較差時，部分結構易產生裂縫。從材料的角度來看，道路橋梁出現裂縫主要與如下幾方面有關：①施工中采用高水化熱特性的水泥，制得的混凝土在澆筑后將由于水泥水化熱而導致內部溫度明顯增加，產生明顯的內外部溫差，不利于混凝土的有效成型，在該階段顯現出裂縫病害。②混凝土澆筑與振搗后，未及時養護，或是養護方法不當（混凝土溫度失控、灑水量不足導致濕度偏低等），隨之產生裂縫。③混凝土的收縮應力明顯偏高，該值大于砼極限抗拉強度時，形成裂縫。④配套的支架裝置在強度、剛度等力學方面的表現欠佳，也有可能導致混凝土結構裂縫病害的出現。

3.2 地基的承載性能偏弱

地基是支撐道路橋梁的基礎結構，地基維持平整與穩定是道路橋梁高效施工、正常使用的必要前提。但在部分道路橋梁工程中，現場存在大范圍的深厚軟土層，其缺乏足夠的承載能力，由于處理方法不當，導致地基的承載性能難以滿足公路的建設以及使用要求，受上方公路橋梁結構荷載的作用，地基發生局部沉降，隨之作用于道路橋梁的各結構，出現不同程度的裂縫[2]。

3.3 荷載作用

荷載作用的形式多樣，包含但不限于靜荷載、動荷載、次應力，不同荷載對橋梁的影響程度有所差異，形成的裂縫有其獨特的特征。通常，受拉區、受剪區等受力較為特殊的部位是荷載裂縫的高發區域。荷載裂縫的成因較多，主要有如下幾方面：未針對施工材料以及配套機械設備做有效的管理，大量工程物資堆放在混凝土結構上方，對結構的荷載作用較強，超出結構承載上限時誘發裂縫；預制構件安裝時，未準確把握受力特點，因操作不當而出現裂縫；施工缺乏規范性，隨意調整結構的受力模式，局部受力強度過大。

3.4 混凝土劇烈收縮

混凝土的劇烈收縮將加大裂縫的發生概率，具體有縮水、塑性收縮等形式。具體至道路橋梁施工中，混凝土經過澆筑后將逐步凝結，在此期間表面水分有減小的變化，內部收縮力降低，混凝土自身具備的應力分布不均勻，局部區域的受力條件特殊，在不良受力條件下，容易出現收縮裂縫。

3.5 溫度控制不合理

道路橋梁的建設規模較大，鋼筋混凝土是重要的材料，但受混凝土性質的影響，隨著溫度的改變，該混合料有不同程度的熱脹冷縮現象，混凝土的形態缺乏穩定性，發生變形，并且在該過程中還將產生壓力作用。混凝土結構自身具有特定的抗拉強度，但其存在上限值，道路橋梁的拉力超過該值時，結構的穩定受力條件遭到破壞，結構完整性受到影響，顯現出裂縫。溫度是關鍵的誘因，在溫度發生變化后，道路橋梁的裂縫將出現擴張或合并的發展跡象。具體至溫度的影響因素中，主要與水泥的水化熱以及蒸汽養護方式兩個方面有關，具體做如下分析：

水泥水化熱。道路橋梁施工所用混凝土中含一定比例的水泥，其在澆筑期間有水化熱現象，其屬于放熱的過程，隨水化熱的發生，混凝土內部溫度明顯增加，相比之下混凝土表面溫度易在風力等外部條件作用下保持相對較低的水平，形成內外部溫差，因溫度的差異化而使混凝土結構出現裂縫[3]。

蒸汽養護。混凝土澆筑后進入養護環節，蒸汽養護是避免混凝土溫度異常下降的關鍵方法，在冬季低溫環境中較為可行。但需注意的是，蒸汽養護期間混凝土的溫度較高，而結束養護后，受外部冷空氣的影響，溫度在短時間內急劇下降，混凝土難以適應該極端溫度變化的環境，也將出現裂縫。

4 道路橋梁裂縫的施工預防技術

圖1 道路橋梁施工控制措施

4.1 荷載裂縫的預防

（1）注重對混凝土結構形式的可行性分析，選擇合適的結構形式，若存在留設水平施工縫的要求，則合理控制分塊的數量，并采取有效的連接措施。

（2）橋梁上部結構采用整體澆筑的方法時，根據梁板的尺寸增設適量的橫向受力鋼筋，優化受力狀態，保證結構的穩定性。

（3）控制好鋼筋的布設間距，通常在10cm以內，較為特殊的是變截面、結構邊緣等部位，其缺乏足夠的穩定性，因此加強分布筋，必要時設合適尺寸的鋼筋網片。

4.2 溫度的控制

混凝土拌和階段，在不影響整體強度、和易性等工程性能的前提下，優先選擇干硬性混凝土，其特點在于水泥的用量相對較少，無明顯的水泥水化熱現象。拌和時，向碎石上適量灑水，起到冷卻碎石的作用，降低拌和后混凝土的溫度，從源頭上減小溫度對混凝土結構所造成的不良影響；摻入適量減水劑，在許可范圍內降低混凝土的水含量，避免泌水。各季節的環境溫度存在差異，應做針對性的分析。以夏季施工為例，現場環境溫度普遍較高，要求適當減小混凝土的單次澆筑厚度，否則在大體積混凝土澆筑施工時內部散熱效果差，溫差明顯，隨之出現裂縫；必要時，借助降溫水管予以降溫處理。此外，安排好施工時間，協調好施工工序，混凝土澆筑盡可能避開日間高溫時段。除此之外，在道路橋梁施工中應合理設置基礎、布設穩定可靠的支架。支架是重要的施工輔助裝置，在設計時采用面積法測定其表面受力特點，而在支架投入使用前，組織預壓作業，此舉有助于消除非彈性變形，同時檢驗支架的綜合使用性能。

4.3 道路橋梁裂縫的修補

4.3.1 修補作業的思路

道路橋梁施工中加強檢查，若發現裂縫，則及時按照“判斷裂縫類型→分析原因→界定影響范圍→選擇修補方法→正式修補”的流程有序推進，高效處理裂縫，盡可能減小裂縫對道路橋梁所造成的不良影響。

4.3.2 修補方法

填縫。在各類裂縫修補方法中，填縫是較為常規的一類，其工藝簡單、操作便捷，僅需完成裂縫清理、填料嵌補兩項工作即可，在小規模的裂縫修補中具有可行性。表面粘貼修補。裂縫寬度較大時，先清理縫內的雜物，用黏結膠將特定的修補材料穩定粘貼在裂縫病害部位，達到封閉裂縫的效果，最終完成修補作業。噴漿修補。施工材料以水泥漿液為主，在壓力的推動作用下向裂縫內輸送漿液，依托于漿液的固結作用，使裂縫恢復完整。

4.3.3 梁、板體裂縫的原因及預防

（1）原因分析。①支架基礎缺乏足夠的密實性，難以提供可靠的支撐作用，受荷載的影響而出現不均勻沉降，進而導致梁體裂縫。②混凝土拌和時，石子的粒徑偏小或是級配不足，拌制后的混凝土不具備足夠的彈性模量。③波紋管在梁寬方向偏位，直接對梁端的穩定狀態造成破壞性影響，使該處出現負彎矩偏心，在一系列的作用下，可見梁端側面顯現出縱向裂縫。④未對波紋管采取有效的固定措施，其豎向偏位量較大，存在明顯的零彎矩軸偏位。

（2）預防技術。①對支架基礎做預壓處理，切實提高基礎的整體穩定性，預壓時控制好預壓量，檢測并記錄沉降量，作為后續工作的參考依據。②混凝土拌和時選擇優質的原材料，例如石子的粒徑需滿足要求，以免因混凝土性能不足而導致結構開裂。③針對混凝土做彈性模量試驗，準確掌握混凝土的彈性模量，判斷其是否滿足要求。④蒸汽養護過程中按照特定的頻率測量溫度，基于測溫數據采取控制措施，降溫幅度不超過5℃-10℃/h，且無論溫度如何變化，均全面記錄溫度數據，客觀對待，有效調控混凝土在養護階段的溫度。

4.4 混凝土構件裂縫的防治

①選擇優質的原材料，以水泥為例，以安定性較好、水化熱較弱的水泥為宜。②組織試驗，經過優化后確定合適的配合比。為改善混凝土的工程性能，采取降低水灰比、摻入粉煤灰等方法。③在現場搭設遮陽棚，削弱陽光照射，避免混凝土的溫度異常偏高。④混凝土澆筑后，及時安排養生，在此期間采取覆蓋、灑水措施，使混凝土表面保持濕潤，將溫度穩定在合理的區間內，在溫濕度均良好的條件下有效成型。⑤加強對混凝土溫度的檢測與控制，保證各處的溫度均在許可范圍內。⑥遵循隨拌隨用的原則，盡可能縮短混凝土出廠后至澆筑前的間歇時間，否則將由于時間的延長而削弱混凝土的性能，將此類混凝土投入使用后，也有可能出現裂縫。

4.5 合理確定施工配合比

施工配合比的確定是一項復雜度較高、細節較多、難度較大的工作，但科學的配合比至關重要，否則會影響混凝土在強度、和易性等方面的性能表現。因此，必須由專員參與，確定具有可行性的配合比。在實際設計中，水灰比、水泥以及粉煤灰等各類原材料的用量均是重點考慮對象，所選用的砂材料在粒徑、潔凈程度兩個方面均要滿足要求，經過多角度的分析后，確定具體的施工配合比，拌和站生產人員以此為基準，利用高精度的計量系統精準稱取適量的原材料，予以充分的拌和，制得均勻性較好、力學性能優越的混凝土。養護是提高混凝土施工質量的關鍵途徑，工程經驗表明，養護不及時、養護期間溫度及濕度控制不當時，均會對混凝土的成型狀態造成影響，導致結構的整體強度降低，隨之顯現出裂縫。高溫環境中應頻繁灑水，采用此方法彌補混凝土的水分散失量，以免因水分不足而開裂；并且，在灑水方式下，混凝土的溫度上升趨勢得到有效的抑制，收縮期間產生的約束應力較小，從而達到預防裂縫發生的效果。灑水的頻率以及灑水量無特定的要求，需要根據現場氣溫、混凝土成型狀態做靈活的調整。此外，還有必要對混凝土進行覆蓋。

5 結語

綜上所述，針對道路橋梁工程中較為常見的裂縫質量問題，必須準確探明原因，在日常施工中采取可行的預防措施，規避裂縫的出現。作為施工單位，需要統籌規劃，合理調度員工，引導各崗位員工嚴格依據工程規范以及施工圖紙工作，加強對各處細節的質量檢查與控制，例如原材料質量的控制、溫度的控制，確保建設成型的道路橋梁結構無裂縫以及其它質量問題。