公路橋梁設(shè)計(jì)與施工中裂縫成因及預(yù)防分析

公路橋梁設(shè)計(jì)與施工中裂縫成因及預(yù)防分析摘要：裂縫是公路橋梁中普遍存在的一種病害，其發(fā)生和發(fā)展會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體和耐久性的降低。根據(jù)公路橋梁工程的施工，可分為設(shè)計(jì)和施工兩大類(lèi)，由于各種原因造成的裂縫，應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施。關(guān)鍵詞：公路橋梁；設(shè)計(jì)；施工；裂縫成因；預(yù)防措施引言裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)整體和耐用性有很大的影響，在雨季時(shí)，雨水會(huì)順著結(jié)構(gòu)的裂縫滲入建筑內(nèi)部，使建筑結(jié)構(gòu)中的骨料被排出，從而降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。當(dāng)受力時(shí)，會(huì)引起結(jié)構(gòu)裂縫，嚴(yán)重時(shí)可引起結(jié)構(gòu)坍塌。然而，在公路橋梁設(shè)計(jì)和施工中，裂縫的形成機(jī)制和處理方法尚不明確，尚需深入探討。1.混凝土裂縫的類(lèi)型1.1.內(nèi)部裂縫構(gòu)件內(nèi)開(kāi)裂或縫隙與表面位置開(kāi)裂或縫隙同在一個(gè)體積空間范圍內(nèi)，且產(chǎn)生位置為同體積構(gòu)造物，當(dāng)表面開(kāi)裂或縫隙在混凝土構(gòu)件二次連續(xù)澆筑作業(yè)時(shí)，就會(huì)“隱藏起來(lái)”，從表面上看不到構(gòu)件內(nèi)開(kāi)裂或裂縫，我們稱(chēng)之為內(nèi)部裂縫。1.2.表面裂縫混合料構(gòu)造物當(dāng)接觸到外界水化作用或熱度、溫度變化干擾時(shí)，其構(gòu)造物內(nèi)外部溫度會(huì)出現(xiàn)不均衡溫差現(xiàn)象，內(nèi)部溫度高外部溫度低，溫差會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。當(dāng)溫度應(yīng)力達(dá)到或超出混凝土構(gòu)件抗變影響極限時(shí)，混凝土成品構(gòu)件就會(huì)出現(xiàn)表面開(kāi)裂或縫隙。對(duì)體積越大的混凝土，表面裂縫的危害性越小，表面裂縫不會(huì)深度滲入，但是直接影響工程美觀性和壽命。1.3.深層裂縫表面裂縫在特殊因素的作用下繼續(xù)滲透發(fā)展，可能會(huì)引發(fā)深層裂縫。與表面裂縫相比，深層裂縫可能造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力的改變，其危害性較大。1.4.貫穿裂縫混凝土構(gòu)件自身大，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸也大，受到水化熱的影響，混凝土構(gòu)件內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的溫度場(chǎng)。構(gòu)件內(nèi)部中心區(qū)域會(huì)出現(xiàn)大范圍出熱現(xiàn)象形成熱能量匯聚，構(gòu)件其傳導(dǎo)熱性能不滿(mǎn)足散熱需求，導(dǎo)致熱量短時(shí)間內(nèi)難以散出，致使構(gòu)件結(jié)構(gòu)中心區(qū)域與表面的溫差不斷加大，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力積累發(fā)展到一定程度就會(huì)產(chǎn)生貫穿裂縫，這種裂縫形式對(duì)大體積的混凝土傷害性極大。2.公路橋梁施工中混凝土開(kāi)裂和縫隙帶來(lái)的危害2.1.滲漏危害在進(jìn)行道路橋梁的建設(shè)中，如果混凝土出現(xiàn)裂縫，會(huì)導(dǎo)致公路產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題，如果遇到雨水天氣，雨水通過(guò)混凝土不斷地滲透到道路橋梁的內(nèi)部，就會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生水解反應(yīng)，嚴(yán)重影響混凝土的受力。不僅如此，滲透進(jìn)入的水還會(huì)使混凝土內(nèi)外產(chǎn)生一定的溫差，并產(chǎn)生凍脹反應(yīng)，這種反應(yīng)會(huì)加大裂縫的尺寸，長(zhǎng)此以往會(huì)對(duì)道路橋梁的安全產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，也給道路橋梁的使用帶來(lái)安全隱患。2.2.腐蝕危害腐蝕危害與碳化危害相似，均發(fā)生在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部。但二者作用對(duì)象不同，碳化主要對(duì)混凝土強(qiáng)度造成影響，而腐蝕是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋造成危害。在公路橋梁施工過(guò)程中，由于混凝土表面存在裂縫，環(huán)境中的水沿著表面裂縫進(jìn)入橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部，橋梁結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土組成，水的存在不僅加快了碳化速率，還與內(nèi)部鋼筋發(fā)生反應(yīng)，造成鋼筋銹蝕。因此施工部門(mén)及相關(guān)監(jiān)管部門(mén)，需要加大對(duì)施工材料的檢測(cè)力度，防止出現(xiàn)劣質(zhì)材料。2.3.碳化危害在公路橋梁建設(shè)中，碳化是不可避免的。因?yàn)檫@些裂縫,空氣中的二氧化碳會(huì)順著縫隙流入混凝土，而二氧化碳會(huì)與水泥中的堿性物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生碳酸鈣和水，降低混凝土的堿性。同時(shí)，還會(huì)在材料表面產(chǎn)生一層碳化膜，使混凝土的強(qiáng)度下降，對(duì)橋梁的整體穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響。設(shè)計(jì)問(wèn)題設(shè)計(jì)方案中理想工期要考慮全面在設(shè)計(jì)之初要考慮到多種潛在因素，理想化的工期設(shè)定可能會(huì)對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目的發(fā)展產(chǎn)生不利影響。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中對(duì)交付使用后功能問(wèn)題考慮不足設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮未來(lái)交通流量和道路橋梁的荷載要求，如果考慮不全面時(shí)會(huì)導(dǎo)致施工鋼筋規(guī)格與功能實(shí)際需求不完備，導(dǎo)致影響本工程項(xiàng)目構(gòu)造件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能和使用周期。4.引發(fā)道路橋梁裂縫的主要因素4.1.沉降裂縫道路橋梁施工作業(yè)時(shí)，橋梁基礎(chǔ)出現(xiàn)橫向位移或縱向不勻稱(chēng)沉降變化時(shí)都會(huì)增加混凝土構(gòu)件內(nèi)部的附加應(yīng)力變化，當(dāng)附加應(yīng)力達(dá)到一定的極限范圍后超過(guò)混凝土抗拉力，就會(huì)出現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)物的不勻稱(chēng)位置下降變形，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)部分沉降裂縫。4.2.其他裂縫除了沉降裂縫以外，混凝土材料自身的因素及施工工藝因素也可能引發(fā)裂縫。如工程項(xiàng)目中常見(jiàn)的表面、橫向、縱向、貫穿等類(lèi)型的裂縫都屬于上述情形導(dǎo)致的。具體成因分析如下：混凝土振搗施工作業(yè)中，當(dāng)出現(xiàn)振搗時(shí)間延誤、振搗棒插入深度不達(dá)標(biāo)及移動(dòng)距離不規(guī)范時(shí)，就容易導(dǎo)致蜂窩、麻面問(wèn)題的發(fā)生，可能引發(fā)混凝土裂縫?；炷吝\(yùn)輸中，自卸車(chē)輛的覆蓋處理、溫度保護(hù)、運(yùn)輸時(shí)間控制等都會(huì)影響到混凝土材料的性能，特別是溫度不當(dāng)及水分流失就會(huì)出現(xiàn)混凝土構(gòu)件開(kāi)裂現(xiàn)象。不經(jīng)過(guò)科學(xué)的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證就肆意增加或減少水灰比，從而實(shí)現(xiàn)混凝土流動(dòng)性達(dá)標(biāo)的操作，可能會(huì)帶來(lái)工程施工中混凝土的大幅收縮引發(fā)混凝土裂縫?；炷翝仓^(guò)程應(yīng)注意控制澆筑間隔，間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能導(dǎo)致上一層混凝土凝結(jié)強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，上下兩層混凝土構(gòu)造物不易有效結(jié)合，容易引起橫向裂縫的發(fā)生。

5.道路橋梁施工方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工措施的有效管控

5.1.設(shè)計(jì)方面的措施

5.1.1.道路橋梁工程的耐久性設(shè)計(jì)

從現(xiàn)場(chǎng)踏勘入手，考慮當(dāng)?shù)厥┕きh(huán)境氣候變化，使用人群對(duì)構(gòu)件本身功能需求，橋梁位置功能性要求等方面做好論證與數(shù)據(jù)梳理工作，確保經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)初勘和相關(guān)論證等系列工作后將各類(lèi)干擾因素降到最低值。

5.1.2.完善公路橋梁項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的質(zhì)量把控

前期設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響橋梁投入運(yùn)營(yíng)階段使用功能和安全功能。要抓好質(zhì)量控制及措施落實(shí)，做好各系列設(shè)計(jì)參數(shù)及數(shù)據(jù)驗(yàn)證與校準(zhǔn)工作。運(yùn)用創(chuàng)新思維和創(chuàng)新理念，論證過(guò)程中依托先進(jìn)的儀器和設(shè)備繪制出精準(zhǔn)安全地設(shè)計(jì)圖紙方案，為下一步工序做出基礎(chǔ)保障。

5.1.3.合理選擇設(shè)計(jì)方案

打破常規(guī)論證與驗(yàn)證程序，在選定方案中繼續(xù)二次優(yōu)化得出多套設(shè)計(jì)方案，在執(zhí)行必要論證程序前提下，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)投票或外聘專(zhuān)家遴選等方式選取最優(yōu)方案。

5.2.施工方面的措施

5.2.1.加強(qiáng)施工材料管理力度

施工人員崗位管理是施工質(zhì)量的保障。項(xiàng)目單位應(yīng)建立管理層人員儲(chǔ)備庫(kù)，施工技術(shù)人員儲(chǔ)備庫(kù)，機(jī)械設(shè)備操作人員儲(chǔ)備庫(kù)，財(cái)務(wù)人員儲(chǔ)備庫(kù)，落實(shí)各類(lèi)人員崗位培訓(xùn)和考核建設(shè)，施工隊(duì)伍各類(lèi)人員均為專(zhuān)業(yè)型參建人員，確保施工進(jìn)度和每個(gè)環(huán)節(jié)的工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

5.2.2.重視施工溫度管理

施工溫度差是施工項(xiàng)目應(yīng)最早考慮和控制的外部影響因素，它對(duì)混凝土構(gòu)造物內(nèi)、外部質(zhì)量均會(huì)有較大干擾，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)當(dāng)及時(shí)調(diào)控施工環(huán)境溫度?？衫谜{(diào)配冷水、溫度砂的措施調(diào)節(jié)溫度值的變化，確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)。5.3.重視施工工藝控制

（1）模板施工。模板選用鋼質(zhì)模為宜，且接頭部位利用裝配件組裝并連接。模板頂面與混凝土構(gòu)件上頂面與設(shè)計(jì)保持一致，當(dāng)出現(xiàn)局部低洼時(shí)，及時(shí)用水泥漿填補(bǔ)修正。

（2）澆筑與振搗?；炷翗?gòu)件澆筑前，要對(duì)模板的間隔縫隙、高度數(shù)值、潤(rùn)滑處理、支撐穩(wěn)度、基層平整度、潤(rùn)濕情況等進(jìn)行二次復(fù)核修正。構(gòu)件選用混合料澆筑作業(yè)過(guò)程中先使用插入式振搗棒插振，時(shí)間控制在20s左右，移動(dòng)間隔在作業(yè)范圍的1.5倍以?xún)?nèi)，并保持與模板及鋼筋在有效范圍以外，防止機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的干擾性碰撞?；炷显谡駬v作業(yè)之后，發(fā)現(xiàn)不平整部位及時(shí)進(jìn)行填補(bǔ)修正作業(yè)，填補(bǔ)修正過(guò)程中以使用混合料原漿為宜。人工找平作業(yè)確保構(gòu)造物上表面形成5~6mm左右的砂漿膜層。如人工找平作業(yè)完成后仍發(fā)現(xiàn)構(gòu)造物與模板間有高差問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)填補(bǔ)原構(gòu)件混合料，進(jìn)行二次整平作業(yè)，至高差滿(mǎn)足方案中的設(shè)計(jì)要求為止。

（3)表面整修。構(gòu)件表面抹面找平時(shí)，每次要與同平面接茬部位采用搭茬處理為宜。粗抹是整修的第一步，大體積構(gòu)件表面應(yīng)用規(guī)范儀器檢測(cè)。通常矯正方式采用的是“高處抹平、底處填補(bǔ)”的措施進(jìn)行抹面找平作業(yè)，還要用規(guī)范儀器進(jìn)行檢測(cè)，保證其平整度符合規(guī)范要求。

(4)養(yǎng)生及拆模?；炷翗?gòu)件物養(yǎng)生辦法采用濕法養(yǎng)生為宜。如遇大風(fēng)、高溫及其他不利天氣時(shí)，養(yǎng)生現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)對(duì)已覆蓋完成的構(gòu)件物及時(shí)進(jìn)行二次加固，確保覆蓋率達(dá)到技術(shù)要求。施工現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生用水也要符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)構(gòu)件養(yǎng)生合格后，拆膜順序應(yīng)“從上往下、先整體后局部”的原則依次進(jìn)行，已拆模板應(yīng)及時(shí)進(jìn)行打磨、防銹處理，嚴(yán)禁磕碰，苫蓋備用。養(yǎng)生時(shí)間及拆模時(shí)間按相關(guān)構(gòu)件物技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。

5.4.重視施工組織控制

(1）保證工期的組織措施。施工企業(yè)應(yīng)挑選本公司優(yōu)秀的管理及技術(shù)人員組建施工團(tuán)隊(duì)，發(fā)揮協(xié)作精神，優(yōu)化施工。施工流程環(huán)節(jié)中堅(jiān)持以組織建設(shè)保工期，以進(jìn)度控制保工期，以資金優(yōu)化保工期，以質(zhì)量體系保工期，以安全體系保工期，以“人和”保工期。

(2）設(shè)備、物資、資金保障。根據(jù)工程特點(diǎn)優(yōu)化配備施工機(jī)械設(shè)備，落實(shí)機(jī)械廠區(qū)內(nèi)保養(yǎng)、維修服務(wù)，降低設(shè)備的故障率。調(diào)配物資、設(shè)備應(yīng)按需按時(shí)分批次入場(chǎng)。加強(qiáng)資金調(diào)配力度，確保重點(diǎn)工序和關(guān)鍵部位施工期資金正常配置，保障重點(diǎn)工程按計(jì)劃順利進(jìn)行。

（3）加強(qiáng)質(zhì)保、安保、環(huán)保方面控制。健全完善的質(zhì)保、安保、環(huán)?！叭！斌w系。項(xiàng)目單位通過(guò)安全生產(chǎn)例會(huì)、安全交底、技術(shù)交底等形式逐層傳達(dá)并落到實(shí)處，實(shí)現(xiàn)“三?！斌w系的網(wǎng)格化監(jiān)管。

6.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，裂縫種類(lèi)繁多，形成機(jī)制也比較復(fù)雜。本文從宏觀上對(duì)公路橋梁工程設(shè)計(jì)施工過(guò)程進(jìn)行了分析，找出了施工中裂縫的形成機(jī)制。根據(jù)具體情況，提出了防止混凝土裂縫的對(duì)策。在混凝土拌和、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等各關(guān)鍵工序中，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土裂縫，提高其耐久性。參考文獻(xiàn)：