淺談橋梁裂縫產(chǎn)生原因及防治

郎 珉

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司神朔指揮部，天津 300222)

橋梁的開裂主要包括橋面的開裂、橋墩的開裂以及橋臺部分的開裂，以下分別分析這三個部分產(chǎn)生裂縫的原因。

1 混凝土橋面開裂原因分析及處理措施

1.1 橋面開裂原因分析

橋面鋪裝是車輪直接作用的部分，橋面鋪裝的作用在于防止車輪輪胎或履帶直接磨耗行車道板，保護(hù)主梁免受雨水侵蝕，并對車輛車輪的集中荷載起到分布作用。橋面鋪裝要求有一定的強(qiáng)度，并且要求滿足抗裂、抗沖擊、耐磨性等各項(xiàng)要求。當(dāng)然，考慮到分縫處板塊角易產(chǎn)生斜裂，故橋面鋪裝要具有一定的抗彎曲能力。下面對混凝土橋面鋪裝過早開裂的因素，主要是設(shè)計考慮不周，施工不當(dāng)及外界影響等方面的原因作簡要分析。

(1)橋面板剛度不夠。為了減輕恒載，試圖用增加鋼筋用量或采用高強(qiáng)度鋼筋來減輕橋面板的厚度(如某些頂板偏薄的箱梁結(jié)構(gòu))。這種橋面板由于剛度不夠，在重荷載的作用下引起較大的形變，在車輛的不斷沖擊振動下容易使橋面板產(chǎn)生裂縫，且發(fā)展較快。

(2)負(fù)彎矩的影響。對于連續(xù)梁橋、拱橋及懸臂梁橋等橋型結(jié)構(gòu)，由于荷載的作用產(chǎn)生負(fù)彎矩或拉力，使橋面鋪裝層受到拉力的作用產(chǎn)生裂縫，造成橋面鋪裝的損壞。

(3)橋面鋪裝層與主梁混凝土粘結(jié)不夠。在橋面鋪裝前沒有將梁表面的松散砂石粒、泥污等清洗干凈，沒有在梁表面鑿毛或鑿毛的深度和密度不夠，大大地降低了橋面鋪裝層與梁面之間的粘結(jié)力，破壞了混凝土的整體性，通車后車輪的劇烈沖擊和荷載的作用使橋面出現(xiàn)脫皮、裂縫、剝落等現(xiàn)象。

(4)橋面鋪裝層厚度過薄。由于施工因素造成梁表面高出設(shè)計標(biāo)高，或調(diào)整橋面縱橫坡等原因，造成橋面鋪裝局部過薄(一般不宜小于8 cm)，削弱了橋面鋪裝層的剛度和承載能力，這也是橋面早期破壞的原因之一。

(5)橋面鋪裝層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)走位。鋼筋網(wǎng)在進(jìn)行綁扎和澆筑混凝土?xí)r，受到施工人員、運(yùn)輸機(jī)具碾踏和混凝土拌和物的自重壓力，導(dǎo)致其緊貼梁面的走位現(xiàn)象，削弱了鋼筋網(wǎng)的分布筋作用承受荷載的能力，尤其對于出現(xiàn)負(fù)彎矩的橋面鋪裝層容易因此而出現(xiàn)橋面裂縫等損壞現(xiàn)象。

(6)混凝土的干縮作用。目前，橋面鋪裝多采用泵送混凝土工藝，為滿足泵送混凝土較大坍落度的要求，除摻外加劑外，還常采用加大水泥用量和適當(dāng)加大水灰比的方法，這兩者都是影響混凝土干縮并成正比關(guān)系的主要因素。水泥用量大時，水化熱大，引起行車道板和橋面鋪裝的溫差而產(chǎn)生變形約束。由于混凝土硬化初期的抗拉強(qiáng)度小，如果干縮和冷縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度，則導(dǎo)致混凝土內(nèi)部及表面產(chǎn)生裂縫。目前普遍存在著忽視混凝土養(yǎng)護(hù)現(xiàn)象，這更有利于溫度和干縮裂縫的發(fā)育，造成橋面的過早損壞。

(7)過早通車。有些建設(shè)單位為了盡早完成合同或“獻(xiàn)禮”工程所需，在橋面鋪裝完成幾天后即開放通車，造成橋面的強(qiáng)度不高，在形變未穩(wěn)定的情況下過早承受外來荷載的作用，造成橋面過早損壞。

(8)混凝土質(zhì)量的影響?；炷恋氖┕べ|(zhì)量直接影響橋面鋪裝的使用壽命。原材料質(zhì)量低劣、砂率過大、水灰比控制不好、砂石級配差、混凝土拌和物和易性差及施工時漏振、模板漏漿等造成混凝土出現(xiàn)蜂窩、麻面、強(qiáng)度降低等缺陷，這些缺陷破壞了鋪裝層的整體性，降低了鋪裝層抗裂、抗沖擊、抗彎曲及耐磨的能力。

(9)施工縫處理不當(dāng)。橋面鋪裝應(yīng)力求少設(shè)施工縫。作業(yè)的澆筑長度應(yīng)以施工縫設(shè)在墩臺頂位置來定，當(dāng)橋面不寬時以分隔帶為分界面。但不少單位在進(jìn)行橋面鋪裝時任意設(shè)置施工縫，且對施工縫的處理不當(dāng)(如不按規(guī)范鑿毛等)，在澆筑混凝土，出現(xiàn)間歇時間太長時(一般不宜超過1.0 h)，沒有按規(guī)定設(shè)置施工縫。這些嚴(yán)重地影響混凝土的連續(xù)性和整體性。

(10)荷載過大及沖擊影響。高密度、重交通及超載的車輛增加，加重了橋面鋪裝層的負(fù)荷，并且在路面不平整或伸縮縫等有高差的地方，易遭到大型的輪載帶來的沖擊破壞。

1.2 處理措施

(1)裂縫鑿槽嵌補(bǔ)法。鑿槽嵌補(bǔ)主要針對混凝土裂縫。沿混凝土裂縫鑿一條深糟，槽形多用V形槽，槽兩邊混凝土面必須修理平整，槽內(nèi)清洗干凈，然后在槽內(nèi)嵌補(bǔ)各種粘結(jié)材料，如環(huán)氧砂漿、瀝青等化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)劑。用水泥混凝土修補(bǔ)前，應(yīng)先將修補(bǔ)處濕潤，再涂刷同標(biāo)號的水泥砂漿(或其他粘結(jié)材料)，以加強(qiáng)新舊混凝土間的粘結(jié)性。

(2)鋼筋網(wǎng)混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固法。橋面鋪裝若已損壞，可采用全部鑿除，重做鋪裝層的方法，常用鋼筋混凝土澆筑修補(bǔ)。修補(bǔ)前，先將舊橋面鋪裝層鑿去，并將橋面板鑿低數(shù)厘米(結(jié)合面要求鑿成齒形)，然后焊接或埋設(shè)鋼筋網(wǎng)，澆筑混凝土后，養(yǎng)護(hù)至標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。

(3)混凝土粘結(jié)劑或環(huán)氧樹脂材料修補(bǔ)法。混凝土粘結(jié)劑可根據(jù)不同的要求拌制成凈漿(主要為礦粉)、砂漿及混凝土幾種，可視破損情況采用表面封涂修補(bǔ)或澆筑涂層修補(bǔ)法，對于小面積破損可用前者，如用水比克涂料;對于破損面大且深的可用后者。粘結(jié)劑修補(bǔ)的操作步驟可分為表面處理、支立模板(封涂法不需用)、膠粘劑拌制和備料、缺陷封嵌或灌筑及濕胎養(yǎng)護(hù)等過程。修補(bǔ)時，應(yīng)注意避免荷載或重力振動的干擾、避免雨水沖淋。并且，應(yīng)注意由低向高，由內(nèi)向外添抹，并保證在封涂缺陷周圍2 cm粘附面，封涂層厚度以不小于2.5 cm為宜。用環(huán)氧樹脂材料修補(bǔ)破損路面，對缺陷部位的處理是很嚴(yán)格的，要求無水濕、無油漬、無灰塵及污物、無軟弱帶，并對混凝土加以鑿毛。修補(bǔ)前，先按照需求量及配比要求配置環(huán)氧樹脂水泥砂漿或混凝土，由于環(huán)氧樹脂一旦加入固化劑后凝固較快，容易出現(xiàn)發(fā)熱、結(jié)硬的現(xiàn)象，故配置時必須分別拌和，隨用隨配。修補(bǔ)時，先將拌合均勻的環(huán)氧樹脂基液在預(yù)補(bǔ)的缺陷區(qū)表面涂刷一薄層，其厚度不應(yīng)超過1 mm。待基液中的氣泡清除后(45 min)，再涂抹環(huán)氧砂漿或環(huán)氧混凝土。涂抹環(huán)氧砂漿應(yīng)攤鋪均勻，每層厚度不超過1.0～1.5 cm，并用木、鐵抹子反復(fù)壓抹密實(shí)。橋面路拱度大時，應(yīng)增大環(huán)氧砂漿或環(huán)氧混凝土的稠度。澆筑環(huán)氧混凝土的工藝與普通混凝土基本相同，鋪筑時應(yīng)注意防止擾動已涂刷的基液，同時要充分插搗密實(shí)并用鐵抹反復(fù)壓抹，直至補(bǔ)平為止。修補(bǔ)完畢后，還應(yīng)注意做好養(yǎng)護(hù)工作。用粘結(jié)劑修補(bǔ)的，待初凝后即遮蓋草包、麻袋、布片等，溫水養(yǎng)護(hù)，一般需72 h以上。環(huán)氧樹脂材料修補(bǔ)后，視氣溫影響一般約4～24 h才能固結(jié)，形成足夠的強(qiáng)度，在此期間，應(yīng)嚴(yán)禁汽車碾壓，2 d后方可開放交通。

(4)鋼纖維混凝土修補(bǔ)法。鋼纖維混凝土系列用于橋面鋪裝層維修，能增強(qiáng)橋面抗裂性、抗彎曲性、耐疲勞性。其常用摻量為1% ～2%(以體積計，約相當(dāng)于每1m3混凝土摻鋼纖維48～156 kg)，拌和的投料次序和方法宜采用粗細(xì)料、鋼纖維和水泥先干拌而后加水濕拌的方法，其澆筑與常規(guī)普通混凝土澆筑基本相同。

2 橋墩開裂原因分析及處理措施

2.1 承臺對橋墩收縮的影響。

根據(jù)現(xiàn)場情況，在施工橋墩時，承臺混凝土齡期最大達(dá)5個月，大部分齡期在2～4個月。眾所周知，混凝土的收縮變形、速度和混凝土齡期有關(guān)，一般混凝土在初期(60 d)收縮量將達(dá)到總收縮的50%。橋梁在澆筑橋墩混凝土?xí)r，承臺混凝土的收縮變形已基本穩(wěn)定，收縮變形速率很小，而橋墩混凝土在澆筑完成硬化初期，其收縮變形速率較大，承臺的收縮變形和橋墩收縮變形不協(xié)調(diào)，剛度較大的承臺對橋墩收縮變形有較強(qiáng)的約束、限制作用。作用的結(jié)果是使橋墩產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，這種約束作用越靠近承臺越大，當(dāng)橫向拉應(yīng)力超過混凝土對應(yīng)階段的抗拉強(qiáng)度時，將在橋墩下部中間部位產(chǎn)生裂縫。

2.2 施工工藝的影響。

施工工藝的影響體現(xiàn)在配合比、混凝土下料、振搗等幾個方面。為適應(yīng)混凝土的泵送，在混凝土中摻加了粉煤灰、礦粉摻和料，并采用了聚羧酸作為外加劑。粉煤灰、礦粉、聚羧酸的摻加，的確可以改善混凝土的和易性、提高其強(qiáng)度、節(jié)省水泥用量，但摻粉煤灰、礦粉、高效減水劑配制的高性能混凝土，由于混合料中的各種組分密度差異較大，屬多種細(xì)粉料混合，當(dāng)混凝土攪拌不均勻、澆筑、搗固工藝不規(guī)范時，反到會容易使混凝土拌合物產(chǎn)生離析、泌水、不均勻體積收縮，混凝土結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生不同程度的裂縫、沙面、水印。不但影響其表面美觀，有些裂縫還可能危及到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

2.3 混凝土澆筑速度的影響。

混凝土的澆筑速度也是引起橋墩下部開裂的原因之一。據(jù)現(xiàn)場了解，大部分橋墩混凝土的澆筑總時間為9 h，有的甚至達(dá)到10多個小時。亦即，當(dāng)下部混凝土已經(jīng)初凝后，整個橋墩混凝土的澆筑才完成，在輸送混凝土的過程中，輸送管道不可避免地對已澆混凝土有擾動，同時上部澆筑沒有初凝的混凝土對下部已澆筑的并初凝的混凝土相當(dāng)于施加了豎向荷載，會使已澆部分、初凝的混凝土產(chǎn)生初始裂紋，此將為橋墩混凝土裂縫擴(kuò)展埋下隱患。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，總澆筑時間越長的橋墩，裂縫寬度都較大、出現(xiàn)裂縫的比例更高。

處理措施:為使得承臺、橋墩混凝土收縮變形、速率盡量一致，盡量在承臺混凝土澆筑施工完成后即行施工橋墩混凝土?？紤]橋墩鋼筋綁扎、立模等工序，最好在澆筑完承臺10～15 d后施工橋墩混凝土。

由于摻加聚羧酸高效減水劑、粉煤灰摻合料的混凝土具有良好的和易性、節(jié)省水泥、強(qiáng)度較高，故在現(xiàn)場應(yīng)用越來越多。對于貫通裂縫，如只采用表面涂封縫膠、設(shè)注漿器，不采用斜向設(shè)注漿管的方式，內(nèi)部裂縫不可能注滿。

3 橋臺開裂原因分析及防治

3.1 開裂原因分析

結(jié)構(gòu)物的裂縫一般可分為結(jié)構(gòu)裂縫和變形裂縫，其中大部分混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生原因是由于變形作用引起的，變形作用包括溫度、濕度(影響混凝土收縮)和不均勻沉降。由于薄壁橋臺是施工完后未架梁，臺背未填土，經(jīng)研究分析，橋臺開裂主要是受自重及溫度、混凝土收縮等因素影響，裂縫為變形裂縫。結(jié)合裂縫的形狀，由承臺頂向上開裂，可認(rèn)定為橋臺開裂與溫度及混凝土收縮有關(guān)，為非結(jié)構(gòu)性裂縫。其開裂原因是由于橋臺混凝土澆筑后產(chǎn)生的收縮以及較大體積的混凝土澆筑時所產(chǎn)生的水化熱的影響。由于承臺先前已施工完畢，承臺與臺身混凝土收縮不同步，承臺的混凝土收縮量在臺身施工前已基本完成，故臺身混凝土收縮時受到承臺的約束，臺身混凝土將產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時，就會導(dǎo)致混凝土開裂。影響混凝土開裂的因素很多，主要的因素還包括混凝土配合比水灰比、水泥用量、集料數(shù)量、鋼筋數(shù)量、構(gòu)件形狀和尺寸、施工條件、養(yǎng)護(hù)條件、干燥過程、周圍空氣的濕度以及干燥時間的長短等。

(1)水灰比。水灰比用水量越多，收縮的趨勢就越大，用水量大既增加收縮又降低強(qiáng)度。

(2)水泥用量。水泥用量多、標(biāo)號高，混凝土收縮就越大，早強(qiáng)水泥比普通水泥的收縮也要大，磨得比較細(xì)的水泥和含碴量高的水泥相對地收縮也大。

(3)集料。最大粒徑愈小的混凝土收縮愈大，粘土的收縮大于水泥石的收縮，集料中含泥量越高，混凝土的收縮越大。

(4)鋼筋。鋼筋能約束收縮但不能阻止收縮，適當(dāng)增加鋼筋可減少裂縫的數(shù)量以及裂縫的寬度。

(5)構(gòu)件形狀和尺寸。構(gòu)件體積與表面積的比值越大，收縮越小，混凝土的收縮應(yīng)變值，一般配筋率的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的干縮約為0.02%～0.03%。

(6)施工因素。施工中混凝土振搗是否密實(shí)非常關(guān)鍵，如果存在較多的空隙，在應(yīng)力作用下裂縫將首先在該處開裂。有些橋臺在澆筑混凝土?xí)r下料筒較少，導(dǎo)致混凝土橫流，造成離析，在粗骨料多的地方造成薄弱帶而引起臺身開裂。模板拉桿的設(shè)置也可能成為產(chǎn)生裂縫的因素，目前施工常用的方法是模板間用鋼筋作為拉桿，拉桿外套PVC管或竹筒作為內(nèi)支撐，設(shè)置較密，為方便裝模，拉桿設(shè)置成行成列，這些“行”和“列”造成臺身的薄弱處而導(dǎo)致臺身開裂。

(7)養(yǎng)護(hù)條件。混凝土在暴露的氣候條件下不加養(yǎng)護(hù)對混凝土開裂有很大的影響，很大的溫度梯度和濕度梯度會在混凝土表面和內(nèi)部之間產(chǎn)生很大的內(nèi)部約束，因而養(yǎng)護(hù)保溫、保濕就顯得非常重要。當(dāng)新澆筑的混凝土在澆筑后迅速干燥，混凝土表面達(dá)到一定程度的硬化，但徐變又不能緩解塑性收縮引起的體積變化，混凝土又沒有足夠的強(qiáng)度抵抗拉應(yīng)力時，臺身就會發(fā)生塑性收縮裂縫。

3.2 防治措施

(1)材料方面。應(yīng)用設(shè)計允許的最小水泥用量，富配合比更易開裂。在能滿足和易性要求的情況下，盡量采用較小的水灰比，選用質(zhì)量好的骨料，骨料使用前應(yīng)清洗干凈，減少含泥量。

(2)施工方面?；炷翝仓r盡量振搗密實(shí)，設(shè)置多個下料筒同時下料，防止混凝土離析。施工時間應(yīng)避開中午高溫時段，減少溫差的不利影響。拉桿的設(shè)置盡量布置成梅花狀，在保證模板不變形的情況下，不要多設(shè)拉桿。

(3)養(yǎng)護(hù)方面。盡早開始養(yǎng)護(hù)，在混凝土表面水膜消失以前開始養(yǎng)護(hù)，保持濕潤，待混凝土硬化達(dá)到規(guī)范要求后，及時拆模養(yǎng)護(hù)保濕，防止表面干燥。在冷天拆除模板或保濕設(shè)施時，應(yīng)防止混凝土表面溫度迅速降低產(chǎn)生冷擊。

4 結(jié)論

根據(jù)以上分析，對于橋面部分產(chǎn)生的裂縫，可采用裂縫鑿槽嵌補(bǔ)法、鋼筋網(wǎng)混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固法、混凝土粘結(jié)劑或環(huán)氧樹脂材料修補(bǔ)法以及鋼纖維混凝土修補(bǔ)法進(jìn)行處理;對于橋墩部分產(chǎn)生的裂縫，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)充分考慮混凝土組分材料改變引起的組分密度、粒徑變化，對施工工藝進(jìn)行調(diào)整，只有這樣才能充分發(fā)揮新材料的優(yōu)勢;對于橋臺部分產(chǎn)生的裂縫，由于環(huán)境溫降、溫差的共同作用，在臺身的部份區(qū)域出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，足以使常規(guī)設(shè)計的鋼筋混凝土開裂。因此，在設(shè)計、施工過程中，在薄壁橋臺較寬的情況下，應(yīng)考慮采取防止裂縫產(chǎn)生的措施。由于產(chǎn)生的裂縫為非結(jié)構(gòu)性裂縫，內(nèi)部應(yīng)力得到完全釋放，結(jié)構(gòu)安全性仍有保障，但需對裂縫做封閉處理，以防止鋼筋被銹蝕。引起薄壁橋臺的開裂的因素較多，需要在設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)等各個環(huán)節(jié)加強(qiáng)控制，只有消除各方面的不利因素，才能有效防止裂縫的發(fā)生。

［1］李超華.薄壁橋臺鋼筋混凝土臺身開裂原因分析及防治［J］.公路交通技術(shù)，2004(3)

［2］李智勇.對混凝土橋面開裂處治及成因的探討［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2009(6)

［3］李始剛.橋臺橫向開裂實(shí)例分析［J］.黑龍江科技信息，2009(7)

［4］劉海濤.U型橋臺開裂原因分析及碳纖維布法加固研究［J］.北方交通，2010(2)

［5］李新樂，竇慧娟.鋼筋混凝土橋墩頂帽豎向開裂原因分析及加固對策［J］.鐵道建筑，2007(8)