棗林莊樞紐25孔閘機(jī)架橋裂縫原因及修補(bǔ)措施

邊 司，張 微

（1河北省大清河河務(wù)管理處，河北 保定071051；2保定市江河水利咨詢(xún)監(jiān)理有限公司，河北 保定071000）

1 工程概況

棗林莊樞紐位于任丘市棗林莊村與安新縣趙北口村交界處，是發(fā)揮白洋淀調(diào)洪、蓄水、灌溉和航運(yùn)等綜合效益的重要工程，25孔閘是棗林莊樞紐的重要組成部分之一，水閘結(jié)構(gòu)型式為開(kāi)敞式，閘門(mén)為平面升臥式鋼閘門(mén)。閘單孔凈寬10m，閘墩厚0.7m，閘室段長(zhǎng)6m。該閘機(jī)架橋布置在閘墩上，橋面高程14.2m，橋面寬2.8m，橋面長(zhǎng)300m。 1999～2001年對(duì)該樞紐25孔閘公路橋、防滲阻滑板、兩岸護(hù)坡進(jìn)行了加固，增設(shè)了閘門(mén)自動(dòng)化啟閉設(shè)備及啟閉機(jī)房。但由于資金所限，閘機(jī)架橋、閘墩并未列入該樞紐除險(xiǎn)加固工程的建設(shè)項(xiàng)目中。

2 裂縫情況

棗林莊樞紐建于1970年，自建成至今運(yùn)行已40多年。25孔閘機(jī)架橋在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生了一些損傷，裂縫是其中最常見(jiàn)的損傷。一些裂縫在外界負(fù)載下不斷發(fā)展，尤其是在內(nèi)部物理或化學(xué)因素下，更導(dǎo)致了混凝土的碳化及鋼筋銹蝕和保護(hù)層脫落等問(wèn)題。這些問(wèn)題會(huì)影響結(jié)構(gòu)安全，裂縫會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性，必須加以修復(fù)與控制，否則會(huì)影響橋梁的正常運(yùn)行，可能?chē)?yán)重縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命，甚至導(dǎo)致安全事故。

目前，此橋的主要裂縫損傷有：①閘墩頂支撐T梁部位混凝土破損嚴(yán)重，76.9%的上游側(cè)墩頂存在豎向開(kāi)裂、剝落、破碎等缺陷；上游墩頭存在多條豎向裂縫，水位變化區(qū)全部存在網(wǎng)狀裂縫。②機(jī)架橋T梁混凝土多處開(kāi)裂、剝落、露筋，露筋銹蝕嚴(yán)重；77.8%的T梁存在露筋，個(gè)別翼緣板存在斷裂。

3 裂縫產(chǎn)生原因

3.1 混凝土及工件老化

該閘建成至今已有42年，機(jī)架橋、閘墩混凝土老化嚴(yán)重，施工質(zhì)量較差，加之多年閘門(mén)啟閉力的作用，導(dǎo)致T梁出現(xiàn)裂縫?；炷羷兟渲饕怯蜌种ёВ宜臍秩椭ёＪ褂闷跒?0年，多數(shù)油氈支座已老化失效，造成機(jī)架橋T梁對(duì)閘墩直接接觸，處于無(wú)支座狀態(tài)，在熱脹冷縮及閘門(mén)啟閉力的作用下，T梁梁端和閘墩頂部接觸部位的混凝土出現(xiàn)破裂。

3.2 溫度變化

混凝土受溫度影響，在冷熱變化時(shí)，產(chǎn)生膨脹或收縮，繼而生成溫度應(yīng)力。當(dāng)混凝土強(qiáng)度抵不過(guò)溫度應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生裂縫，產(chǎn)生溫度裂縫因素有：

3.2.1 日照

橋梁受到太陽(yáng)暴曬后，各個(gè)部位受到不均勻加熱，非線形分布的溫度梯度導(dǎo)致局部應(yīng)力增大，與結(jié)構(gòu)本身的約束力產(chǎn)生效應(yīng)，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

3.2.2 氣溫驟降

突降大雨等驟然降溫會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的外表面溫度突然下降，但因橋梁內(nèi)部溫度變化相對(duì)緩慢而產(chǎn)生溫度梯度，使不同部位局部應(yīng)力增大，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

3.2.3 冰凍隆漲

凍脹是大氣溫度小于0℃時(shí)，混凝土吸入飽和水后冷凍成冰，約3%的混凝土體積膨脹，導(dǎo)致了膨脹應(yīng)力產(chǎn)生。同時(shí)冷凍成冰的過(guò)冷水在混凝土凝膠孔中產(chǎn)生滲透壓，再次增加了混凝土的膨脹應(yīng)力，在一定程度上使混凝土強(qiáng)度進(jìn)一步降低，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

3.3 鋼筋銹蝕

正常情況下，保護(hù)層厚度不足或質(zhì)量較差的混凝土，使鋼筋受到空氣中二氧化碳或氯化物侵蝕。二氧化碳或氯化物使鋼筋周?chē)炷了岫燃哟?，?dǎo)致鋼筋表面的氧化膜受到損傷，鐵離子在混凝土中與氧氣和水發(fā)生銹蝕反應(yīng)，使鋼筋體積增加，鋼筋周?chē)炷潦艿脚蛎洃?yīng)力，鋼筋有效斷面面積減小，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土沿鋼筋產(chǎn)生裂縫，并誘發(fā)其他形式的裂變，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞。

3.4 基礎(chǔ)不均勻沉降

通常情況下，造成地基不均勻沉降原因有：①主觀原因?yàn)榻ㄖ┕さ脑O(shè)計(jì)問(wèn)題，例如：同一建筑工程的地基采用了多種處理方法、對(duì)工程平面變化及立面錯(cuò)層引起的荷載不均勻處理措施不當(dāng)、工程地基處理方法與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不一致、實(shí)際工程施工的設(shè)計(jì)未達(dá)到或超出了規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。由于這些因素造成工程地基受力狀態(tài)的改變，以及地基的不均勻沉降。②客觀原因一般為工程地基的土層分布不均勻或土質(zhì)差別較大等。③在工程施工過(guò)程中或完工后，人為因素造成的地基松動(dòng)改變等情況，造成沉降不均勻。

3.5 其他

3.5.1 收縮

由于混凝土水化反應(yīng)前物質(zhì)的總體積比混凝土凝固時(shí)水泥水化物的體積大，便產(chǎn)生了收縮現(xiàn)象?；炷恋娜扛稍镞^(guò)程是由外到內(nèi)逐漸延伸的?；炷羶?nèi)部的水分含量表現(xiàn)出不同的梯度，導(dǎo)致內(nèi)部收縮不均勻，承受了不同壓力梯度的混凝土受到的拉伸應(yīng)力超出它自身拉伸能力時(shí)，結(jié)構(gòu)便產(chǎn)生了收縮裂縫。

3.5.2 荷載

在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)直接應(yīng)力或次應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫被稱(chēng)為荷載裂縫。直接應(yīng)力裂縫是指一般情況下建筑在某些外部負(fù)載下引起的由直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫，其原因包括在設(shè)計(jì)階段計(jì)算失誤、施工階段不對(duì)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)進(jìn)行處理、使用階段超出結(jié)構(gòu)能力應(yīng)用或受到地震等自然災(zāi)害等。次應(yīng)力裂縫是指次生應(yīng)力引起的結(jié)構(gòu)裂縫，其原因是結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)與常規(guī)設(shè)計(jì)的計(jì)算誤差，使結(jié)構(gòu)某些部位產(chǎn)生次應(yīng)力，導(dǎo)致了裂縫產(chǎn)生。

4 修補(bǔ)措施

4.1 支座

（1）經(jīng)常檢查支座及配件完整性，是否潔凈、脫位，如發(fā)現(xiàn)支座出現(xiàn)翹曲、斷裂等問(wèn)題，要及時(shí)更換或補(bǔ)充。

（2）檢查固定支座是否移位、位移量是否大于正常范圍、固定支座的連接工況是否完好等。

（3）保持支座附近凈潔，涂抹保養(yǎng)支座的專(zhuān)用油，檢查支座墊層混凝土變形是否均勻、有無(wú)破碎等。

4.2 一般裂縫

對(duì)于不影響工程結(jié)構(gòu)的一般性裂縫，可采用灌漿修補(bǔ)技術(shù)或填縫修補(bǔ)技術(shù)。灌漿修補(bǔ)主要指利用各種灌漿設(shè)備將一定比例的純水泥漿液或摻入了懸浮劑的混合水利砂漿灌入工程裂縫內(nèi)，與裂縫互相粘合。填縫修補(bǔ)技術(shù)包括兩種：①無(wú)筋水泥砂漿填縫是將1∶3的水泥砂漿或摻入107膠的聚合水泥砂漿填入工程裂縫中；②配筋水泥砂漿是在裂縫中嵌入鋼筋，然后用水泥砂漿填縫的方法進(jìn)行填補(bǔ)。

4.3 T梁與橋墩上的損傷

對(duì)于T梁與橋墩上的混凝土開(kāi)裂、剝落、破碎等損傷，宜采取碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)受傷主梁：①固化后的碳纖維粘貼在受傷結(jié)構(gòu)表面與原結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，使碳纖維與受傷結(jié)構(gòu)一起受力；②由于碳纖維承擔(dān)了一部分負(fù)載，一定程度上降低了混凝土的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，使原來(lái)的結(jié)構(gòu)得到加固。

4.4 特殊裂縫

對(duì)于墩頭存在的多條豎向裂縫和水位變化區(qū)存在的網(wǎng)狀裂縫，宜采用表面噴漿法。表面噴漿是在經(jīng)拉毛處理的混凝土裂縫表面，噴射高強(qiáng)度、高密度的水泥砂漿，以防止裂縫產(chǎn)生或加劇的一種修護(hù)方法。噴漿作業(yè)前，要對(duì)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行處理，尤其要除去結(jié)構(gòu)表面松動(dòng)或剝離的部分。鋼筋混凝土須清除外露鋼筋上的鐵銹，并對(duì)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行沖洗，然后開(kāi)始噴漿作業(yè)。

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