高速公路橋梁裂縫的成因及防治方法

李丹青

（邢臺(tái)市高速公路管理處，河北 邢臺(tái)054001）

0 引言

隨著我國(guó)高速公路的不斷發(fā)展，混凝土因其原材料的取材廣泛、價(jià)格低廉、高抗壓強(qiáng)度、抗腐蝕、抗風(fēng)化等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于高速公路建設(shè)當(dāng)中。但是隨著高速公路車流量的不斷增加，超速超限的現(xiàn)象不斷發(fā)生，在施工當(dāng)中存在的一些問題以及鋼筋的選擇不當(dāng)或混凝土自身抗拉性能較差，都可能促使橋梁在使用過程中產(chǎn)生裂縫，帶來(lái)極大的危害。因此對(duì)混凝土橋梁裂縫的成因及處理方法進(jìn)行研究顯得十分必要。

1 混凝土橋梁裂縫的成因

促使混凝土橋梁裂縫形成的原因很多，甚至可能是由于多種原因共同作用造成的，現(xiàn)結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)邢臨高速K0+000～K52+564區(qū)間所有混凝土橋梁裂縫進(jìn)行分析總結(jié)。

1.1 荷載產(chǎn)生的裂縫

荷載裂縫主要是指橋梁在正常運(yùn)營(yíng)下產(chǎn)生的裂縫，主要分為直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫，其產(chǎn)生的原因主要有：設(shè)計(jì)計(jì)算階段結(jié)構(gòu)的少算或者漏算，鋼筋的布置不合理，施工階段施工工藝的選擇不當(dāng)，運(yùn)營(yíng)階段養(yǎng)護(hù)的不合理，嚴(yán)重的超速超載現(xiàn)象和車輛的撞擊等。次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫，裂縫產(chǎn)生的原因有：在設(shè)計(jì)外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)物的實(shí)際工作狀態(tài)同常規(guī)計(jì)算有出入或計(jì)算中不考慮，從而在某些部位產(chǎn)生次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂；橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要開槽、開洞設(shè)置牛腿等，在常規(guī)計(jì)算中很難用準(zhǔn)確的圖示進(jìn)行計(jì)算，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置受力鋼筋就使得橋梁結(jié)構(gòu)與實(shí)際結(jié)構(gòu)有出入。

1.2 溫度變化產(chǎn)生的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當(dāng)外界溫度發(fā)生變化的時(shí)候，混凝土構(gòu)件要發(fā)生變形，若變形受到約束，則會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫，所以溫度變化是這類裂縫產(chǎn)生的最主要原因，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）日照：橋面板，梁和橋側(cè)面受到長(zhǎng)時(shí)間的日照，溫度會(huì)明顯高于其他部位，由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力變大，就會(huì)出現(xiàn)裂縫；

（2）驟然的降溫：突降大雨、冷空氣的來(lái)襲導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)表面的溫度很快降低，但結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度變化會(huì)很緩慢，從而產(chǎn)生裂縫；

（3）混凝土水化熱：這類裂縫主要出現(xiàn)在施工過程中，大體積混凝土澆筑之后，在固化過程中內(nèi)部的溫度要高于外部的溫度，此時(shí)內(nèi)部巨大的熱量如果無(wú)法排除則會(huì)產(chǎn)生裂縫。

1.3 混凝土收縮徐變產(chǎn)生的裂縫

混凝土在硬化過程中，由于水分的不斷流失造成混凝土的干縮并且在長(zhǎng)期的荷載作用下，混凝土?xí)驗(yàn)槭┘雍奢d而發(fā)生緩慢的變形，從而引起開裂。

1.4 基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫

在橋梁結(jié)構(gòu)中，由于地質(zhì)勘察的精度不夠，鉆孔灌裝的樁深不夠，基礎(chǔ)的整體剛度不夠，地基的地質(zhì)差異較大，結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)類型差異大等原因都有可能造成不均勻沉降，從而產(chǎn)生裂縫。

1.5 鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫

當(dāng)水滲入了混凝土結(jié)構(gòu)物當(dāng)中，鋼筋長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中就會(huì)產(chǎn)生銹脹，從而使混凝土產(chǎn)生開裂。造成銹蝕的主要原因有雨雪天氣時(shí)泄水孔和中央分隔帶長(zhǎng)時(shí)間被水沖刷而進(jìn)水時(shí)橋梁伸縮縫的膠條損壞，橋臺(tái)滲水被沖刷以及施工時(shí)鋼筋保護(hù)層過薄等。

1.6 施工產(chǎn)生的裂縫

主要是施工過程中，因不按規(guī)范要求操作、使用未達(dá)到標(biāo)號(hào)的混凝土，橋梁構(gòu)件在澆筑、起模、拆模、養(yǎng)生、運(yùn)輸、拼裝、吊裝過程中因不可抗拒的原因造成的裂縫。

2 混凝土橋梁裂縫的預(yù)防和治理辦法

雖然引發(fā)混凝土產(chǎn)生裂縫的原因眾多，但是其根本都是由于變形和應(yīng)力造成的。在知道裂縫成因后可以制定相應(yīng)的防治辦法，減少和避免裂縫的再次產(chǎn)生，從而減少橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，也減少了相應(yīng)的維修費(fèi)用。

2.1 表面處理法

適用范圍是在構(gòu)件表面形成的較淺的裂縫，多數(shù)是由素混凝土的干縮形成的細(xì)小的無(wú)規(guī)則的裂縫，可在其表面涂抹環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

2.2 填充法

當(dāng)裂縫較寬時(shí)，應(yīng)采用壓力灌漿法灌注環(huán)氧樹脂膠或者其他灌縫材料。當(dāng)裂縫較窄時(shí)，可在裂縫處筑成一楔形口，然后再灌注環(huán)氧砂漿，一般來(lái)說這種修補(bǔ)方法簡(jiǎn)單易操作，費(fèi)用少。

2.3 灌漿法

灌漿法應(yīng)用范圍廣泛，從細(xì)微裂縫到大裂縫均可用。

2.4 結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法

因?yàn)闃蛄撼?fù)荷工作，混凝土耐久性下降等因素產(chǎn)生的裂縫，可以采取加大澆筑鋼筋混凝土截面法、增加鋼筋法、預(yù)應(yīng)力法、黏貼碳纖維布法等等，下面介紹其中兩種方法。

（1）碳纖維布加固法

當(dāng)結(jié)構(gòu)部件（主要是梁板）出現(xiàn)多條裂縫，或者形成網(wǎng)裂的時(shí)候，可采用此法，最初先用壓力注漿法灌注所有裂縫，然后在構(gòu)件的表層涂抹一層底膠，貼上碳纖維布。其加固原理是利用其配套樹脂的剪切強(qiáng)度將混凝土構(gòu)件承載的荷載傳遞給碳纖維，使后黏貼的碳纖維和原鋼筋混凝土構(gòu)件共同承受荷載作用力。此加固方法費(fèi)用比較高，在裂縫較嚴(yán)重的時(shí)候可以采取。

（2）鋼板加固法

采用環(huán)氧樹脂系列的黏結(jié)劑，將鋼板貼在混凝土結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度薄弱的部位，使之與結(jié)構(gòu)物形成一整體，通過鋼板與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)共同作用，提高其剛度，限制裂縫發(fā)展，改善鋼筋及混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，從而提高梁的承載力，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果。

3 結(jié)語(yǔ)

混凝土橋梁作為高速公路系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，能帶動(dòng)全國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，然而橋梁的安全問題則是高速公路的重中之重。橋梁部件的裂縫存在，給橋梁安全問題埋下了隱患，因此對(duì)橋梁裂縫進(jìn)行合理有效的處理非常關(guān)鍵。