橋梁梁體裂縫形成原因分析及加固對策

陜西榆林榆神高速公路有限公司 陜西榆林 719000

摘要：橋梁裂縫的存在影響橋梁的使用壽命，本文通過分析橋梁混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，提出了相應的維修加固對策。

關鍵詞：橋梁裂縫；形成原因；加固對策

引言

橋梁在長期運營過程中，受環(huán)境因素、材料、荷載超重等原因，會產(chǎn)生各種各樣的病害，裂縫是各種病害的主要變現(xiàn)形式，裂縫的產(chǎn)生影響橋梁耐久性和使用壽命。本文根據(jù)榆林至神木高速公路施工和運營期間橋梁病害觀測情況，談談預應力混凝土梁體裂縫產(chǎn)生的原因及加固對策。

1.常見的梁體裂縫

榆神高速公路橋梁為連續(xù)箱梁，最大跨徑40米。通過對全線重點大橋外觀檢測及每季度監(jiān)測情況，發(fā)現(xiàn)裂縫由以下幾種形式存在：

1.1少數(shù)幾片梁存在斜裂縫，斜裂縫分布在剪應力較大的支座附近，與梁軸線成30-50°。

1.2 縱向裂縫分布在梁底面、腹板內(nèi)外側，縱向裂縫一般沿梁體主筋、預應力管道方向?？v向裂縫是本條高速公路箱梁裂縫的主要表現(xiàn)形式，存在此病害的梁片較多。

1.3 橫向裂縫主要分布在梁體跨中，部分橫縫與腹板貫通，橫向裂縫寬度在0.05mm以內(nèi)，多條分布，間距均勻，與梁體鋼筋箍筋間距相似。

1.4 溫度裂縫，出現(xiàn)在箱梁的變截面和尺寸較小的截面。

1.5 收縮裂縫，出現(xiàn)在混凝土表面，無規(guī)則，縱橫交錯，成龜裂狀。

1.6 橫隔板分布不規(guī)則裂縫，裂縫伴有滲跡，混凝土堿化現(xiàn)象。

1.7混凝土表面有銹蝕，沿鋼筋方向分布的銹脹裂縫。

2.裂縫形成原因分析

預應力混凝土箱梁開裂具有普遍性特點，造成開裂原因很多，引起上述梁體裂縫的主要原因有：

2.1設計原因

（1）設計時梁端鋼筋配置不當，彎起鋼筋和箍筋設置少，斜截面抗剪承載力不足會引起斜裂縫。

（2）設計時對溫度應力估計不足，截面尺寸設計時不完善，溫度的變化產(chǎn)生的溫度應力超過混凝土的抗拉強度時，在箱梁的變截面和尺寸較小的截面會產(chǎn)生裂縫。

（3）設計時混凝土收縮應力估計不足，構造鋼筋配筋不夠，間距大，混凝土收縮時產(chǎn)生的收縮應力在混凝土表面形成無規(guī)則的收縮裂縫。

2.2 施工原因

（1）施工措施不當引起腹板混凝土保護層不夠，混凝土厚度不足也會引起斜裂縫。

（2）建設期間，由于工期原因，實施冬季施工，由于混凝土散熱快，其內(nèi)部溫度較高，而表面溫度受環(huán)境影響變得較低，表面混凝土的收縮率大于混凝土內(nèi)部的收縮率，從而使表面混凝土產(chǎn)生裂縫。

（3）施工預埋預應力管道時，固定不到位，管道發(fā)生偏位，導致混凝土保護層厚度不夠，在底板和腹板出現(xiàn)沿預應力管道方向的縱向裂縫。

（4）混凝土施工中因振搗不良，坍落度控制不當引起骨料下沉、泌水等易在混凝土薄弱處產(chǎn)生裂縫。施工中鋼筋銹蝕未處理，銹蝕體積膨脹易沿鋼筋方向形成銹脹裂縫。

（5）模板施工時，表面銹蝕未處理，模板多次周轉后導致模板變形、模板漏漿，混凝土強度不夠就拆除模板，都易引起各類裂縫的產(chǎn)生。

（6）養(yǎng)護措施不當或養(yǎng)護不及時，易在混凝土表面形成收縮裂縫。北方風大，在養(yǎng)護初期遭受大風影響，如果混凝土抹面不及時也易形成裂縫。

（7）在施工中所用的水泥、外加劑、砂礫、碎石、鋼筋等材料，質(zhì)量不合格就使用，是導致梁體裂縫產(chǎn)生的內(nèi)在因素。

2.3運營期間使用因素

隨著交通量的逐漸增大和大型載重車輛不斷增多，特別是本段高速公路交通量大，煤車多，堵車時超載煤車長時間滯留橋上，導致橋梁長期超負荷運營，引起跨中橫向裂縫及裂縫不斷發(fā)展。

3.常用的橋梁裂縫加固對策

橋梁由于設計不完善、施工不規(guī)范和長期運營期間溫度等環(huán)境因素對梁的影響以及車輛載重量的增加，導致大量病害的產(chǎn)生和承載力的下降，特別是受力裂縫的產(chǎn)生，影響橋梁的安全，必須采用補強、加固措施恢復和提高承載力。

3.1裂縫加固前評價分析

（1）通過觀測、監(jiān)測手段判斷裂縫類型、程度，找出病害原因，采取合適的加固方案。方案要充分考慮當?shù)貧夂驐l件和施工難度。

（2）加固方案要盡可能的減少對原橋結構的損傷。

（3）加固方案要盡可能的不中斷高速公路交通。

（4）加固方案要經(jīng)濟實效，費用控制在合理預算之內(nèi)。

3.2 表面封閉法

適用于裂縫寬度在0.15mm以內(nèi)的裂縫處理，主要用于非受力裂縫如橫隔板裂縫、收縮裂縫、縱向裂縫、銹脹裂縫處理。修補時沿裂縫開深8-15mm、寬5-10mm的V型槽，用0.2MPa以上壓縮空氣清除槽內(nèi)浮塵，用丙酮清洗V型槽，然后將配置好的結構膠用力均勻填滿V型槽，填塞一定要飽滿，待結構膠完全固化后，打磨裂縫表面，使混凝土表面平整。

3.3 壓力灌注法

適用于裂縫較深、寬度≥0.15mm的裂縫處理，如裂縫滲水，應在裂縫最低端打一小孔向外排水，然后用噴燈將裂縫烘干后進行處理。修補時在裂縫兩側3-5cm之內(nèi)作一工作面，用丙酮清洗表面后埋設注漿嘴，間距沿縫長以20-40cm為宜，每條縫至少須有一個進漿孔和排氣孔；然后進行封縫和密封檢查，對漏氣部位補封處理。灌漿時壓力控制在0.1-0.4MPa，禁止驟然加壓使裂縫內(nèi)進入空氣，灌注結構膠要求漿液黏度小，滲透性、可灌性好。待結構膠完全固化后，打掉注漿嘴。

3.4 粘貼碳纖維板布

粘貼碳纖維板布可制約裂縫的發(fā)展，提高混凝土抗裂能力，適用于裂縫密集，裂縫分布多，伴隨有蜂窩麻面、混凝土疏松等病害處理。粘貼碳纖維板/布前要對裂縫進行封閉處理，加固過程中清除加固范圍內(nèi)混凝土表面剝落、疏松、蜂窩等劣化混凝土，并用修復材料將表面修復平整。粘貼碳纖維板/布可以提高混凝土的抗腐蝕和碳化能力，可以延長結構使用年限和提高梁體耐久性，但對結構的剛度提高不大。

3.5 箱梁新增體外預應力束

增加體外預應力方法是通過在梁體體外施加預應力，以預應力產(chǎn)生的反彎矩抵消外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而改變結構內(nèi)力分布，提高結構的剛度和抗裂性能，適用于有橫向裂縫，箱梁跨中有下擾的梁片處理。新增體外預應力前先對存在空洞或壓漿不密實的預應力管道進行補漿處理，對裂縫進行封閉處理；增加體外預應力設計時，新增體外預應力驗算分析時要考慮該部分預應力張拉對箱梁原有鋼束的影響，施工時要避免在高溫、低溫環(huán)境下進行，預應力鋼束單根張拉，張拉時應對稱、均衡張拉至設計噸位，按應力與引伸量進行雙控。因體外預應力損失比有管道的預應力要小得多，施加張拉力不考慮超張拉。為提高機構安全儲備和主梁耐久性，在增加體外預應力同時可在梁底板粘貼碳纖維布進行防護。

對有體外預應力梁孔加固后要進行監(jiān)測，主要對體外預應力齒板位移監(jiān)測，對所有體外預應力錨固齒板變位的定周期跟蹤觀測。

4.結語

裂縫病害是橋梁箱梁的重大質(zhì)量問題，形成病害的原因有很多，需要我們對每一個可能引起裂縫的因素進行認真的分析和研究，要求我們綜合考慮設計、施工、運營養(yǎng)護等情況對結構的影響，找出裂縫產(chǎn)生的機理。同時根據(jù)不同類型的裂縫及其發(fā)展程度采取科學的加固措施非常必要。

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