公路橋梁混凝土裂縫成因與防治探析

石育銘(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院)

公路橋梁混凝土裂縫成因與防治探析

石育銘
(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院)

摘要:橋梁裂隙產(chǎn)生的原因復(fù)雜多變，一直是橋梁維修治理中難點(diǎn)之一。以此為出發(fā)點(diǎn)，就公路橋梁混凝土裂縫成因與防治展開探究，以新疆某地區(qū)三級(jí)公路橋梁為對(duì)象對(duì)其裂隙發(fā)育狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)其裂隙產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并結(jié)合具體的工程實(shí)例，探究了橋梁裂隙的防治手段，以期能為廣大同行提供些許借鑒。

關(guān)鍵詞:公路橋梁;混凝土結(jié)構(gòu);裂隙;成因;防治

中圖分類號(hào):U445

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C

文章編號(hào):1008－3383(2015)04－0111－02

1　新疆某地區(qū)公路橋梁裂隙發(fā)育統(tǒng)計(jì)

在此選取新疆某地區(qū)三十座在役三級(jí)橋梁為研究對(duì)象，對(duì)其結(jié)構(gòu)裂隙發(fā)育狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。具體情況如表1所示。

表1　新疆某地區(qū)三十座三級(jí)橋梁裂隙發(fā)育情況分析表

2　主要裂隙成因分析

2．1荷載裂隙

荷載裂隙可分為直接應(yīng)力裂隙與次應(yīng)力裂隙兩類，前者是指受外部載荷作用直接產(chǎn)生的裂隙;后者是指在外部載荷影響下產(chǎn)生的次生應(yīng)力導(dǎo)致的裂隙。此類裂隙多發(fā)于橋梁受拉區(qū)、受剪區(qū)及有較強(qiáng)震動(dòng)發(fā)生的部位，裂隙特征依據(jù)結(jié)構(gòu)受力方式的不同可分為中心受壓、受減、受彎三種。出現(xiàn)的原因一方面可能由橋梁設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋布設(shè)不足或位置錯(cuò)誤以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足導(dǎo)致;另一方面可能由超載車輛的反復(fù)碾壓、車輛碰擊以及地震、滑坡等自然災(zāi)害導(dǎo)致。

2．2溫度裂隙

溫度裂隙是指混凝土受到外界溫度變化而在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生超過自身抗拉強(qiáng)度的力而導(dǎo)致的裂隙。其根據(jù)發(fā)生部位的不同可以分為表層裂隙、深層裂隙以及貫穿裂隙三種。表層裂隙的發(fā)育具有不確定性而深層與貫穿裂隙走向多與橋梁主筋方向相平行。此類裂隙多可伴隨溫度的變化而自行合攏與展開，常發(fā)生在橋墩、橋面等體積較大的混凝土結(jié)構(gòu)中。

溫度裂隙的成因因其多處位置的不同也有所不同，表層裂隙多由于溫差較大引起，例如冬季施工中遭遇寒流侵襲或保溫層去除時(shí)機(jī)不當(dāng)?shù)?深層與貫穿裂隙則因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)部降溫差值過大，受到外界約束力影響而導(dǎo)致。例如混凝土橋臺(tái)未采取有效的放松約束措施就澆注在較為堅(jiān)硬的地基上，使得冷卻時(shí)受到地基給予約束作用而導(dǎo)致裂隙出現(xiàn)。

2．3施工裂隙

混凝土橋梁的施工是一個(gè)極為繁復(fù)的過程，包括了構(gòu)件澆注、起模、運(yùn)輸、吊裝、拼接等諸多環(huán)節(jié)，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤都有可能導(dǎo)致在橋梁表面或內(nèi)部出現(xiàn)形式各異的裂隙。此類裂隙出現(xiàn)的位置與走向、寬度等發(fā)育參數(shù)會(huì)因具體原因的不同而各異，施工中較為常見的有以下幾種: (1)混凝土保護(hù)層鋪設(shè)過薄或過厚; (2)混凝土振搗不密實(shí); (3)澆筑施工過快; (4)施工時(shí)拆模過早; (5)施工時(shí)混凝土配比有誤。

2．4收縮裂隙

此類裂隙是公路橋梁裂隙中最為常見的類型，多為會(huì)影響橋梁的外觀和耐久性，對(duì)安全性影響較低，生產(chǎn)的裂隙多為表面裂隙，形狀無(wú)規(guī)律性。其成因主要是混凝土澆筑后，表層水分蒸發(fā)速度超過內(nèi)部，使得內(nèi)外干縮量不均，表面收縮會(huì)受到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的約束從而導(dǎo)致裂隙產(chǎn)生。除此之外，所用水泥及骨料種類、養(yǎng)護(hù)方式、振搗方式、外部環(huán)境等亦會(huì)對(duì)收縮裂隙的產(chǎn)生造成一定影響。

2．5地基基礎(chǔ)變形裂隙

橋梁在使用中隨著地基沉降的不均勻，橋梁混凝土構(gòu)件就會(huì)產(chǎn)生約束變形，當(dāng)這種作用力大于構(gòu)件自身抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致裂隙的產(chǎn)生。在實(shí)際橋梁工程中，此類裂隙的發(fā)生多由醫(yī)學(xué)兩點(diǎn)原因造成: (1)前期地質(zhì)勘探不精準(zhǔn)或施工設(shè)計(jì)參考資料有誤; (2)橋梁地基的地質(zhì)條件差異性較大，例如搭建在山區(qū)溝谷中的橋梁。

3　橋梁裂隙的修復(fù)

3．1工程概述

以該地區(qū)某壩橋的大修加固為對(duì)象，對(duì)其裂隙的修復(fù)工藝進(jìn)行探究。該橋梁于上世紀(jì)八十年代建成投入使用，設(shè)計(jì)載荷為汽車－15級(jí)/掛車－80，橋梁全長(zhǎng)120 m，寬12 m，跨徑組合為6～22．2 m，上部采用T形梁結(jié)構(gòu)，下部采用雙柱式橋墩，雙柱框架式橋臺(tái)，橋面以水泥混凝土進(jìn)行鋪裝。

橋梁整體裂隙檢測(cè)結(jié)果顯示，橋梁裂隙發(fā)育以豎向裂隙為主，裂縫主要集中在橋墩、T梁及橋面鋪裝，裂縫寬度為

0．02～0．2 mm，全橋裂縫長(zhǎng)度總計(jì)13 750 mm，其中裂縫寬度超限部分為7 800 mm。

3．2裂縫修復(fù)方案與施工要點(diǎn)

裂縫處理措施:對(duì)寬度小于0．2 mm的裂縫進(jìn)性表層的封閉;對(duì)于寬度大于0．2 mm的裂縫采取環(huán)氧樹脂膠灌漿處理的方法。

裂縫治理施工要點(diǎn):

(1)裂縫的測(cè)量與記錄。

對(duì)橋梁上各處裂縫長(zhǎng)寬、位置燈參數(shù)進(jìn)行記錄并繪制展開圖，并對(duì)其內(nèi)部發(fā)育狀態(tài)進(jìn)行分析，標(biāo)示出其中的主裂縫。

(2)裂縫表層處理。

寬度較大的裂縫需沿裂縫將其表層已碳化的混凝土全部去除;其他裂縫則可沿裂縫開鑿寬度4～6 mm的V型凹槽，并將裂縫兩側(cè)5 mm內(nèi)的混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理;在剔除裂縫口表層的雜物并使用0．3 MPa的空壓泵對(duì)槽內(nèi)浮塵進(jìn)行清除;在縫寬較大的裂縫中密匙的充填1．5 cm的石子;對(duì)裂縫表面使用丙酮進(jìn)行刷洗

(3)標(biāo)注注漿裂縫位置。

依據(jù)裂縫發(fā)育程度，對(duì)需進(jìn)行注膠作業(yè)的裂縫進(jìn)行確定與標(biāo)注;在裂縫端部及交叉處布設(shè)注膠嘴;依據(jù)裂縫寬度對(duì)膠底座間距進(jìn)行確定;在注漿裂縫中設(shè)置注漿孔與排氣孔。

(4)裂縫封閉與密封檢查。

使用縫封膠對(duì)注膠底座間的裂縫進(jìn)行封堵，涂抹寬度與厚度分別以3 cm和2 cm為宜;注膠底座處采取環(huán)繞封閉的形式;封閉后縫封膠因養(yǎng)護(hù)12 h以上;縫封膠固化后，對(duì)注漿嘴注入0．3 MPa的壓縮空氣檢測(cè)密封狀況。

(5)漿液配制與注射。

依據(jù)有關(guān)規(guī)定及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定環(huán)氧漿液配制比例;采用注射器法進(jìn)行漿液灌注，注射器的安設(shè)每間隔一個(gè)注入孔安設(shè)一個(gè);注漿完成且初凝后不在外流后拆除注漿嘴，并使用結(jié)構(gòu)膠將注漿嘴處封牢、抹平。

(6)檢查與養(yǎng)護(hù)。

注漿完成后應(yīng)對(duì)注漿治理和補(bǔ)強(qiáng)效果進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)存在的問題進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)救;施工徹底完成后應(yīng)按照手則對(duì)其進(jìn)行定期的養(yǎng)護(hù)，直至徹底固化為止，需注意的是，在膠液固化前必須避免其被水所侵蝕。

3．3修復(fù)結(jié)果

該橋自進(jìn)行裂縫修復(fù)施工以來(lái)，從未中斷過橋梁交通的正常運(yùn)行。修復(fù)后一年對(duì)其進(jìn)行定期檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，橋梁T梁、橋墩、橋臺(tái)及橋面鋪裝等結(jié)構(gòu)中修補(bǔ)過的裂縫狀況良好，未出現(xiàn)再次開裂的情況，橋梁亦為出現(xiàn)新的病害。

4　結(jié)語(yǔ)

公路橋梁裂縫作為橋梁災(zāi)害治理的重點(diǎn)之一，其產(chǎn)生的原因存在于橋梁設(shè)計(jì)、施工及使用的各個(gè)階段，加強(qiáng)對(duì)其的分析與研究不僅有助于對(duì)裂隙出現(xiàn)成因、裂隙危害評(píng)價(jià)等問題進(jìn)行有效的闡述，還可以為橋梁裂縫防治手段有效實(shí)施和進(jìn)一步探提供必要技術(shù)參考，是確保我國(guó)現(xiàn)代化公路體系建設(shè)的重要保障。

參考文獻(xiàn):

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作者簡(jiǎn)介:石育銘(1984－)，男，新疆烏魯木齊人，工程師，研究方向:水利工程設(shè)計(jì)。

收稿日期:2015－03－23