橋梁裂縫成因及控制技術(shù)分析

王佩祥

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶400074）

我國的橋梁建設(shè)技術(shù)已經(jīng)躋身世界先進水平行列，但是，諸多橋梁在成橋后的運營使用過程中依然有不同的質(zhì)量問題，其中裂縫問題尤為突出。橋梁工程出現(xiàn)裂縫對橋梁的安全使用有著不可忽視的影響，在很大程度上削弱了結(jié)構(gòu)自身的完整性，影響了結(jié)構(gòu)的強度和剛度，并且，裂縫的出現(xiàn)會導(dǎo)致空氣等腐蝕性氣體進入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，影響橋梁的耐久性。因此，分析查找裂縫出現(xiàn)的成因，進而從源頭上控制裂縫的出現(xiàn)，從長遠(yuǎn)來看，有著巨大的經(jīng)濟效應(yīng)和社會效應(yīng)。

1 裂縫出現(xiàn)的原因

1.1 溫度變化引起的裂縫

橋梁施工時，在澆筑大體積混凝土過程中，由于水泥水化會釋放大量熱，導(dǎo)致內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差變大，進而導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂縫。而在橋梁使用及運營狀態(tài)下，年溫差、溫度驟降、日照等因素都會導(dǎo)致構(gòu)件的局部溫度明顯與其余部分不同，溫度梯度成非線性分布，在靜定及超靜定結(jié)構(gòu)中都會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，導(dǎo)致局部出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)裂縫。

1.2 荷載引起的裂縫

荷載受力也是混凝土出現(xiàn)裂縫的重要原因,尤其在施工過程中容易出現(xiàn)不合理的操作造成裂縫大量出現(xiàn)。如果預(yù)應(yīng)力不足，會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)正截面出現(xiàn)裂縫；如果預(yù)應(yīng)力梁的混凝土沒有達到強度標(biāo)準(zhǔn)就進行拉伸，那么，就容易造成混凝土縱向裂縫，以及鋼筋彎起數(shù)量不夠、抗剪鋼筋布置過少等情況都會引起裂縫現(xiàn)象。

在施工時，沒有對施工材料、機具進行限制；不清楚預(yù)制結(jié)構(gòu)的受力特點，在進行翻身、起吊、運輸、安裝時沒有按照要求進行；施工時和設(shè)計圖紙出現(xiàn)偏差，沒有按照設(shè)計圖紙的順序和要求施工，受力狀態(tài)改變且未進行新的計算，等等。這些問題都有可能導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

1.3 鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土澆筑、振搗操作錯誤或者此過程中二氧化碳、氯離子、硫酸鹽等有害物質(zhì)進入混凝土使鋼筋產(chǎn)生銹蝕，銹蝕鋼筋的體積將會急速膨脹，導(dǎo)致混凝土脹裂，此種類型的裂縫多為縱向裂縫。

同時，混凝土存在碳化現(xiàn)象,這會導(dǎo)致與鋼筋之間保護層的酸堿性質(zhì)發(fā)生改變。簡言之就是先銹后裂,物質(zhì)附著在混凝土外部,不斷腐蝕,鋼筋表面和物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后生銹,從而鋼筋表面產(chǎn)生膨脹,破壞混凝土保護層，進而導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。

1.4 混凝土收縮引起的裂縫

混凝土收縮也是導(dǎo)致橋梁開裂的一個重要因素。干燥收縮和塑性收縮是最常見的兩種形式，其中干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同所產(chǎn)生的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分蒸發(fā)過快，變形大；而內(nèi)部水分蒸發(fā)慢，變形小。于是，較大的表面收縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，進而產(chǎn)生裂縫。而塑性收縮裂縫則是由混凝土塑性收縮引起的。塑性收縮是指混凝土終凝之前，因高溫或風(fēng)速較大，大面積暴露的新澆混凝土表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮裂縫，其形成的主要原因是由于混凝土毛細(xì)管負(fù)壓作用。

1.5 焊接工藝不當(dāng)引起的裂縫

在安裝橋梁橫隔板時需將支座預(yù)埋鋼板與調(diào)平鋼板焊接，若焊接措施不當(dāng)，四周混凝土容易開裂。這是由于一方面高溫?zé)齻麑?dǎo)致混凝土的強度隨溫度的升高而明顯降低，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力也隨之下降；另一方面，由于短時間受極高溫影響，混凝土體內(nèi)游離的水突然大量蒸發(fā)會使混凝土急劇收縮，進而導(dǎo)致構(gòu)件四周的表面出現(xiàn)裂縫。

2 裂縫控制技術(shù)

2.1 完善橋梁設(shè)計

為了減少荷載裂縫的產(chǎn)生，需要從源頭上解決裂縫產(chǎn)生的問題。在設(shè)計時，要充分考慮到裂縫問題，注意橋梁模型和結(jié)構(gòu)的選取及計算是否有誤，并在設(shè)計過程中充分考慮施工工藝，避免結(jié)構(gòu)的假設(shè)受力與施工運營階段出現(xiàn)較大的偏差。對于有預(yù)應(yīng)力的橋梁，需要嚴(yán)格控制負(fù)彎矩區(qū)域的裂縫，往往此處的裂縫比正彎矩區(qū)的裂縫更為致命。

2.2 控制施工溫度

施工中應(yīng)根據(jù)實際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥單位用量，降低內(nèi)外溫差，有條件的可以采用新型材料施工，增強混凝土的膨脹度，可以有效減少裂縫問題的出現(xiàn)。

目前，控制大體積混凝土水化熱的措施主要是在澆筑過程中對混凝土采取降溫措施，可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進行內(nèi)部散熱，如在澆筑混凝土?xí)r，在各澆筑層中間布置水管，通過水流帶走澆筑時產(chǎn)生的大量水化熱，或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。

另外，需要合理設(shè)置入模過程的溫度，避免內(nèi)外溫差過大導(dǎo)致混凝土開裂問題。

2.3 施工的控制

施工單位首先要保證材料質(zhì)量，避免偷工減料或者材料質(zhì)量不過關(guān)等問題。施工時需要有專業(yè)技術(shù)人員控制材料合理的配合比，提高混凝土的密實度，把好澆筑混凝土質(zhì)量關(guān)。特別是對于沿海地區(qū)等特殊地段，在施工時要注意完全隔絕空氣，避免強腐蝕性氣體進入混凝土中銹蝕鋼筋。另外，在特殊地段可以加厚保護層或者使用抗腐蝕能力強的混凝土減少裂縫出現(xiàn)的數(shù)量。

需要特別注意的是，橋梁的受力狀態(tài)與施工的順序和方法密切相關(guān)，因此，施工單位一定要嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙的順序進行施工，如若被迫要改變施工順序或施工方法，需要重新進行計算及驗算工作，并且在施工過程中注意合理應(yīng)用施工機具，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范流程繼續(xù)施工，不可擅自更改。這需要施工單位對施工人員進行專業(yè)知識培訓(xùn)，嚴(yán)禁使用未經(jīng)培訓(xùn)的施工人員。

3 橋梁裂縫處理方法

3.1 靜壓灌漿

在橋梁結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了較大、較長、較深并且對橋體結(jié)構(gòu)的整體性有著重大影響和威脅的裂縫時，可以使用靜壓灌漿，以保障橋梁結(jié)構(gòu)的整體性。靜壓灌漿修補是指施加一定的壓力，在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫中灌入水泥或者化學(xué)材料，漿液材料中有強力粘合劑，硬化之后可以緊密粘合裂開的混凝土結(jié)構(gòu)，從而達到封閉裂縫的目的，有效增加橋梁的耐久性和結(jié)構(gòu)強度。

3.2 表面裂縫修補法

對于小型橋梁，在橋梁裂縫程度較輕、橋體承載力不受過多影響的情況下使用此種修補工藝。此時裂縫一般較小、較淺，因此，采用表面修補法簡單實用，而且比較經(jīng)濟，適用于多種原因?qū)е碌臉蛄罕砻媪芽p。主要措施有兩種：第一種表面粘貼修補法，指在裂縫部位的混凝土面上通過膠粘劑將鋼板或者玻璃布等材料粘貼在裂縫處。第二種表面封閉修補法，指在裂縫表面涂抹砌筑灰漿、水泥砂漿或者環(huán)氧砂漿、環(huán)氧基液等材料對裂縫進行封閉，此類填縫處理方式在美觀、耐久性等方面可以起到一定的改善作用，但對結(jié)構(gòu)的強度影響不大。

4 結(jié)語

橋梁結(jié)構(gòu)中裂縫的產(chǎn)生原因和防治措施遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止上述內(nèi)容，有效的修補處理手段也需要不斷改進。這就需要一批有知識、有熱情的橋梁工作者繼續(xù)努力，探求新的橋梁施工技術(shù)，尋找新的原材料。總之，為了保證我國橋梁建設(shè)水平更進一步，需要所有參與工程的人員共同努力，在設(shè)計、施工、運營三個階段嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，堅持技術(shù)革新，采取必要措施有效控制裂縫，保證橋梁工程的質(zhì)量。