淺析橋梁施工中出現(xiàn)裂縫的原因及防治措施

■李志聰

(永春縣交通運(yùn)輸局，永春 362600)

0 前述

近年來隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的交通基建行業(yè)在質(zhì)和量方面都得到了很大提升，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的公路橋梁總數(shù)已經(jīng)超過了80萬座，鐵路橋梁超過20萬座，成為世界上橋梁最多的國家?；炷磷鳛樾藿蛄旱闹饕牧希蚱淙〔膹V泛、價(jià)格低廉、抗壓強(qiáng)度高、可塑性強(qiáng)、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，得到了最廣泛的應(yīng)用。但是鋼筋混凝土橋梁在施工過程中很容易出現(xiàn)裂縫，這成為困擾工程技術(shù)人員的一個(gè)問題。

1 橋梁裂縫概述

在橋梁施工過程中之所以要嚴(yán)防裂縫問題的出現(xiàn)，其根本原因就是裂縫對(duì)橋梁性能的負(fù)面影響，其具體表現(xiàn)有以下幾點(diǎn)：(1)有些表面裂縫只是影響橋梁的美觀；(2)有些裂縫開展到一定深度，會(huì)使橋梁內(nèi)部的鋼筋暴露在空氣當(dāng)中，在長期的風(fēng)吹日曬雨淋下就會(huì)加速腐蝕，最終影響結(jié)構(gòu)安全；(3)有些裂縫在外部荷載以及物理、化學(xué)因素作用下，引橋混凝土碳化、保護(hù)層脫落、鋼筋銹蝕，使橋梁的強(qiáng)度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴(yán)重的會(huì)引發(fā)橋梁安全事故。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)上裂縫的受力特點(diǎn)來區(qū)分，裂縫大體上可以分為以下兩種：

1.1 結(jié)構(gòu)性裂縫

由外荷載引起的裂縫，這類橋梁裂縫的分布及寬度與外荷載有關(guān)。結(jié)構(gòu)性裂縫多是由于混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉限值，是結(jié)構(gòu)破壞開始的特征，或是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的征兆，必須進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行分析。如鋼筋混凝土簡支梁的跨中截面附近下緣受拉區(qū)的豎向裂縫，支點(diǎn)(或腹板寬度變化處)附近截面由主拉應(yīng)力引起的斜裂縫，鋼筋混凝土墩柱受壓構(gòu)件由于縱向壓力過大引起的縱向裂縫等等。

1.2 非結(jié)構(gòu)性裂縫

非構(gòu)造性裂縫是在溶蝕、風(fēng)化、熱脹、冷縮、壓實(shí)、失水等外界因素作用下形成的裂縫。該類型裂縫會(huì)影響橋梁的美觀和耐久性，最終也會(huì)使橋梁的結(jié)構(gòu)承載力下降。如溫度變化、混凝土收縮、鋼筋銹蝕等因素引起的裂縫。

2 橋梁施工中出現(xiàn)裂縫的原因

2.1 荷載影響

2.2 收縮影響

主要是由于混凝土的水分蒸發(fā)和水泥水化熱導(dǎo)致的混凝土收縮引起。施工中常見的混凝土收縮有塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫、干燥收縮裂縫?；炷潦湛s裂縫大都是表面裂縫，裂縫寬度較細(xì)且縱橫交錯(cuò)，成龜裂狀，形狀沒有規(guī)律。

2.3 地基形變影響

由于地基豎向或橫向不均勻變形使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力并超出混凝土的抗拉強(qiáng)度所導(dǎo)致。出現(xiàn)這種類型裂縫的原因主要是：(1)地質(zhì)勘察資料不準(zhǔn)確；(2)結(jié)構(gòu)各部分荷載差異太大；(3)橋梁結(jié)構(gòu)混合使用不同基礎(chǔ)類型；(4)基礎(chǔ)分期建造；(5)地基凍脹；(6)橋梁原有地基條件發(fā)生變化。

2.4 溫度影響

混凝土受溫度影響，會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮變形。當(dāng)變形不均受到約束時(shí)，便會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力高于混凝土自身抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。溫度的影響主要是體現(xiàn)在：(1)一年四季不斷變化的溫度差；(2)日照，橋面板、主梁、橋墩等受太陽照射，溫度明顯高于其他地方，呈現(xiàn)出溫度梯度的非線性分布；(3)冷空氣來襲等天氣原因驟然降溫；(4)水化熱；(5)蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工措施不當(dāng)。

2.5 施工工藝水平影響

橋梁結(jié)構(gòu)施工工藝不合理、施工質(zhì)量低，是影響結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的重要因素，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)施工時(shí)任意套用混凝土配合比，或者用料不準(zhǔn)，沒有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工；(2)混凝土振搗不密實(shí)、不均勻；(3)混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長，使水分蒸發(fā)過多；(4)混凝土初期養(yǎng)護(hù)不到位；(5)混凝土分層或分段澆筑時(shí)接頭部位處理不好；(6)模板剛度不足產(chǎn)生變形；(7)拆模過早，混凝土強(qiáng)度不足；(8)對(duì)支架壓實(shí)不到位或支架剛度不足產(chǎn)生不均勻沉降；(9)安裝順序不正確。

3 工程概況

寧德市某橋共3聯(lián)，每聯(lián)由3跨組成，橋梁跨徑分布為：第一聯(lián)(19+20+20)m，第二聯(lián)(20+20+20)m，第三聯(lián)(17.5+20+17.5)m。橋面寬10.5m，從左至右由1.0m(人行道及欄桿)+7.5m(行車道)+2.0m(人行道及欄桿)組成。上部結(jié)構(gòu)采用C40現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)肋梁橋，梁高1.75m，寬1.20m，橫向由2片梁組成，主梁在支點(diǎn)處設(shè)置0.8m寬端橫梁或1.2m寬中橫梁，橫梁高度均為1.60m；下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式橋墩，中墩采用墩梁固結(jié)，邊支點(diǎn)設(shè)置支座。橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-I級(jí)，人群荷載：局部5kN/m2，整體構(gòu)件3.5kN/m2，地震動(dòng)峰值加速度系數(shù)為0.1。

圖1 橋梁橫斷面圖

該橋肋梁施工完成后經(jīng)現(xiàn)場外觀檢查，發(fā)現(xiàn)全橋肋梁腹板累計(jì)存在457條豎向裂縫，縫長0.30～1.55m，縫寬最大測讀值為0.35mm，其中73條縫寬超過規(guī)范限值0.20mm；翼板累計(jì)存在92條橫向裂縫，縫長0.25～1.90m，縫寬最大測讀值為0.30mm，其中12條縫寬超過規(guī)范限值0.20mm；底板累計(jì)存在81條橫向貫通裂縫，縫長均為1.20m，縫寬最大測讀值為0.15mm；底板4處混凝土剝落，總面積S=0.05m2。部分肋梁現(xiàn)場病害照片見圖2～圖3，病害示意圖見圖4～圖5。

狀態(tài)2 隨著iP(t)不斷流入壓電電容CP,導(dǎo)致VBA增加,當(dāng)VBA≥|VTHP|時(shí),MP1導(dǎo)通。由于節(jié)點(diǎn)B與輸出節(jié)點(diǎn)VOUT短路,所以VBA的增加導(dǎo)致了VA的減少。當(dāng)VA≤0時(shí),比較器CMP2的將輸出高電平,使得MN2導(dǎo)通,使電路進(jìn)入狀態(tài)2。在狀態(tài)2中,MP1和MN2都導(dǎo)通,因此電路形成輸出回路。由于濾波電容CL的值大于壓電電容CP,iP(t)將主要流入CL。

4 裂縫處治措施

圖2 腹板豎向裂縫

圖3 翼緣板橫向裂縫

橋梁施工過程中出現(xiàn)了裂縫問題，必須采取有效的處治措施，盡量將裂縫問題造成的危害降到最低。針對(duì)肋梁出現(xiàn)的裂縫病害，我們提出了專項(xiàng)維修方案，主要是根據(jù)縫寬的大小分別采用不同的處理方式。

4.1 對(duì)縫寬＜0.15mm裂縫的處理

利用專業(yè)裂縫封閉膠進(jìn)行封閉處理。采用表面環(huán)氧封閉法，先剔除混凝土表面灰層，若表面殘留有輕度油污，可用丙酮擦拭干凈，用氣壓為0.2MPa以上的壓縮空氣清除槽內(nèi)浮塵。裂縫清理完畢，涂刷低黏度改性環(huán)氧底膠，涂刷時(shí)應(yīng)使底膠在混凝土表面充分滲透，使微裂紋內(nèi)含膠飽滿，必要時(shí)可多道涂刷。底膠干后，使用改性環(huán)氧膠泥修補(bǔ)混凝土表面。底膠采用環(huán)氧灌縫膠系列A、B兩組分膩?zhàn)訝罡男原h(huán)氧樹脂類膠粘劑，混凝土表面修補(bǔ)采用環(huán)氧膠泥。裂縫封閉施工順序如圖6所示：

圖4 第2跨肋梁裂縫病害示意圖

圖5 第4跨肋梁裂縫病害示意圖

圖6 裂縫封閉施工順序

裂縫封閉施工要點(diǎn)：

1)環(huán)氧封閉膠配膠比例范圍大，配膠重量比為A：B=100：25～40的寬范圍內(nèi)，均可固化。為保證工程質(zhì)量，應(yīng)進(jìn)行稱量，一般情況下推薦配膠比例為 A：B=100：30，25℃時(shí)的可操作時(shí)間約為50～60min。隨著B劑用量的增加，可操作時(shí)間相應(yīng)縮短。每次配膠量不宜過大，以在可操作時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)；

2)涂刷底膠時(shí)，應(yīng)使膠液在混凝土表面充分滲透，微裂縫內(nèi)應(yīng)含膠飽滿，必要時(shí)可沿裂縫多道涂刷；為保證封縫的質(zhì)量，一般要求長度沿裂縫方向頭尾各增加10cm，寬度約為5～6cm；

3)封縫完成后，應(yīng)重新進(jìn)行檢查，確保封縫無開裂，否則按上述步驟返工，或采用環(huán)氧樹脂壓漿灌縫處理。

4.2 對(duì)縫寬≥0.15mm裂縫的處理

采用灌漿施工，先騎縫開設(shè)V槽，然后將V槽封閉，接著利用專業(yè)灌縫膠進(jìn)行灌縫處理。

裂縫灌漿工藝流程如圖7所示：

圖7 裂縫灌漿工藝流程

裂縫灌漿施工要點(diǎn)：

1)裂縫調(diào)查

全面查清裂縫的性質(zhì)以及裂縫的長度、寬度、深度、走向、貫穿等情況，以便確定處理方案；

2)粘貼注漿嘴和封縫前，應(yīng)沿縫對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理，清除松散灰砂、油垢，使注漿嘴和封縫膠帶粘貼在堅(jiān)實(shí)平整的混凝土基面上，并使用干燥無油的壓縮空氣清除裂縫內(nèi)部的粉塵、浮渣；

3)注漿器材和工具的選擇應(yīng)按裂縫的情況決定，一般對(duì)較深的結(jié)構(gòu)性裂縫，宜騎縫或斜向自下而上鉆孔至裂縫深處(約為構(gòu)件厚度的1/2)，且須與破裂面交叉，然后埋設(shè)注漿嘴；

4)注漿嘴應(yīng)埋設(shè)在裂縫端部、交叉處和較寬處，間隔300～500mm；對(duì)貫穿性深裂縫應(yīng)每隔1～2m加設(shè)一個(gè)注漿管；

5)封縫時(shí)，應(yīng)使用專用的封縫膠，膠與混凝土的粘接強(qiáng)度應(yīng)大于4MPa；膠層應(yīng)均勻無氣泡、砂眼，厚度大于2mm，與注漿嘴連接密封；

6)封縫膠固化后，應(yīng)使用潔凈無油的壓縮空氣試壓，確認(rèn)注漿通道是否通暢、密封、無泄漏；

7)灌漿材料的調(diào)配和使用必須嚴(yán)格按照說明書的規(guī)定進(jìn)行；

8)灌漿順序應(yīng)按由寬到細(xì)、由一端到另一端原則，按設(shè)計(jì)布置的注漿嘴順序，從第一注漿嘴開始灌注，待下一注漿嘴出漿后封閉本注漿嘴；再在下一注漿嘴繼續(xù)壓力灌注，這樣依次進(jìn)行。對(duì)垂直裂縫還應(yīng)按由低到高的順序進(jìn)行?？p隙全部注滿后應(yīng)繼續(xù)穩(wěn)定壓力一定時(shí)間，待吸漿率小于50ml/h后停止注漿，封閉注漿嘴。

對(duì)于裂縫修補(bǔ)用膠，需滿足表1所示性能指標(biāo)。

表1 裂縫修補(bǔ)用膠的安全性能指標(biāo)

5 總結(jié)

綜上所述，橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫不僅影響整體美觀，而且使橋梁的強(qiáng)度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴(yán)重的會(huì)引發(fā)橋梁安全事故。因此加強(qiáng)橋梁施工中出現(xiàn)裂縫的原因及預(yù)防措施的研究，成為了橋梁質(zhì)量控制必要的一部分。工程實(shí)際中一旦出現(xiàn)裂縫問題，我們要先判斷裂縫的類型，是屬于結(jié)構(gòu)性裂縫還是非結(jié)構(gòu)性裂縫，再分析原因，找出具體是在哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了紕漏或失誤，最后再對(duì)裂縫提出具體修復(fù)方案。

寧德市某橋病害最終通過裂縫封閉法和裂縫灌漿法，達(dá)到了裂縫處治的預(yù)期目的，效果良好。鑒于該橋裂縫較密集，建議在病害處治完成后，加強(qiáng)對(duì)該橋的后期觀測，繼續(xù)加密觀測至少半年，特別是對(duì)梁端、跨中等關(guān)鍵部位的裂縫發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)的觀測。觀測要形成詳細(xì)的報(bào)告，以便為后期病害處治提供數(shù)據(jù)依據(jù)。若裂縫繼續(xù)出現(xiàn)或補(bǔ)后延伸，應(yīng)及時(shí)反饋，根據(jù)實(shí)際情況確定是否進(jìn)一步處治，最終達(dá)到保證橋梁施工裂縫處治效果的目的，確保裂縫不會(huì)對(duì)橋梁的質(zhì)量安全產(chǎn)生不良影響。