市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫及加固處理方法分析

陳立安

（浙江西城工程設(shè)計(jì)有限公司， 浙江 杭州 310011）

0 引言

市政橋梁在城市交通運(yùn)輸中一直占據(jù)著極其重要的位置，良好的交通運(yùn)輸條件是一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展繁榮的基礎(chǔ)保障，既可以豐富城市路網(wǎng)，便捷人們的交通出行，又可以提高整個(gè)城市的現(xiàn)代化建設(shè)面貌，市政橋梁的建設(shè)對(duì)于城市的對(duì)外溝通和發(fā)展具有十分重要的意義。隨著城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，市政橋梁數(shù)量不斷增加，橋梁結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題也越來(lái)越多，如何保證市政橋梁的建設(shè)質(zhì)量，避免安全隱患，保障廣大市民人身及財(cái)產(chǎn)安全，是市政橋梁建設(shè)過(guò)程中需要密切關(guān)注的問(wèn)題，需要進(jìn)行不斷的研究探索，提高設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)水平。本文針對(duì)市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫及加固處理方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，爭(zhēng)取找到裂縫產(chǎn)生原因并對(duì)探索更好的解決辦法提出有建設(shè)性的建議。

1 市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫常見(jiàn)的四種類(lèi)型

常見(jiàn)的市政橋梁按承重架構(gòu)材料分類(lèi)，主要有圬工橋、鋼筋混凝土橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋、鋼橋、鋼-混凝土結(jié)合梁橋等。其中的磚、石和混凝土等建筑材料抗拉能力有很大的局限性，當(dāng)外部受力過(guò)大時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)極其容易形成裂縫進(jìn)而對(duì)整個(gè)橋梁主體造成破壞，通過(guò)調(diào)查研究不同橋梁的結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生過(guò)程，并根據(jù)各種橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)進(jìn)行整體分析，總結(jié)出市政橋梁結(jié)構(gòu)的四種主要裂縫類(lèi)型，如下：

1.1 主拱圈開(kāi)裂

主拱圈開(kāi)裂主要分為中波縱向裂縫、拱向裂縫和橫系梁裂縫這三種形式。橋梁主拱圈開(kāi)裂平面位置示意圖如圖一所示:

圖一 拱圈開(kāi)裂平面位置示意圖

1.2 混凝土開(kāi)裂

在市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫中最常見(jiàn)的裂縫形式就是混凝土開(kāi)裂，混凝土開(kāi)裂不僅僅會(huì)導(dǎo)致橋體表面凹凸不平，出現(xiàn)較多的坑坑洼洼，還會(huì)縮短橋梁的使用年限并降低行人行車(chē)的舒適感。在混凝土開(kāi)裂現(xiàn)象中橋面鋪裝混凝土損壞和梁體開(kāi)裂是其兩種主要表現(xiàn)形式[1]。

1.3 橋面鋪裝損壞

市政橋梁結(jié)構(gòu)的鋪裝厚度通常維持在10～25mm 這個(gè)范圍，由于車(chē)輛荷載常年累月對(duì)橋面造成沖擊磨損以及天氣等外界環(huán)境的綜合影響，橋面鋪裝順壞，有可能影響橋梁主體結(jié)構(gòu)耐久性，進(jìn)而影響主體結(jié)構(gòu)的受力安全。

1.4 橋梁伸縮縫損壞

橋梁伸縮縫的損壞在所有橋梁結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題中危害性極大，不僅會(huì)影響橋梁梁板和梁蓋的耐久性，還會(huì)對(duì)橋梁使用過(guò)程中形成巨大的安全隱患問(wèn)題，甚至破壞橋梁主體結(jié)構(gòu)，造成嚴(yán)重的后果。

2 市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的主要原因

橋梁自身收縮和溫度差異變化是造成橋梁產(chǎn)生裂縫的三種主要因素。

2.1 橋梁因材料化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的裂縫問(wèn)題

混凝土混凝土在凝固過(guò)程中內(nèi)外收縮不均勻是橋梁收縮問(wèn)題產(chǎn)生的根本原因。混凝土凝固時(shí)表層混凝土受到的拉力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度極限值，從而造成橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的生成?；炷林笏男r(shí)是其自身分子鏈形成的關(guān)鍵時(shí)期，在這期間混凝土中的水泥水化反應(yīng)達(dá)到活躍的高峰值，往往會(huì)伴隨著泌水等情況的發(fā)生，這說(shuō)明混凝土距離完全硬化還需要一段時(shí)間，在這個(gè)過(guò)程中注意防范塑性收縮的發(fā)生?；炷翉氐子不?，表面的泌水會(huì)自主蒸發(fā)到空氣中，橋梁表面溫度也隨之下降，混凝土結(jié)構(gòu)的體積與硬化前相比會(huì)有所收縮，往往伴隨著縮水干縮這種情況的發(fā)生。

2.2 橋梁因溫度差異而引起的裂縫問(wèn)題

混凝土在水泥凝固過(guò)程中會(huì)釋放一部分熱量，往往在這個(gè)過(guò)程還會(huì)伴隨著太陽(yáng)光的強(qiáng)烈照射，再加上電弧焊接的溫度較高，這種劇烈的溫度差異往往引發(fā)了橋梁結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題[2]?；炷了艹惺艿臏囟葢?yīng)力變化是有限的，由于溫度的變化引發(fā)混凝土自身過(guò)度收縮膨脹，這就容易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)。不僅如此，天氣溫度每年都不盡相同，但氣溫高低往往不會(huì)發(fā)生劇烈的變化，氣溫通常對(duì)橋梁縱向位移存在影響。橋梁面板、支柱和橋身側(cè)面是受到太陽(yáng)光直射的主要部位，其溫度往往高于橋體的其他部位，對(duì)于橋梁整體結(jié)構(gòu)而言，被太陽(yáng)光直接照射的橋體部分由于溫度高發(fā)生膨脹，導(dǎo)致其他部位承受的拉應(yīng)力大大增加，進(jìn)而導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。

2.3 橋梁因荷載作用而引起的裂縫問(wèn)題

橋梁因荷載作用而引起的裂縫被稱(chēng)為荷載裂縫，通常是由于橋梁的次應(yīng)力與混凝土橋梁常規(guī)狀態(tài)下荷載能力不能完全匹配而導(dǎo)致的，主要有次應(yīng)力裂縫和直接應(yīng)力裂縫這兩種形式。橋梁表面荷載一旦經(jīng)常性的超過(guò)自身應(yīng)力承受范圍便會(huì)產(chǎn)生直接應(yīng)力裂縫，而次應(yīng)力裂縫往往是在直接應(yīng)力裂縫發(fā)生的基礎(chǔ)上二次引發(fā)的次生應(yīng)力而導(dǎo)致的。

3 市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的主要危害

隨著我國(guó)城市化建設(shè)的逐步深入推進(jìn)，市政橋梁道路問(wèn)題逐漸成為工程項(xiàng)目建設(shè)的熱點(diǎn)問(wèn)題，在市政橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)中結(jié)構(gòu)裂縫的防治已經(jīng)成為迫切需要解決的棘手問(wèn)題。在橋梁日常使用過(guò)程中結(jié)構(gòu)裂縫對(duì)市政橋梁形成的危害主要有以下三點(diǎn)：

（一）橋梁結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生往往會(huì)影響整個(gè)橋梁主體，橋梁周邊環(huán)境中的一些不良影響因素趁機(jī)進(jìn)入到橋梁內(nèi)部，對(duì)其內(nèi)部混凝土和鋼筋結(jié)構(gòu)造成腐蝕，從而大大縮短了橋梁的使用年限，對(duì)橋梁自身穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生一定的破壞。

（二）橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)會(huì)影響市民的出行舒適感，頻繁的維修會(huì)影響出行的效率。問(wèn)題嚴(yán)重時(shí)候甚至對(duì)市民的人身及財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)隱患，一旦發(fā)生安全事故會(huì)引發(fā)極其惡劣的社會(huì)影響。

（三）市政道路橋梁在很大程度上代表著這座城市的發(fā)展程度和經(jīng)濟(jì)水平，是一座城市的外在形象展現(xiàn)。質(zhì)量上乘、造型美觀的市政橋梁有利于文明城市的打造，而橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)會(huì)破壞橋梁整體美感，對(duì)城市形象造成負(fù)面影響[3]。

4 市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的加固處理措施

隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的發(fā)展，國(guó)家對(duì)市政橋梁質(zhì)量要求逐步提高，針對(duì)橋梁裂縫問(wèn)題的解決方案也越來(lái)越多。到目前為止，市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的加固處理方法主要有表面處理法、灌漿法和結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法。

4.1 表面處理法

表面處理法作為市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫最為常見(jiàn)的處理手段，表面補(bǔ)貼和涂抹是表面處理法的兩種基本處理內(nèi)容。面對(duì)一些裂縫較小，橋梁結(jié)構(gòu)受損較為輕微的橋體裂縫情況通常采用表面涂抹這種形式對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單修補(bǔ)并避免其受損程度繼續(xù)加深；對(duì)于裂縫寬度較寬的一些橋梁則應(yīng)該運(yùn)用表面補(bǔ)貼這種方法，首先對(duì)裂縫防滲堵漏，初步處理規(guī)模較大的裂縫問(wèn)題，確保橋梁的使用安全。

圖二 用鋼筋混凝土套涵加固示意圖

4.2 灌漿法

灌漿法主要使用水泥漿、石灰漿、化學(xué)漿液、瀝青漿液等材料來(lái)完成橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的填充，確保橋梁整體結(jié)構(gòu)不遭到更進(jìn)一步的破壞，增加橋梁在投入使用的過(guò)程中穩(wěn)定性和安全性，在使用灌漿法時(shí)應(yīng)注意橋體結(jié)構(gòu)裂縫需要做好噴漿部位的清潔和濕潤(rùn)，提高灌漿法的修補(bǔ)效率。與此同時(shí)，還應(yīng)注意裂縫尺寸測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，針對(duì)不同裂縫形狀和規(guī)格的不同靈活選擇灌漿修補(bǔ)方式，充分利用灌漿法的優(yōu)勢(shì)完成橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的填充修補(bǔ)。

4.3 結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法

在市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的處理方法中應(yīng)用最為普遍的便是結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法，其主要有以下四種應(yīng)用形式:

1.對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)截面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)

橋梁結(jié)構(gòu)截面主要指主筋截面和混凝土截面，增加主筋截面需要利用雙面焊接法對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行加固，讓新的主筋替代原主筋發(fā)揮作用，消除原主筋受到破壞而對(duì)橋梁使用造成的不良影響。

2.增加構(gòu)件加固部分

增加構(gòu)建加固部分需要因地制宜的考察橋梁所處的地理位置并對(duì)橋梁地基的承重能力完成準(zhǔn)確的評(píng)估工作，這種橋梁加固方法的適用條件較為苛刻，需要謹(jǐn)慎考察，不可盲目。

3.加強(qiáng)粘貼力度補(bǔ)強(qiáng)法

在橋梁結(jié)構(gòu)中存在一些承受能力較弱和所受拉力較大的部位，對(duì)于這些部位可以充分利用鋼板、鋼筋、玻璃鋼等材料對(duì)其進(jìn)行粘貼加固，在保證橋梁整體穩(wěn)定性的同時(shí)不影響橋梁外部美觀。

4.橋體外部應(yīng)力加固法

在橋梁結(jié)構(gòu)加固處理方法中，橋體外部應(yīng)力加固法的使用會(huì)影響橋梁受力部位和狀態(tài)，以此維持橋梁整體受力荷載的平衡，抑制結(jié)構(gòu)裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，對(duì)橋體受力部位進(jìn)行轉(zhuǎn)移，維持橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題要想從根本上徹底攻克，就目前形勢(shì)來(lái)看，還是一件十分棘手的事情。結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題不僅僅來(lái)源于工程建造質(zhì)量，與橋梁自身所承受的應(yīng)力大小也有著密不可分的聯(lián)系。這就要求橋梁設(shè)計(jì)師在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中因地制宜，實(shí)地考察后再精心確定設(shè)計(jì)方案，施工單位嚴(yán)格把好橋梁建設(shè)質(zhì)量關(guān)。根據(jù)橋梁建設(shè)結(jié)構(gòu)的不同采取相關(guān)處理措施，結(jié)合橋梁加固處理方法和多年施工經(jīng)驗(yàn)將橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)幾率降低到最小。出現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題時(shí)，及時(shí)完成修補(bǔ)工作，第一時(shí)間控制裂縫的程度，避免影響主體結(jié)構(gòu)的耐久性，盡最大努力降低橋梁結(jié)構(gòu)裂縫所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。