橋梁裂縫成因與維修加固方法分析

崔景巖

1.中咨公路養(yǎng)護(hù)檢測(cè)技術(shù)有限公司，北京 100089

2.中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100089

長(zhǎng)期受車(chē)輛荷載作用和環(huán)境的影響，部分橋梁混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)裂縫，如腹板的豎向裂縫、斜向裂縫，底板的縱向裂縫、橫向裂縫，翼板的橫向裂縫、縱向裂縫等，其中有的是結(jié)構(gòu)性裂縫，有的是非結(jié)構(gòu)性裂縫，裂縫的存在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)性能會(huì)產(chǎn)生不良影響。因此，研究裂縫形成的原因，能夠有效解決裂縫問(wèn)題，保障橋梁結(jié)構(gòu)安全。

1 運(yùn)營(yíng)橋梁裂縫成因

1.1 受荷載因素影響產(chǎn)生的橋梁裂縫

既有橋梁運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)裂縫，比較常見(jiàn)的裂縫類(lèi)型有荷載裂縫，導(dǎo)致此種類(lèi)型裂縫出現(xiàn)的原因主要在以下兩方面：（1）設(shè)計(jì)計(jì)算方面。工程設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行橋梁運(yùn)營(yíng)期間的荷載計(jì)算時(shí)出現(xiàn)漏算，導(dǎo)致橋梁在運(yùn)營(yíng)期間的結(jié)構(gòu)受力與受力假設(shè)之間存在不一致的情況[1]。同時(shí)，也可能在橋梁內(nèi)里及配筋的過(guò)程中出現(xiàn)計(jì)算失誤的情況，導(dǎo)致鋼筋配置量偏少，造成橋梁后期運(yùn)營(yíng)時(shí)出現(xiàn)裂縫。（2）施工階段。實(shí)際作業(yè)中，部分施工人員對(duì)于作業(yè)器具及材料選擇量并未嚴(yán)格管控，且對(duì)橋梁的預(yù)制結(jié)構(gòu)實(shí)際承受力特征并不了解，造成各類(lèi)翻身、安裝、起吊等工作未按照流程推進(jìn)，最終導(dǎo)致橋梁裂縫出現(xiàn)。

1.2 施工方法不恰當(dāng)及材料選擇不適宜問(wèn)題引起的裂縫

施工方案選擇不適宜、不恰當(dāng)因素的影響，也會(huì)導(dǎo)致橋梁形成裂縫。施工中，橋梁下部結(jié)構(gòu)作業(yè)時(shí)對(duì)拉螺栓是一種較為常見(jiàn)的用于模板固定的施工方法，在螺栓的下表面上，往往會(huì)形成一道具有貫穿特性的毛細(xì)孔，此孔會(huì)在橋梁外部的水壓力之下，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，而此現(xiàn)象的出現(xiàn)在一定程度上為橋梁凍脹裂縫類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件[2]。此外，作為混凝土主要構(gòu)成材質(zhì)的水泥、骨料及外加劑等，如在配比期間出現(xiàn)配比失誤的情況，必然會(huì)造成橋梁建造結(jié)構(gòu)的質(zhì)量不合格，從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

1.3 施工工藝質(zhì)量問(wèn)題引起的裂縫

施工工藝操作的不合理也會(huì)使施工質(zhì)量受影響，從而造成運(yùn)營(yíng)期間的橋梁產(chǎn)生縫隙，增加橋梁運(yùn)營(yíng)的危險(xiǎn)性。通常情況下，在橋梁混凝土的澆筑、運(yùn)輸、拼裝以及吊裝的作業(yè)中，橋梁本身的結(jié)構(gòu)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)縱向、橫向、表面、豎向等多角度的裂縫，相對(duì)而言，橋梁中結(jié)構(gòu)具有細(xì)長(zhǎng)、薄壁特征的位置，裂縫出現(xiàn)的頻率更高[3]。此外，當(dāng)施工期間攪拌的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或是攪拌的成效不夠均衡，且在接縫處理不合格、支撐下沉、拆模時(shí)間過(guò)早等方面存在問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致橋梁在后續(xù)投入運(yùn)營(yíng)后產(chǎn)生裂縫。

1.4 溫度變化引起的橋梁裂縫

在大部分橋梁中，如橋梁出現(xiàn)了肉眼可見(jiàn)的裂縫，往往與橋體本身的約束應(yīng)力以及內(nèi)應(yīng)力之間具有關(guān)聯(lián)性，但是無(wú)論是內(nèi)應(yīng)力還是約束應(yīng)力產(chǎn)生變化，極大程度上均是受到了溫度變化的影響[4]。深究混凝土本質(zhì)可知，其具有一定的熱脹冷縮特性，當(dāng)橋體內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)受到溫度變化影響，或是外部受到自然環(huán)境溫度變化影響，混凝土均會(huì)出現(xiàn)變形情況，變形會(huì)受到橋體的約束力限制，而橋體結(jié)構(gòu)會(huì)隨之產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，此時(shí)，若應(yīng)力參數(shù)比混凝土抗拉強(qiáng)度參數(shù)更高，橋體就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

2 橋梁裂縫修復(fù)技術(shù)

2.1 槽口填充技術(shù)

利用槽口填充技術(shù)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)橋梁的裂縫修補(bǔ)時(shí)，需要在橋梁的裂縫位置鑿出一道深槽，且槽口形狀選擇根據(jù)裂縫修補(bǔ)所選用的材料形狀來(lái)確定。現(xiàn)階段，槽口填充技術(shù)在適用性方面比較適合應(yīng)用在裂縫相對(duì)較寬的裂縫處理中，且在槽口的開(kāi)鑿時(shí)，以U形口或是V形口為主。隨后，利用水泥漿進(jìn)行填抹，填抹以分層次積壓式為主，借此使材料的涂抹密度進(jìn)一步增強(qiáng)，同時(shí)，還可加快水泥漿進(jìn)入裂縫的滲透速度，從而為橋梁的裂縫處理提供保障。此外，應(yīng)用槽口填充技術(shù)時(shí)，對(duì)于減緩橋梁表層的裂縫問(wèn)題惡化程度也能夠產(chǎn)生一定的作用。

2.2 鋼板填充法

在橋梁裂縫處理中，鋼板填充技術(shù)是一種實(shí)用性相對(duì)更強(qiáng)的施工技術(shù)，通常以解決橋梁內(nèi)的結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題為主。應(yīng)用鋼板填充技術(shù)時(shí)，首先要在橋體的混凝土結(jié)構(gòu)表層上涂抹環(huán)氧樹(shù)脂，涂抹厚度為2cm，再將同樣厚度的環(huán)氧樹(shù)脂涂抹于鋼板上，隨后在混凝土錨桿上進(jìn)行鋼板的固定，促使混凝土表面與鋼板緊貼，并重復(fù)多次對(duì)兩者進(jìn)行擠壓，以此排出兩者間的空氣，從而提升貼合性。此外，另一種鋼板填充技術(shù)應(yīng)用，是在混凝土與鋼板的鋼筋構(gòu)件上將木塊等填充物質(zhì)加入其中，借此將鋼板與混凝土鋼筋構(gòu)件之間預(yù)留出環(huán)氧樹(shù)脂填充空間，灌注完該材料后，將空隙中預(yù)留的部分空氣全部排出，最終解決運(yùn)營(yíng)橋梁裂縫問(wèn)題。

2.3 表層封閉時(shí)修補(bǔ)法

表層封閉技術(shù)適用于橋梁表層的細(xì)小裂縫，且裂縫的危害性也較小。技術(shù)運(yùn)用期間，需要在橋梁裂縫上涂抹保護(hù)層，此類(lèi)保護(hù)層材質(zhì)為樹(shù)脂，具有防銹、防水的功能，應(yīng)用此法后，可有效避免橋梁混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生銹蝕問(wèn)題，從而延長(zhǎng)橋梁使用壽命。

2.4 表面噴漿法

表面噴漿技術(shù)的應(yīng)用原理是將水泥砂漿噴射在橋梁裂縫上，待漿料在凝固之后，會(huì)于橋梁表層上形成一層保護(hù)膜，從而解決裂縫問(wèn)題。此外，表面噴漿技術(shù)屬于一類(lèi)封閉時(shí)裂縫修補(bǔ)技術(shù)，在技術(shù)執(zhí)行方式上，則需按照裂縫所處橋梁的位置、裂縫本身的性質(zhì)以及工程的裂縫處理要求，做好具體的技術(shù)類(lèi)型選擇。目前利用表面噴漿施工技術(shù)修補(bǔ)裂縫，主要以掛網(wǎng)和無(wú)鋼筋素噴兩種技術(shù)為主。

3 運(yùn)營(yíng)橋梁裂縫加固養(yǎng)護(hù)

3.1 混凝土加固養(yǎng)護(hù)研究

針對(duì)既有橋梁進(jìn)行裂縫處理時(shí)，混凝土加固養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用價(jià)值極高。具體而言，可運(yùn)用以下方法完成加固養(yǎng)護(hù)工作：

（1）表面涂刷封閉加固養(yǎng)護(hù)。此項(xiàng)技術(shù)主要集中在主筋附近豎向裂縫超出0.25mm、梁體縱向裂縫超出0.2mm、墩臺(tái)帽裂縫超出0.3mm等類(lèi)型的裂縫處理中。期間，可先將裂縫附近清理干凈，并打磨橋面混凝土表面。隨后進(jìn)行烘烤預(yù)熱處理，將封閉涂料掛涂其上，也可換用滲透性更強(qiáng)的修補(bǔ)膠液完成縫隙養(yǎng)護(hù)加固工作。此外，填充材料可選用環(huán)氧樹(shù)脂材料。

（2）添置鋼筋加固養(yǎng)護(hù)手段。該項(xiàng)技術(shù)主要是針對(duì)橋梁底進(jìn)行加固，借此提升橋體的抗彎能力，應(yīng)用該技術(shù)時(shí)需將鋼筋固定于橋梁主筋上，具體加護(hù)養(yǎng)護(hù)操作如下：①鑿去橋梁下面的混凝土保護(hù)層，露出主筋并對(duì)既有箍筋切斷進(jìn)行拉直處理。②將所需補(bǔ)充的拉力鋼筋纏繞在主鋼筋上。③將所箍筋恢復(fù)，焊接成形。④將鑿開(kāi)的橋體表面用混凝土澆筑一層保護(hù)層，材料可選用膨脹水泥混凝土。

3.2 溫度控制加固養(yǎng)護(hù)研究

運(yùn)營(yíng)中橋梁在進(jìn)行裂縫加固養(yǎng)護(hù)時(shí)，做好溫度的控制工作十分關(guān)鍵，具體而言，當(dāng)運(yùn)營(yíng)中橋梁出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)該做好如下溫度控制工作：

（1）為了顯著降低混凝土在裂縫處理時(shí)的澆筑溫度，應(yīng)該提前將碎石利用冷水進(jìn)行冷卻處理，處理完成后，再進(jìn)行后續(xù)的混凝土施工工作。

（2）對(duì)運(yùn)營(yíng)中橋梁進(jìn)行裂縫修補(bǔ)時(shí)，如作業(yè)時(shí)間段為夏季，則需分析裂縫澆筑面的散熱特點(diǎn)，并在進(jìn)行澆筑期間控制好厚度參數(shù)。

（3）對(duì)于部分運(yùn)營(yíng)中橋梁因結(jié)構(gòu)被破壞而出現(xiàn)的裂縫類(lèi)問(wèn)題，首先需要做好裂縫內(nèi)部的降溫處理，并在混凝土裂縫中將出水管埋設(shè)其中，隨后在管內(nèi)通入冷水，用以降溫。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，既有橋梁在運(yùn)營(yíng)多年后不可避免地會(huì)出現(xiàn)局部裂縫。此結(jié)果的出現(xiàn)，很大程度上受到兩方面的因素影響：一是內(nèi)部因素，橋梁內(nèi)部的應(yīng)力問(wèn)題，導(dǎo)致橋梁在運(yùn)營(yíng)期間產(chǎn)生裂縫，增加運(yùn)行的危險(xiǎn)性；二是外部因素，橋梁主要受到天氣、來(lái)往車(chē)輛行駛等因素影響。因此，做好橋梁運(yùn)營(yíng)的加固及養(yǎng)護(hù)工作十分有必要，首先需做好混凝土材料的加固養(yǎng)護(hù)工作，還要做好運(yùn)營(yíng)橋梁溫度控制加固養(yǎng)護(hù)相關(guān)工作，這樣才能夠最終提升運(yùn)營(yíng)橋梁的質(zhì)量，解決裂縫問(wèn)題。