鋼筋混凝土橋梁裂縫成因分析和防治方法

李 兵

（中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西 太原 030000）

橋梁工程在土木工程中占據(jù)著舉足輕重的地位，橋梁施工質(zhì)量好壞直接影響著橋梁運(yùn)行可靠性與安全性。在橋梁建設(shè)過(guò)程中，鋼筋混凝土是橋梁的主要原材料，盡管使用鋼筋混凝土材料建造的橋梁具有牢固、美觀等特性，但是在建設(shè)過(guò)程中受內(nèi)部和外部的影響較大，易造成物理結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而影響橋梁質(zhì)量，使橋梁結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度下降，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)工程事故。

1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫危害

橋梁施工過(guò)程中出現(xiàn)裂縫是施工大忌，將給橋梁施工造成難以避免的損失。一方面，橋梁裂縫的存在會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響，致使橋梁整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，甚至因裂縫擴(kuò)展對(duì)橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，給橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)巨大潛在的安全隱患。另一方面，橋梁裂縫有可能使橋梁內(nèi)一些鋼筋裸露在外界空氣中，長(zhǎng)時(shí)間使用后裸露在外的鋼筋易受到腐蝕，從而降低橋梁穩(wěn)定性及安全可靠性[1]。

2 裂縫成因分析

2.1 混凝土承載能力達(dá)不到規(guī)定要求

通過(guò)分析道路和橋梁施工中裂縫的種類(lèi)，從中可以了解到結(jié)構(gòu)性裂縫就是其中之一，在實(shí)際生活中也較為普遍。在分析造成這種裂縫的原因上，需要從更深的層次入手，通過(guò)分析混凝土承載能力有關(guān)規(guī)定，找出造成混凝土承載能力達(dá)不到要求的原因。首先，從混凝土材料設(shè)計(jì)這一角度入手。許多設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中并未充分考慮道路橋梁的真實(shí)負(fù)荷能力，最終導(dǎo)致道路和橋梁荷載能力達(dá)不到實(shí)際需求，不能滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)要求。道路和橋梁在正式使用時(shí)，許多較大的汽車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)都會(huì)使之產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫。其次，在道路和橋梁建設(shè)過(guò)程中，部分施工人員不按設(shè)定順序進(jìn)行建設(shè)，任意更改鋼筋混凝土施工次序，這一現(xiàn)象還會(huì)影響到混凝土受力，易導(dǎo)致道路和橋梁出現(xiàn)裂縫。正式使用階段，如有交通事故或自然災(zāi)害也可能使混凝土開(kāi)裂。通過(guò)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，盡管有一些因素不易控制，但仍需要在混凝土材料設(shè)計(jì)和正式施工過(guò)程中做好管理，降低人為因素導(dǎo)致混凝土裂縫的出現(xiàn)。

2.2 混凝土材料的質(zhì)量和溫度偏差

有關(guān)工作人員在施工過(guò)程中運(yùn)用混凝土材料時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)許多道路和橋梁產(chǎn)生裂縫都是由于所用混凝土材料不均勻所導(dǎo)致的，而這一裂縫就是由于混凝土自身存在問(wèn)題所導(dǎo)致。通過(guò)總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，造成混凝土開(kāi)裂的因素是多方面的，涉及混凝土的構(gòu)造問(wèn)題、混凝土的材料問(wèn)題和混凝土內(nèi)的溫度變化問(wèn)題[2]。

2.2.1 材質(zhì)問(wèn)題

混凝土材料存在材質(zhì)問(wèn)題將對(duì)其結(jié)構(gòu)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，若達(dá)不到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)則會(huì)造成道路和橋梁開(kāi)裂。從材質(zhì)上分析原因可以知道主要是由于混凝土砂石級(jí)配不良、砂石含泥量大、物料中含有泥性硅化物等因素所致。此外，部分施工人員還會(huì)將含氯化物外加劑加入混凝土材料當(dāng)中，進(jìn)而腐蝕鋼筋，這些問(wèn)題均會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，使得其收縮性加大。再加上施工人員選擇砂石時(shí)，若其礦物含量較多，則會(huì)使水泥與骨料黏結(jié)性降低，從而還會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度造成影響。

由此可知，在道路和橋梁的建設(shè)當(dāng)中，混凝土材料顯得尤為重要，材料質(zhì)量的提升還能在某種程度上改善建設(shè)的品質(zhì)。

2.2.2 溫度變化問(wèn)題

通常混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度要和外部溫度維持在相對(duì)平衡的區(qū)間，才能確?；炷敛皇艿綔囟鹊挠绊?，降低裂縫出現(xiàn)的概率。然而，在研究引起混凝土結(jié)構(gòu)溫度變化原因的過(guò)程中，能夠發(fā)現(xiàn)其中有很多因素，例如外部溫度不可控，外部溫度受季節(jié)變化，時(shí)間變化和環(huán)境影響較大，難以用人為方法進(jìn)行有效調(diào)控。在研究過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)混凝土外部溫度上升極快，按時(shí)散熱也十分迅速，內(nèi)部溫度情況卻與其外部相反。但是混凝土散熱時(shí)，既要對(duì)外散熱又要對(duì)內(nèi)散熱。在這種情況下，就容易導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫度表現(xiàn)不均一，從而出現(xiàn)開(kāi)裂[3]。

2.3 道路和橋梁施工區(qū)域的地基沉降

在道路施工過(guò)程中，施工人員和有關(guān)部門(mén)首先要了解施工地區(qū)地基情況并做好相應(yīng)準(zhǔn)備，提升夯實(shí)作業(yè)質(zhì)量，確保地基穩(wěn)定。但是在實(shí)際施工中出現(xiàn)了一些施工人員對(duì)于地基性能認(rèn)識(shí)情況不詳細(xì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員調(diào)查方式不夠科學(xué)等現(xiàn)象。如果考察工作不夠全面，就會(huì)造成其設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)承載力不足，投入運(yùn)營(yíng)以后，就會(huì)難以承受交通流量，導(dǎo)致地基發(fā)生沉降。在道路和橋梁建設(shè)過(guò)程中，由于混凝土表面密閉性相對(duì)較差，從而會(huì)使水進(jìn)入地基中，最終也會(huì)降低地基穩(wěn)固性，極大地增加地基變形發(fā)生概率。加之由于季節(jié)及其他原因影響，冬季地基內(nèi)土層有固化現(xiàn)象，溫度會(huì)隨時(shí)間逐漸上升，在這一過(guò)程中，地基始終處于相對(duì)失穩(wěn)狀態(tài)，同樣會(huì)造成混凝土開(kāi)裂。

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫防治方法

3.1 做好施工準(zhǔn)備，全面檢測(cè)混凝土荷載能力

為尋求混凝土裂縫預(yù)防和處理辦法，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和施工人員在準(zhǔn)備階段必須重視進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)，并從不同角度考慮其荷載能力問(wèn)題。通過(guò)進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)混凝土荷載能力較為有限，因此在實(shí)際建設(shè)期間必須做好相應(yīng)計(jì)劃。要想提升其荷載能力就必須要求有關(guān)人員做好管理和監(jiān)督，對(duì)道路和橋梁進(jìn)行全面的布置，對(duì)之后的用途進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且將這些資料綜合起來(lái)進(jìn)行相關(guān)規(guī)劃。同時(shí)還要注意以混凝土材料性能為基礎(chǔ)，綜合考慮其承載能力。為了更有效地防止混凝土開(kāi)裂，施工人員還應(yīng)該做好相應(yīng)的留設(shè)工作，以確保即使今后在運(yùn)營(yíng)期間，即使有超載車(chē)輛進(jìn)入該段或橋梁上，都能避免出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂。

例如：考慮到混凝土荷載能力，有關(guān)部門(mén)可嘗試使用大數(shù)據(jù)作為輔助工具，利用網(wǎng)絡(luò)收集大量資料，并結(jié)合本施工路段實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行仿真，在此基礎(chǔ)上使用大數(shù)據(jù)分析并得到相關(guān)成果。然后以此為基準(zhǔn)，確定混凝土荷載能力范圍。該方法在節(jié)省時(shí)間的同時(shí)也能極大程度地提升準(zhǔn)確率，從而進(jìn)一步促進(jìn)了道路橋梁施工技術(shù)的進(jìn)步[4]。

3.2 注重質(zhì)量檢查，嚴(yán)格控制混凝土的水灰比

材質(zhì)問(wèn)題是混凝土能否出現(xiàn)裂縫的最主要因素，若混凝土材質(zhì)達(dá)不到道路和橋梁施工標(biāo)準(zhǔn)則難以確保其在后期能夠正常使用。對(duì)此，有關(guān)施工人員必須對(duì)這一問(wèn)題加以重視，對(duì)混凝土水灰比進(jìn)行嚴(yán)格把控，充分確?；炷敛牧腺|(zhì)量。這就要求專(zhuān)業(yè)施工人員根據(jù)施工實(shí)際情況來(lái)試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試來(lái)決定水灰比。

此外，有關(guān)管理人員在對(duì)布置采購(gòu)任務(wù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)采購(gòu)人員專(zhuān)業(yè)素質(zhì)進(jìn)行全面了解，明確其施工經(jīng)驗(yàn)豐富，確保其在采買(mǎi)過(guò)程中可對(duì)混凝土材料質(zhì)量進(jìn)行區(qū)分。在這種情況下，還需要建立相應(yīng)的監(jiān)督部門(mén)來(lái)監(jiān)管雙方，確保全體施工人員可以各司其職，并且發(fā)揮出應(yīng)有的作用。例如在混凝土材料中摻入減水劑，能夠降低混凝土泌水從而確?；炷帘Ｗo(hù)層厚度。為避免干縮裂縫出現(xiàn)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)能夠足以控制裂縫的分布筋。管理過(guò)程中出現(xiàn)偷工減料現(xiàn)象必須嚴(yán)厲處理，使全體施工人員引以為戒，從而使其他施工人員能更積極地投入工作中，確保道路和橋梁的建設(shè)質(zhì)量，降低裂縫出現(xiàn)的概率[5]。

配比科學(xué)、原料質(zhì)量好是確?；炷临|(zhì)量與強(qiáng)度指標(biāo)最主要的途徑?；炷粱旌狭仙a(chǎn)過(guò)程中，需要根據(jù)水泥、砂石和其他原材料的科學(xué)調(diào)配配比，準(zhǔn)確地控制各種原材料的摻量。

施工人員在采購(gòu)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量管控，在采購(gòu)過(guò)程中對(duì)原材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，還要科學(xué)地安排原材料安放地點(diǎn)，以免因安放方法不合適對(duì)混凝土強(qiáng)度及其他指標(biāo)造成影響。另外，還需要進(jìn)一步規(guī)范施工流程，盡可能地減少物料擺放及輸送時(shí)間，避免混合料離析，造成物料不均勻分布等問(wèn)題發(fā)生。同時(shí)運(yùn)輸后期也要加強(qiáng)保養(yǎng)，以免水分迅速散失。對(duì)于較大規(guī)模工程項(xiàng)目而言，需要結(jié)合設(shè)計(jì)要求分層澆筑混凝土以提升散熱效率。對(duì)不能一次性完成澆筑的部件，需要對(duì)澆筑間隙進(jìn)行合理控制，一般在第1 次混凝土澆筑結(jié)束后，初凝之前進(jìn)行第2 次澆筑，還要確保第2次澆筑能夠連續(xù)進(jìn)行。當(dāng)嚴(yán)格控制混凝土水灰比后，施工單位可直接請(qǐng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行材料購(gòu)買(mǎi)和材料測(cè)試。在正式開(kāi)始施工前還要對(duì)混凝土材料進(jìn)行二次檢測(cè)，雙重保障能夠完全規(guī)避施工過(guò)程中材料上存在的問(wèn)題。

3.3 重視養(yǎng)護(hù)管理，合理調(diào)節(jié)溫度并做好養(yǎng)護(hù)

施工人員要想降低混凝土開(kāi)裂現(xiàn)象，除了關(guān)注材料、外界環(huán)境等因素所造成的影響外，還要注意對(duì)混凝土溫度進(jìn)行調(diào)整，以免其因溫差過(guò)大而開(kāi)裂。此外，建設(shè)完成后，有關(guān)部門(mén)還應(yīng)該重視道路和橋梁的養(yǎng)護(hù)管理工作，以進(jìn)一步增加其使用壽命。對(duì)于道路和橋梁當(dāng)中混凝土材料的維護(hù)是一項(xiàng)十分龐大的項(xiàng)目。如果養(yǎng)護(hù)管理人員在溫度較高的環(huán)境下進(jìn)行操作，就需要采取設(shè)置鋼模板或噴水的方式，避免混凝土材料被烈日暴曬，從而起到降溫和減少開(kāi)裂的效果。在這期間管理人員也要注意做好相應(yīng)的保養(yǎng)工作[6]。建設(shè)完成以后，不管有關(guān)部門(mén)怎么維護(hù)，道路和橋梁都有可能產(chǎn)生裂縫，有的輕微、有的嚴(yán)重。對(duì)于這種情況，有關(guān)的工作人員應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。維修工作進(jìn)行過(guò)程中，需開(kāi)挖裂縫四周混凝土，向混凝土中注入新漿液。這種防護(hù)工作既能完成對(duì)縫隙的修補(bǔ)，又能避免在此重新出現(xiàn)縫隙，提高使用壽命。

例如：為提高養(yǎng)護(hù)管理工作效率，可在道路和橋梁不同路段設(shè)置監(jiān)測(cè)、檢測(cè)系統(tǒng)，一旦發(fā)生高溫或裂縫等情況，有關(guān)人員可在第一時(shí)間知曉。借助這種方法，既能減少人力又能更規(guī)律地進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理，提高管理效率[7]。

3.4 提前做好勘察，了解施工路段的土質(zhì)情況

專(zhuān)業(yè)施工人員和有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)在分析混凝土材料開(kāi)裂原因時(shí)，能夠充分了解地基沉降這一現(xiàn)象給施工帶來(lái)了哪些影響。排除地基未夯實(shí)外，還存在著許多使道路和橋梁發(fā)生塌陷或坍塌的因素。并且，此種事件一旦發(fā)生都是不可逆轉(zhuǎn)的，無(wú)法通過(guò)其他方法進(jìn)行維修。對(duì)此，有關(guān)人員必須做好建設(shè)前的勘察，特別是當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、建設(shè)路段土質(zhì)等，以免在建設(shè)過(guò)程中或使用過(guò)程中產(chǎn)生地基沉降問(wèn)題。注重勘察工作開(kāi)展才能夠從根源上解決這一問(wèn)題，但是在實(shí)際工作中卻難以確保道路和橋梁不會(huì)產(chǎn)生裂縫。為進(jìn)一步防止由于地基沉降而產(chǎn)生開(kāi)裂，有關(guān)工作人員可采取搭設(shè)支架等措施，消除道路或橋梁非彈性變形現(xiàn)象。

3.5 橋梁裂縫的處治措施

3.5.1 壁可法裂縫灌注處治技術(shù)

壁可法裂縫灌注處治技術(shù)對(duì)裂縫處理有普適性。在施工過(guò)程中，需要對(duì)被處理部位表面進(jìn)行徹底清洗，一般可用鋼絲刷將裂縫5cm 以?xún)?nèi)徹底清洗干凈，也可用清水進(jìn)行除塵。然后按指定的配比配置封口膠，并沿著裂縫的走向每間隔30cm 布置注入座，向裂縫中注入封口膠。為增強(qiáng)修補(bǔ)效果，可以采用專(zhuān)用注入設(shè)備對(duì)裂縫進(jìn)行一次封口膠注入，待膠料充分固化后再進(jìn)行灌注膠配置，最后完成所有修補(bǔ)工序。提高混凝土構(gòu)件強(qiáng)度及承載性能，而且操作工序相對(duì)簡(jiǎn)單、可操作性較強(qiáng)。

3.5.2 貼碳纖維布的處治工藝

粘貼碳纖維布是裂縫處治的一種手段，這種方式主要是利用碳纖維抗拉性強(qiáng)的特點(diǎn)和鋼筋在縱向上一起承受拉力。粘貼前應(yīng)先將待粘貼處徹底清掃、打磨干凈，確保表面光潔、增強(qiáng)粘貼效果。然后將環(huán)氧樹(shù)脂基液涂到表面，涂時(shí)要避免氣泡的產(chǎn)生，保證涂厚為1mm。若梁底表面凹凸不平，也需用平膠修整，等平膠固化后用浸漬膠粘碳纖維布。此工藝不宜產(chǎn)生氣泡，貼好后涂環(huán)氧水泥膠砂以確保整個(gè)工藝取得理想的效果[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土橋梁在施工過(guò)程中一旦發(fā)生開(kāi)裂問(wèn)題，將會(huì)給整個(gè)橋梁工程的應(yīng)用帶來(lái)十分嚴(yán)重的后果。所以，有關(guān)建設(shè)人員在進(jìn)行橋梁工程建設(shè)時(shí)，需嚴(yán)格遵守國(guó)家相關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)，才能保證橋梁工程建設(shè)質(zhì)量。同時(shí)在鋼筋混凝土橋梁使用期間，也要采取有效措施對(duì)其開(kāi)展防護(hù)與維護(hù)工作，從而保證橋梁工程能夠安全持久地運(yùn)行。