公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修中裂縫成因及處治對(duì)策

劉耀

（陜西路橋集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710018）

0 引言

近些年公路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，眾多公路橋梁投入運(yùn)營(yíng)，公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修也越來(lái)越重要，其中裂縫病害處治尤其關(guān)鍵。當(dāng)開(kāi)展公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修工作時(shí)，由于未深入分析裂縫病害成因且采用的處治對(duì)策不合理，為公路橋梁埋下安全隱患，所以應(yīng)全面、客觀分析公路橋梁發(fā)生的裂縫病害，制訂針對(duì)性處治對(duì)策。

1 公路橋梁裂縫病害的成因

1.1 溫度應(yīng)力引起的裂縫

由于溫度發(fā)生變化，對(duì)混凝土公路橋梁產(chǎn)生影響，使其發(fā)生熱脹冷縮反應(yīng)，相關(guān)約束條件引發(fā)溫度應(yīng)力，與混凝土抗拉強(qiáng)度相比，如果溫度應(yīng)力大于該參數(shù)，便會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)裂縫，而且在長(zhǎng)時(shí)間溫差循環(huán)過(guò)程中進(jìn)一步擴(kuò)大裂縫。雖然年溫差發(fā)展速度比較慢，但是冬夏兩季溫差變化比較大，公路橋梁在約束制約條件下，易發(fā)生裂縫病害。一般情況下，日溫差發(fā)生于夏季溫度相對(duì)較高的時(shí)間段，公路橋梁結(jié)構(gòu)中光照直射的部位和背陰部位形成較大溫差，使得結(jié)構(gòu)不同部位產(chǎn)生較大溫差，進(jìn)而形成溫度應(yīng)力導(dǎo)致裂縫病害發(fā)生。

通過(guò)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，溫差應(yīng)力與活載應(yīng)力大體一致，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)未充分考慮溫差應(yīng)力，由此導(dǎo)致溫差裂縫病害發(fā)生[1]。

1.2 收縮引起的裂縫

公路橋梁結(jié)構(gòu)混凝土澆筑作業(yè)結(jié)束之后，在硬化環(huán)節(jié)由于結(jié)構(gòu)表面水分流失而導(dǎo)致收縮變形，進(jìn)而內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行約束制約，從而形成拉應(yīng)力，如果結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度無(wú)法應(yīng)對(duì)抗拉應(yīng)力，將引發(fā)收縮裂縫病害。

另外，部分橋梁由于收縮差引發(fā)結(jié)構(gòu)裂縫，例如變截面連續(xù)剛構(gòu)橋，當(dāng)開(kāi)展施工時(shí)，墩身澆筑和0 號(hào)塊澆筑形成較大時(shí)間差，所以兩者收縮不同步，進(jìn)而形成收縮差，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)。

1.3 鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫

當(dāng)開(kāi)展公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修工作時(shí)，在部分橋梁鋼筋中存在混凝土保護(hù)層厚度過(guò)小的情況，基于綜合因素長(zhǎng)期影響下，徹底碳化保護(hù)層，嚴(yán)重破壞鋼筋表面氧化膜，進(jìn)一步造成鋼筋銹蝕，在后續(xù)施工期間部分鋼筋體積增大，甚至膨脹超過(guò)10.5 倍，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)沿著鋼筋發(fā)生橫向裂縫病害[2]。

1.4 結(jié)構(gòu)超載產(chǎn)生的裂縫

公路橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生的裂縫病害通常有兩種：

其一，在結(jié)構(gòu)施工期間，因?yàn)榕R時(shí)荷載大幅度增加，使其局部缺乏承載力而引發(fā)裂縫病害。

其二，運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，超載汽車(chē)不斷途經(jīng)公路橋梁，導(dǎo)致其底板出現(xiàn)大量橫向裂縫。當(dāng)重載汽車(chē)行駛而過(guò)時(shí)，導(dǎo)致一些典型裂縫裂開(kāi)，而且通行之后出現(xiàn)假性閉合現(xiàn)象，由于長(zhǎng)期作用，非常容易造成裂縫位置的鋼筋銹蝕，進(jìn)一步破壞公路橋梁結(jié)構(gòu)。

1.5 基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫

對(duì)于早期修建的公路橋梁，一般將擴(kuò)大基礎(chǔ)作為墩臺(tái)基礎(chǔ)，一些橋梁由于設(shè)計(jì)與施工條件不足，沒(méi)有實(shí)地調(diào)研基底承載力，所以后期出現(xiàn)不均勻沉降等引發(fā)的裂縫病害。另外，部分公路橋梁投入運(yùn)營(yíng)后，由于排水設(shè)施被破壞等，使得水流滲入墩臺(tái)地基，造成基礎(chǔ)不均勻沉降，由此引發(fā)裂縫病害。

2 公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修中裂縫的處治對(duì)策

2.1 表面封閉法

公路橋梁結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)諸多寬度在0.15mm 以下的非結(jié)構(gòu)裂縫，主要使用裂縫膠加工其表面封閉，見(jiàn)圖1。

圖1 封閉裂縫示意圖

2.2 填充密封法

填充封閉法一般在裂縫表面合適位置鑿出凹槽，使用填充材料加以修補(bǔ)。通常分為兩種填充法，一種是剛性材料填充法，另一種是彈性材料填充法。前者使用普通水泥砂漿、樹(shù)脂砂漿等進(jìn)行填充，可采用手工方式剔鑿裂縫，也可以應(yīng)用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行開(kāi)槽，然后填充材料。后者主要使用丙烯酸樹(shù)脂、聚硫化物等進(jìn)行填充。

2.3 低壓灌漿法

在公路橋梁結(jié)構(gòu)中，對(duì)于寬度在0.15mm 以下的裂縫，往往進(jìn)行低壓灌漿，以此讓裂縫部位的混凝土再次黏結(jié)，從而恢復(fù)梁體整體性，使力的傳導(dǎo)重新進(jìn)入設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)狀態(tài)，增強(qiáng)公路橋梁耐久性。應(yīng)用的灌漿設(shè)備主要由電動(dòng)空壓機(jī)、壓漿嘴、送氣管等構(gòu)成，其中壓漿嘴具備三種功能，可開(kāi)啟、關(guān)閉及封閉，方便黏結(jié)，從而達(dá)到封閉狀態(tài)下試壓、保壓等要求。按照裂縫分布和走向，明確粘貼灌漿嘴具體部位。通常對(duì)于相對(duì)規(guī)則的橫向裂縫與豎向裂縫，應(yīng)將其間距控制在20～25cm 之間。而對(duì)于交叉裂縫等不規(guī)則裂縫，需要在其端部、寬度較大與交叉部位合理設(shè)置灌漿底座[3]。另外，對(duì)于貫穿裂縫，需要進(jìn)行開(kāi)槽，并且在裂縫兩端合理設(shè)置灌漿底座，做好裂縫表面的封閉處理，保證其充滿漿體且具有相應(yīng)壓力，對(duì)于封閉膠和混凝土，需要將其黏結(jié)強(qiáng)度控制在4MPa 以上，保證膠層不存在氣泡，將其厚度控制在2mm 以下，而且與壓漿嘴緊密相連。如果裂縫超過(guò)1mm，除了要封閉裂縫，還要粘貼一層玻璃纖維布。

做好裂縫封閉作業(yè)之后，需要開(kāi)展壓縫試驗(yàn)，嚴(yán)格檢查裂縫實(shí)際封閉情況，避免漏氣，確保壓漿通道足夠密閉、順暢。通常情況下，應(yīng)將壓力控制在0.3MPa，而且針對(duì)每一個(gè)進(jìn)漿孔和出漿孔及時(shí)、正確記錄其貫通情況。通過(guò)檢查確定裂縫不存在漏氣問(wèn)題之后，可進(jìn)行配漿，使用的裂縫膠性能需要達(dá)到相關(guān)要求。正式開(kāi)展灌漿作業(yè)之前，應(yīng)熟知灌漿順序，若為豎向裂縫，需要由下往上灌漿；若為橫向裂縫，需要從一邊到另一邊灌漿，由寬向窄灌漿；若為交叉裂縫，需要按圖2 進(jìn)行灌漿，并且在確定進(jìn)出漿孔之后將其他孔口封閉。在實(shí)施灌漿作業(yè)的過(guò)程中，需要形成一定壓力，在0.6～0.8MPa 之間，同時(shí)嚴(yán)格控制進(jìn)漿時(shí)間，如果出漿嘴開(kāi)始流出純漿，應(yīng)將其封閉。再開(kāi)啟下一出漿嘴，而且并聯(lián)上一出漿嘴實(shí)施注漿作業(yè)[4]。反復(fù)進(jìn)行上述操作，直到最后一個(gè)出漿嘴開(kāi)始流出純漿，此時(shí)將其暫時(shí)封閉，將壓力穩(wěn)定30min 之后完成灌漿作業(yè)。

圖2 交叉裂縫灌漿示意圖

完成灌漿作業(yè)之后，當(dāng)注漿液固化時(shí)去除灌漿嘴，針對(duì)每一處灌漿嘴使用封閉膠進(jìn)行封閉。要保證美觀性，應(yīng)使用聚合物水泥漿充分涂抹灌漿裂縫表面，適當(dāng)縮小與原有結(jié)構(gòu)表面的顏色差異。在此基礎(chǔ)上，使用丙酮將灌漿工具與管道線路清理干凈。

2.4 粘貼碳纖維布

如果公路橋梁結(jié)構(gòu)表面存在較多細(xì)微裂縫并且分布不規(guī)則，首先需要處治裂縫病害，然后粘貼碳纖維布，該方法既可以加強(qiáng)修復(fù)裂縫，也可以增強(qiáng)梁體局部承載力，在逐步提高碳纖維布生產(chǎn)制作質(zhì)量的過(guò)程中，現(xiàn)今在開(kāi)展公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修工作時(shí)廣泛使用碳纖維布。在實(shí)際操作過(guò)程中，選取梁體表面合適部位打磨平整，清理干凈表面雜質(zhì)，讓混凝土新鮮面顯露出來(lái)，使粘貼面足夠干凈、干燥。將適量底膠涂刷于公路橋梁結(jié)構(gòu)表面，如果存在表面不平整的情況，在底膠固結(jié)之后，應(yīng)使用找平膠做好凹陷部位的找平處理。合理張拉碳纖維布，使其緊貼在公路橋梁結(jié)構(gòu)基面上，而且使用滾筒滾壓，排出氣泡，緊密結(jié)合膠體和碳纖維布。完成碳纖維布粘貼作業(yè)且進(jìn)行固化之后嚴(yán)格檢查密實(shí)度，如果出現(xiàn)小范圍的空鼓情況，需要用針管注膠有效修補(bǔ)，如果出現(xiàn)較大范圍的空鼓情況，需要將其切除，搭接好碳纖維布，將搭接長(zhǎng)度控制在100mm 以 上[5]。

3 公路橋梁裂縫的預(yù)防措施

3.1 強(qiáng)化設(shè)計(jì)

其一，保證公路橋梁結(jié)構(gòu)在各個(gè)階段形成的受力部位和具體受力情況處于其實(shí)際承載范圍中，減小對(duì)路面造成的損耗。當(dāng)開(kāi)展公路橋梁設(shè)計(jì)工作時(shí)，相關(guān)施工設(shè)計(jì)者應(yīng)豐富自己的專業(yè)知識(shí)，并且加強(qiáng)與實(shí)踐的結(jié)合，由此降低裂縫病害發(fā)生率。

其二，在公路橋梁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，相關(guān)設(shè)計(jì)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)整體和細(xì)節(jié)處理，并且綜合考慮天氣、地質(zhì)等設(shè)計(jì)效果影響因素，盡量延長(zhǎng)公路橋梁使用壽命。

其三，根據(jù)公路橋梁特征科學(xué)構(gòu)建設(shè)計(jì)理論體系，使整體設(shè)計(jì)更加精確、合理。與此同時(shí)，有關(guān)部門(mén)需要從各個(gè)方面監(jiān)管設(shè)計(jì)工作，確保設(shè)計(jì)工作順利開(kāi)展。

3.2 確保梁體鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度

在公路橋梁養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，應(yīng)定期檢查其保護(hù)層厚度，特別是表面混凝土已經(jīng)碳化的梁體，一旦碳化深度接近保護(hù)層厚度，應(yīng)盡快處治，避免主梁鋼筋出現(xiàn)銹蝕的情況。梁體之所以發(fā)生裂縫病害，鋼筋銹蝕膨脹是一個(gè)主要原因。

3.3 平衡橋梁建筑荷載

為將公路橋梁荷載力控制在合理范圍內(nèi)，應(yīng)在橋梁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)充分考慮橋梁結(jié)構(gòu)具體情況，包括其持久性和承受的沖擊力等。首先，在試驗(yàn)過(guò)程中，需要確保橋梁結(jié)構(gòu)基于常規(guī)荷載之下可避免較大變形與裂縫出現(xiàn)，同時(shí)橋跨結(jié)構(gòu)下部需要進(jìn)行便于人車(chē)通行、泄洪等的設(shè)計(jì)，還需要全面考慮管線搭載渠道。然后，在選取原材料時(shí)應(yīng)足夠謹(jǐn)慎，選擇高強(qiáng)度鋼材與混凝土，而且施工單位應(yīng)掌握繁雜的施工工藝，加大監(jiān)督力度，必須嚴(yán)格鑒定整個(gè)公路橋梁的質(zhì)量，保證其不存在質(zhì)量問(wèn)題，從而提高其抗性與穩(wěn)定性，如此方可降低沖擊力與離心力產(chǎn)生的影響，減小共振反應(yīng)。除此之外，在公路橋梁加固方案設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮各個(gè)方面的內(nèi)容：

其一，對(duì)于公路橋梁下方結(jié)構(gòu)，應(yīng)保證其承受力較大，經(jīng)過(guò)加固一定要滿足重噸位卡車(chē)通行要求。

其二，在加固過(guò)程中應(yīng)注重所使用加固物自重對(duì)公路橋梁產(chǎn)生的影響。

其三，對(duì)于加固表面存在開(kāi)裂現(xiàn)象的部位，需要通過(guò)修復(fù)構(gòu)件表面，保證其足夠平滑。

3.4 對(duì)橋梁關(guān)鍵部位進(jìn)行定期檢查

針對(duì)公路橋梁重點(diǎn)受力部位以及傳力結(jié)構(gòu)，加大定期檢查力度，一旦出現(xiàn)不該有的裂縫，必須第一時(shí)間上報(bào)，同時(shí)加強(qiáng)與設(shè)計(jì)單位之間的協(xié)同合作，全面分析裂縫出現(xiàn)的原因并使用有效處治措施，避免裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，對(duì)公路橋梁運(yùn)營(yíng)安全構(gòu)成威脅。

3.5 降低橋梁溫差，減少溫差裂縫

當(dāng)開(kāi)展公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修工作時(shí)，對(duì)于一些箱梁或空心板，忽視了日照溫差引發(fā)的裂縫病害，在其設(shè)計(jì)過(guò)程中未合理設(shè)置通風(fēng)孔。在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修時(shí)，需要參照通風(fēng)孔正確位置，加強(qiáng)與設(shè)計(jì)單位之間的協(xié)同合作，加設(shè)通風(fēng)孔等。

3.6 加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)管理，防止橋梁過(guò)度超載

因?yàn)榛炷亮芽p具有不可逆的特征，所以公路橋梁長(zhǎng)期超載通行，會(huì)導(dǎo)致裂縫不斷擴(kuò)大，縮短其使用壽命，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)年限。如果超載車(chē)輛一定要通過(guò)，應(yīng)進(jìn)一步加固橋梁，防止其被破壞。另外，在開(kāi)展公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修工作的過(guò)程中，還需要盡快處治橋梁基礎(chǔ)不均勻沉降等諸多病害，盡可能減少導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)的誘因。

3.7 提高監(jiān)理隊(duì)伍的素質(zhì)和監(jiān)理能力

為防范公路橋梁發(fā)生裂縫病害，應(yīng)安排高素質(zhì)監(jiān)理進(jìn)行監(jiān)督，因此一定要增強(qiáng)監(jiān)理隊(duì)伍整體監(jiān)理能力，提高其專業(yè)素質(zhì)。嚴(yán)格審批監(jiān)理單位，若為混凝土使用達(dá)不到要求的監(jiān)理單位，應(yīng)要求其符合資質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)才能夠?qū)徟?，切忌蒙混過(guò)關(guān)，并且不能對(duì)非獨(dú)立實(shí)體監(jiān)理單位進(jìn)行審批。以全體監(jiān)理人員為對(duì)象，由監(jiān)理單位開(kāi)展培訓(xùn)，在此過(guò)程中提高其綜合素質(zhì)，尤其是監(jiān)理工作方面，需要監(jiān)理人員具備較高綜合素質(zhì)，且應(yīng)變能力過(guò)硬，因此對(duì)于監(jiān)理單位來(lái)說(shuō)，需要具備各方面的能力，提高施工與設(shè)計(jì)監(jiān)理能力。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修工作實(shí)踐來(lái)看，混凝土結(jié)構(gòu)廣泛存在裂縫病害，此類(lèi)病害是難免的。所以，需要詳細(xì)、合理分析裂縫病害，提高養(yǎng)護(hù)維修人員應(yīng)對(duì)能力，使其更好地劃分裂縫類(lèi)型、分析裂縫發(fā)生的原因且采用有效處治對(duì)策。另外，在開(kāi)展公路橋梁日常養(yǎng)護(hù)維修工作時(shí)，需要主動(dòng)防范裂縫，由此加強(qiáng)對(duì)早期裂縫的管控，盡量降低危害程度，避免裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，控制運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全隱患。