公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修中裂縫成因的分析及處治措施

楊維軍

(甘肅省蘭州公路事業(yè)發(fā)展中心榆中公路段，甘肅 榆中 730100)

公路橋梁是我國(guó)交通體系的重要構(gòu)成部分，其質(zhì)量將直接關(guān)系著過(guò)往車輛通行安全，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有著直接影響。裂縫是公路橋梁使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，具體成因較為復(fù)雜，在養(yǎng)護(hù)維修過(guò)程中必須充分考慮到實(shí)際情況，做到具體問(wèn)題具體分析，找尋關(guān)鍵點(diǎn)加以科學(xué)處治，切實(shí)提高路橋維護(hù)有效性并延長(zhǎng)壽命。因此，分析公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修中裂縫成因的分析及處治措施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修的重要性

公路橋梁工程規(guī)模大，建設(shè)完成后使用頻率較高，長(zhǎng)期承受高荷載，再加上外部環(huán)境、氣候等客觀因素，與部分人為因素，可能會(huì)對(duì)公路橋梁路面造成損害，損害一旦產(chǎn)生就有可能影響到公路橋梁自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性，只有科學(xué)養(yǎng)護(hù)維修才能保證過(guò)往車輛順利通行[1]。可見，公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修的重要性，具體表現(xiàn)為幾點(diǎn)：1)有助于提高公路橋梁安全性，由于公路橋梁長(zhǎng)期承受高荷載，且暴露在自然環(huán)境中，雨水沖刷、溫度變化、人為破壞、事故發(fā)生等，均會(huì)在不同程度上對(duì)公路橋梁本體造成傷害，若不及時(shí)處理，很有可能引起繼發(fā)事故，而有效的養(yǎng)護(hù)維修手段，可以在最大程度上提高公路橋梁質(zhì)量，避免因安全性、穩(wěn)定性問(wèn)題影響車輛正常通行，確保交通安全，減少事故發(fā)生。

2)有助于降低維護(hù)成本，公路橋梁本身屬于交通體系的重要過(guò)程部分，其建設(shè)本身就需要消耗較多資金成本，建設(shè)完成后需定期進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，保證及時(shí)性，若出現(xiàn)大規(guī)模問(wèn)題則很有可能出現(xiàn)翻建、重修的情況，不僅容易引發(fā)安全事故，還會(huì)消耗較多資金，而科學(xué)養(yǎng)護(hù)維修可防止小問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)榇髥?wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)維護(hù)成本有效控制。

3)有助于延長(zhǎng)公路橋梁使用壽命，有效的養(yǎng)護(hù)維修工作，可針對(duì)公路橋梁?jiǎn)栴}進(jìn)行及時(shí)處理，修復(fù)加固的基礎(chǔ)上，使其更具穩(wěn)定性，借此延長(zhǎng)公路橋梁使用壽命，使其具備更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2]。

2 公路橋梁裂縫的成因分析

2.1 溫度應(yīng)力裂縫

公路橋梁的整體結(jié)構(gòu)為混凝土結(jié)構(gòu)，而當(dāng)發(fā)生較大溫度變化時(shí)，受熱脹冷縮影響會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在公路橋梁的表面形成裂縫[3]。這種裂縫多發(fā)于多年溫度變化較大、早晚溫差較大的地區(qū)，這些裂縫一旦產(chǎn)生就不可逆，且隨著長(zhǎng)期溫差循環(huán)裂縫會(huì)不斷變寬，若不及時(shí)處理將會(huì)引起較大危害，嚴(yán)重影響公路橋梁結(jié)果的穩(wěn)定性。

2.2 收縮裂縫

這種裂縫是在公路橋梁混凝土澆筑施工后硬化階段產(chǎn)生，當(dāng)結(jié)構(gòu)整體表面失水后會(huì)產(chǎn)生體積收縮變形，當(dāng)形變位置達(dá)到內(nèi)部結(jié)構(gòu)以后會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土公路橋梁結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗拉應(yīng)力時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。此外，部分橋梁在施工中，墩身與0號(hào)塊澆筑間隔較短，導(dǎo)致前后收縮不同步，在相互拉力作用下形成裂縫。

2.3 不均勻沉降裂縫

橋梁建設(shè)過(guò)程中墩臺(tái)基礎(chǔ)通常采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，部分橋梁會(huì)受設(shè)計(jì)因素、施工條件等的限制，在沒(méi)有對(duì)基地承載情況做系統(tǒng)調(diào)查的與檢測(cè)的情況下就進(jìn)行施工，導(dǎo)致后期因基礎(chǔ)承載力不同，出現(xiàn)多個(gè)部位的不均勻沉降，或因膨脹產(chǎn)生裂縫。尤其是公路與橋梁本身就是在不同基礎(chǔ)上進(jìn)行建設(shè)，橋梁是基于軟土地基建設(shè)而成，公路基礎(chǔ)則相對(duì)穩(wěn)定，在這樣的情況下如何較好保證公路與橋梁位置基礎(chǔ)穩(wěn)定性相同成為重要問(wèn)題，若無(wú)法較好滿足就有可能引發(fā)不均勻沉降情況，是裂縫產(chǎn)生的主要原因[4]。此外，公路橋梁在使用過(guò)程中可能會(huì)因排水不暢或排水設(shè)施被破壞因素導(dǎo)致水流進(jìn)入地基中，也是不均勻沉降裂縫的重要成因(如圖1所示)。

2.4 結(jié)構(gòu)超載裂縫

通常情況下，公路橋梁結(jié)構(gòu)超載裂縫主要有兩種表現(xiàn)：1)因施工原因臨時(shí)荷載增加為路橋局部承載力帶來(lái)影響，難以支撐并應(yīng)對(duì)進(jìn)而產(chǎn)生裂縫；2)運(yùn)營(yíng)使用階段，公路橋梁需長(zhǎng)期承受汽車荷載，導(dǎo)致公路橋梁底板位置產(chǎn)生縱橫交叉裂縫。其中，大多數(shù)裂縫都是在重載汽車通過(guò)時(shí)產(chǎn)生開裂，在后續(xù)會(huì)出現(xiàn)階段性“假性閉合”情況，但由于公路橋梁使用時(shí)間較長(zhǎng)，裂縫產(chǎn)生后若不及時(shí)修復(fù)處理，裂縫位置的鋼筋就可能會(huì)在雨水侵蝕下產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致公路橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，安全性、穩(wěn)定性受到影響。

圖1 公路橋梁不均勻沉降裂縫

2.5 鋼筋銹蝕裂縫

結(jié)合公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修實(shí)際情況來(lái)看，部分裂縫是由于公路橋梁內(nèi)部鋼筋的混凝土保護(hù)厚度不足，在眾多原因作用下保護(hù)層結(jié)構(gòu)被破壞，鋼筋長(zhǎng)期暴露在空氣中，氧化膜受損產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，而修飾部分的鋼筋體積會(huì)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，通常會(huì)膨脹到原本體積的10.1～10.5倍以上，是公路橋梁結(jié)構(gòu)橫向裂縫產(chǎn)生的主要原因。

3 公路橋梁裂養(yǎng)護(hù)維修中裂縫的處治措施

3.1 表層封閉法

此種方法利用的是自然滲透原理，膠輥、滾筒刷膠是主要工具，主要作用在于讓膠能夠被充分吸收以達(dá)成較好效果。通常情況下，這種施工方法主要是應(yīng)用于寬度小于0.15mm的非結(jié)構(gòu)裂縫，利用裂縫膠對(duì)表面進(jìn)行封閉處理以達(dá)到修復(fù)效果，防止裂縫持續(xù)擴(kuò)大。具體施工流程如下：1)裂縫清理，施工人員需要使用鋼絲刷，沿著裂縫方向?qū)⒒炷帘砻?cm范圍內(nèi)的灰塵、青苔、水泥浮渣清理干凈，若表面質(zhì)量不佳且接縫兩邊存在細(xì)小裂縫，則需要擴(kuò)大清理寬度，要求清理寬度在8cm～10cm；2)清理結(jié)束后，利用錘子、鋼錘對(duì)兩側(cè)混凝土塊進(jìn)行打孔清理，使原本的混凝土表面能夠暴露在空氣中以酒精、丙酮擦拭，確保油污、灰塵清理干凈；3)待酒精干燥后使用排筆，在裂縫位置反復(fù)刷不裂縫膠，每層厚度應(yīng)控制在1mm左右，每刷一次的間隔時(shí)間應(yīng)控制在3～5min。

3.2 壓力注膠法

在現(xiàn)階段公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修中，壓力注膠法是應(yīng)對(duì)裂縫較為有效的方式，與常規(guī)膠水不同，這種注膠料是流體、半流體材料，具有較強(qiáng)的滲透性，在這一特點(diǎn)下能夠較好填充裂縫中的所有空隙以達(dá)到較好的修復(fù)效果，提高公路橋梁的耐久度與強(qiáng)度，需要施工單位科學(xué)選擇注膠材料，施工原理如圖2所示。

圖2 壓力注膠法的施工原理

具體施工應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1)灌漿前，需以鋼絲刷、角磨機(jī)等工具處理裂縫位置，清潔灰塵、浮渣，將多余、松動(dòng)混凝土清理干凈，以空氣壓縮機(jī)清理碎片與灰塵，用浸滿丙酮溶液的棉紗清理裂縫兩側(cè)2cm范圍內(nèi)的混凝土表面，再埋置充填嘴并使其與裂縫方向保持一致[5]；2)兩個(gè)加注噴嘴中有一個(gè)可作為排氣噴嘴，并將其固定在提前設(shè)計(jì)好的位置上，周圍需利用建筑結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行密封并將噴嘴黏合在指定位置上，為保持穩(wěn)定膠的厚度應(yīng)在5mm左右；3)密封裂縫的主要目的，是要在裂縫中構(gòu)建一個(gè)封閉空間，施工單位需結(jié)合裂縫大小與補(bǔ)膠要求進(jìn)行合理規(guī)劃，對(duì)于小于0.15mm的裂縫可使用環(huán)氧水泥、環(huán)氧樹脂粘貼脫脂玻璃布等進(jìn)行直接密封，在密封后若仍然出現(xiàn)泄漏情況，可利用水泥、水玻璃進(jìn)行再次密封；4)密封膠檢查，密封效果是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)會(huì)直接影響到后期注膠效果，因此在密封完成后必須對(duì)其密封性進(jìn)行檢查。施工人員在密封澆固結(jié)后，在接縫位置涂抹一層肥皂，從填充噴嘴處灌入壓縮空氣，觀察接縫處是否存在氣泡，若不存在氣泡則說(shuō)明密封效果良好，可進(jìn)入下一環(huán)節(jié)施工，若有氣泡則應(yīng)該修補(bǔ)后施工；5)注膠作業(yè)，注膠前保持孔洞內(nèi)清潔，為保證注膠作業(yè)順利完成，還要對(duì)注膠機(jī)、設(shè)備等進(jìn)行檢查，做好試運(yùn)行，保持運(yùn)轉(zhuǎn)效果能夠達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)裂縫面積選擇合適的注漿液，注膠過(guò)程應(yīng)始終保持穩(wěn)定，提高注膠質(zhì)量。作業(yè)過(guò)程中，需以0.1L/min速度注膠再壓幾分鐘以后就可以停止灌漿，達(dá)到初凝不外流情況下就可以拆除相關(guān)設(shè)備，使用快固化膠液封堵注膠口，抹平作業(yè)后完成施工。

3.3 灌漿修補(bǔ)法

施工單位在以此法修補(bǔ)時(shí)，需提前按照比例科學(xué)配置環(huán)氧漿夜，在空氣壓力作用下將其倒入公路橋梁裂縫深處，以達(dá)到封閉裂縫、改善與修復(fù)裂縫，提高公路橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性與整體性。通常情況下，這種方法被應(yīng)用于超過(guò)0.15mm的公路橋梁裂縫，加固效果較為明顯。首先，做好前期準(zhǔn)備工作，施工單位需對(duì)公路橋梁裂縫病害有所了解，包括裂縫數(shù)量、具體位置、寬度與深度等各項(xiàng)參數(shù)，以此為基礎(chǔ)制定科學(xué)方案，確定灌漿量并準(zhǔn)備好相關(guān)器械，確保后續(xù)施工順利進(jìn)行。其次，鉆孔、孔洞作業(yè)與處理，在裂縫較為嚴(yán)重且存在交叉的位置上進(jìn)行鉆孔，形成導(dǎo)向孔，為壓力灌漿實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。為避免影響灌漿質(zhì)量，孔洞鉆成后應(yīng)使用機(jī)械設(shè)備吹入高壓空氣，使孔洞灰渣、灰塵雜質(zhì)等能夠被吹出，再使用錘子、鋼刷等處理裂縫的凸起與油污部分。再次，表層封閉處理，壓漿嘴底盤必須始終與裂縫表面保持貼合，以膠體黏結(jié)底盤與孔眼，根據(jù)裂縫數(shù)量、深度、寬度等鉆出進(jìn)漿孔、排氣孔，作為膠泥灌入口，于表面形成封閉帶，恰好覆蓋裂縫一定范圍，從而起到較好的封閉效果，在灌滿壓漿泵后調(diào)整設(shè)備壓力數(shù)值并打開開關(guān)，出漿后按照自低至高、由左向右順序依次完成灌漿作業(yè)。

最后，裂縫表面處理，灌漿作業(yè)結(jié)束以后需要將壓漿嘴拆除，做抹平處理，同時(shí)保證裂縫處理位置與周圍其他位置保持一致，提高裂縫處理有效性。

3.4 粘貼碳纖維布技術(shù)

在公路橋梁長(zhǎng)期使用過(guò)程中，橋梁表面會(huì)形成大范圍的細(xì)微裂縫，且分布呈現(xiàn)不規(guī)律狀態(tài)，針對(duì)這種情況施工單位就可以選擇粘貼碳纖維布的方式來(lái)進(jìn)行加固處理，其作用主要體現(xiàn)在兩點(diǎn)：1)修復(fù)并加強(qiáng)裂縫；2)提高橋梁局部承載力。隨著碳纖維布生產(chǎn)質(zhì)量有所提升，這種加固修復(fù)技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)維修中的應(yīng)用也更加普遍[6]。整合施工過(guò)程如下：1)對(duì)橋梁表面需要進(jìn)行加固維修處理的表面進(jìn)行打磨，去除雜質(zhì)，露出混凝土表面，保證表面光滑潔凈且干燥；2)在表面涂刷底膠等待固結(jié)，若橋梁表面不平整，則需在底膠固結(jié)后利用找平膠進(jìn)行找平處理，保證表面平整，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)；3)適度張拉碳纖維布，將其貼緊橋梁體基面，利用滾筒進(jìn)行滾壓處理，促使氣泡順利排出，膠體與碳纖維布能夠順利結(jié)合；4)碳纖維布粘貼后，將會(huì)進(jìn)入固化階段，而后進(jìn)行密實(shí)度檢查，若遇到小面積空鼓情況，可利用針管對(duì)其注膠修復(fù)，若空鼓面積較大，則應(yīng)在切除后重新搭接碳纖維布，需注意搭接長(zhǎng)度不得超過(guò)100mm，避免影響整體粘貼質(zhì)量。

3.5 鋼筋除銹法

橋梁鋼筋容易在外界因素作用下產(chǎn)生銹蝕，比如雨水，與空氣氧化發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)銹蝕情況，進(jìn)而引發(fā)鋼筋形變?cè)斐闪芽p。這種原因的裂縫，需在對(duì)鋼筋銹蝕問(wèn)題進(jìn)行處治后再利用裂縫修復(fù)方法才能保證養(yǎng)護(hù)維修效果。對(duì)此，施工單位在去除銹蝕部分后，再一次對(duì)鋼筋進(jìn)行防腐處理，避免因鋼筋形變、承載力變化引起裂縫。對(duì)于周圍松散的混凝土，應(yīng)利用鑿子鑿除深度為2cm所有的凹槽，接頭露出部分需利用電動(dòng)切割機(jī)將其切除至混凝土表面下方2cm處，切除端口位置應(yīng)進(jìn)行打磨，重新煥發(fā)金屬光澤，去除銹蝕部位，避免銹蝕持續(xù)影響鋼筋質(zhì)量，然后以外露鋼筋、鋼筋頭為基點(diǎn)，延伸20cm長(zhǎng)度位置，均需以阻銹劑涂抹，保證均勻性與厚度，完成防腐處理。最后，涂刷界面劑，再使用環(huán)氧水泥進(jìn)行防腐砂漿修補(bǔ)，使裂縫位置恢復(fù)如初，恢復(fù)鋼筋對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)的支撐作用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段我國(guó)交通體系更為發(fā)達(dá)，其中公路橋梁作為重要構(gòu)成，必須予以養(yǎng)護(hù)維修，這樣才能保證過(guò)往車輛安全，延長(zhǎng)使用壽命。在養(yǎng)護(hù)維修過(guò)程中，不難發(fā)現(xiàn)裂縫是較為常見的問(wèn)題，溫度應(yīng)力裂縫、收縮裂縫、不均勻沉降裂縫、結(jié)構(gòu)超載裂縫、鋼筋銹蝕裂縫是主要類型。若要有效處理，施工單位就必須基于公路橋梁實(shí)際情況，合理應(yīng)用表層封閉法、壓力注膠法、灌漿修補(bǔ)法、粘貼碳纖維布技術(shù)、鋼筋除銹法等手段，通過(guò)一種或多種方法相結(jié)合的方式較好處治裂縫，提高公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修質(zhì)量。