棗林莊樞紐25孔閘機架橋裂縫原因及修補措施

邊 司，張 微

（1河北省大清河河務管理處，河北 保定071051；2保定市江河水利咨詢監理有限公司，河北 保定071000）

1 工程概況

棗林莊樞紐位于任丘市棗林莊村與安新縣趙北口村交界處，是發揮白洋淀調洪、蓄水、灌溉和航運等綜合效益的重要工程，25孔閘是棗林莊樞紐的重要組成部分之一，水閘結構型式為開敞式，閘門為平面升臥式鋼閘門。閘單孔凈寬10m，閘墩厚0.7m，閘室段長6m。該閘機架橋布置在閘墩上，橋面高程14.2m，橋面寬2.8m，橋面長300m。 1999～2001年對該樞紐25孔閘公路橋、防滲阻滑板、兩岸護坡進行了加固，增設了閘門自動化啟閉設備及啟閉機房。但由于資金所限，閘機架橋、閘墩并未列入該樞紐除險加固工程的建設項目中。

2 裂縫情況

棗林莊樞紐建于1970年，自建成至今運行已40多年。25孔閘機架橋在長期運營過程中產生了一些損傷，裂縫是其中最常見的損傷。一些裂縫在外界負載下不斷發展，尤其是在內部物理或化學因素下，更導致了混凝土的碳化及鋼筋銹蝕和保護層脫落等問題。這些問題會影響結構安全，裂縫會影響橋梁結構耐久性，必須加以修復與控制，否則會影響橋梁的正常運行，可能嚴重縮短結構的使用壽命，甚至導致安全事故。

目前，此橋的主要裂縫損傷有：①閘墩頂支撐T梁部位混凝土破損嚴重，76.9%的上游側墩頂存在豎向開裂、剝落、破碎等缺陷；上游墩頭存在多條豎向裂縫，水位變化區全部存在網狀裂縫。②機架橋T梁混凝土多處開裂、剝落、露筋，露筋銹蝕嚴重；77.8%的T梁存在露筋，個別翼緣板存在斷裂。

3 裂縫產生原因

3.1 混凝土及工件老化

該閘建成至今已有42年，機架橋、閘墩混凝土老化嚴重，施工質量較差，加之多年閘門啟閉力的作用，導致T梁出現裂縫?；炷羷兟渲饕怯蜌种ё?，且四氈三油支座正常使用期為10年，多數油氈支座已老化失效，造成機架橋T梁對閘墩直接接觸，處于無支座狀態，在熱脹冷縮及閘門啟閉力的作用下，T梁梁端和閘墩頂部接觸部位的混凝土出現破裂。

3.2 溫度變化

混凝土受溫度影響，在冷熱變化時，產生膨脹或收縮，繼而生成溫度應力。當混凝土強度抵不過溫度應力時產生裂縫，產生溫度裂縫因素有：

3.2.1 日照

橋梁受到太陽暴曬后，各個部位受到不均勻加熱，非線形分布的溫度梯度導致局部應力增大，與結構本身的約束力產生效應，導致裂縫出現。

3.2.2 氣溫驟降

突降大雨等驟然降溫會導致橋梁結構的外表面溫度突然下降，但因橋梁內部溫度變化相對緩慢而產生溫度梯度，使不同部位局部應力增大，導致裂縫出現。

3.2.3 冰凍隆漲

凍脹是大氣溫度小于0℃時，混凝土吸入飽和水后冷凍成冰，約3%的混凝土體積膨脹，導致了膨脹應力產生。同時冷凍成冰的過冷水在混凝土凝膠孔中產生滲透壓，再次增加了混凝土的膨脹應力，在一定程度上使混凝土強度進一步降低，導致裂縫出現。

3.3 鋼筋銹蝕

正常情況下，保護層厚度不足或質量較差的混凝土，使鋼筋受到空氣中二氧化碳或氯化物侵蝕。二氧化碳或氯化物使鋼筋周圍混凝土酸度加大，導致鋼筋表面的氧化膜受到損傷，鐵離子在混凝土中與氧氣和水發生銹蝕反應，使鋼筋體積增加，鋼筋周圍混凝土受到膨脹應力，鋼筋有效斷面面積減小，導致保護層混凝土沿鋼筋產生裂縫，并誘發其他形式的裂變，從而導致結構損壞。

3.4 基礎不均勻沉降

通常情況下，造成地基不均勻沉降原因有：①主觀原因為建筑施工的設計問題，例如：同一建筑工程的地基采用了多種處理方法、對工程平面變化及立面錯層引起的荷載不均勻處理措施不當、工程地基處理方法與基礎設計不一致、實際工程施工的設計未達到或超出了規范標準。由于這些因素造成工程地基受力狀態的改變，以及地基的不均勻沉降。②客觀原因一般為工程地基的土層分布不均勻或土質差別較大等。③在工程施工過程中或完工后，人為因素造成的地基松動改變等情況，造成沉降不均勻。

3.5 其他

3.5.1 收縮

由于混凝土水化反應前物質的總體積比混凝土凝固時水泥水化物的體積大，便產生了收縮現象?；炷恋娜扛稍镞^程是由外到內逐漸延伸的?；炷羶炔康乃趾勘憩F出不同的梯度，導致內部收縮不均勻，承受了不同壓力梯度的混凝土受到的拉伸應力超出它自身拉伸能力時，結構便產生了收縮裂縫。

3.5.2 荷載

在動態和靜態直接應力或次應力作用下產生的裂縫被稱為荷載裂縫。直接應力裂縫是指一般情況下建筑在某些外部負載下引起的由直接應力產生的裂縫，其原因包括在設計階段計算失誤、施工階段不對結構受力特點進行處理、使用階段超出結構能力應用或受到地震等自然災害等。次應力裂縫是指次生應力引起的結構裂縫，其原因是結構的工作狀態與常規設計的計算誤差，使結構某些部位產生次應力，導致了裂縫產生。

4 修補措施

4.1 支座

（1）經常檢查支座及配件完整性，是否潔凈、脫位，如發現支座出現翹曲、斷裂等問題，要及時更換或補充。

（2）檢查固定支座是否移位、位移量是否大于正常范圍、固定支座的連接工況是否完好等。

（3）保持支座附近凈潔，涂抹保養支座的專用油，檢查支座墊層混凝土變形是否均勻、有無破碎等。

4.2 一般裂縫

對于不影響工程結構的一般性裂縫，可采用灌漿修補技術或填縫修補技術。灌漿修補主要指利用各種灌漿設備將一定比例的純水泥漿液或摻入了懸浮劑的混合水利砂漿灌入工程裂縫內，與裂縫互相粘合。填縫修補技術包括兩種：①無筋水泥砂漿填縫是將1∶3的水泥砂漿或摻入107膠的聚合水泥砂漿填入工程裂縫中；②配筋水泥砂漿是在裂縫中嵌入鋼筋，然后用水泥砂漿填縫的方法進行填補。

4.3 T梁與橋墩上的損傷

對于T梁與橋墩上的混凝土開裂、剝落、破碎等損傷，宜采取碳纖維加固補強受傷主梁：①固化后的碳纖維粘貼在受傷結構表面與原結構形成一個整體，使碳纖維與受傷結構一起受力；②由于碳纖維承擔了一部分負載，一定程度上降低了混凝土的結構應力，使原來的結構得到加固。

4.4 特殊裂縫

對于墩頭存在的多條豎向裂縫和水位變化區存在的網狀裂縫，宜采用表面噴漿法。表面噴漿是在經拉毛處理的混凝土裂縫表面，噴射高強度、高密度的水泥砂漿，以防止裂縫產生或加劇的一種修護方法。噴漿作業前，要對結構表面進行處理，尤其要除去結構表面松動或剝離的部分。鋼筋混凝土須清除外露鋼筋上的鐵銹，并對結構表面進行沖洗，然后開始噴漿作業。

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