公路橋梁箱梁裂縫產(chǎn)生原因及加固技術(shù)研究

劉 春 波

(重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院,重慶　400072)

0　引言

要想提高公路橋梁施工水平，必須不斷加強施工工藝的研究和探索，保證創(chuàng)新施工技術(shù)和加工工藝，逐漸彌補傳統(tǒng)施工技術(shù)的不足。公路橋梁箱梁裂縫問題不但直接影響到整體工程的施工質(zhì)量，而且還成為阻礙箱梁跨徑技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題，所以有必要認真討論公路橋梁箱梁裂縫產(chǎn)生的原因，針對其主要問題提出解決方法。同時，要結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)提高橋梁箱梁加固水平，應(yīng)對施工中出現(xiàn)的橋梁箱梁裂縫現(xiàn)象。

1　公路橋梁箱梁裂縫產(chǎn)生原因

橋梁施工常用混凝與鋼筋混凝土作為跨徑建造材料，因此許多研究人員會直接在工程施工過程中跟隨收集資料，而在20世紀，就有研究者從實驗?zāi)Ｐ椭邪l(fā)現(xiàn)了箱梁裂縫存在的事實，并且證實在橋梁箱梁施工建設(shè)時也會出現(xiàn)裂縫。裂縫可分為兩種，即微觀裂縫與宏觀裂縫，都是影響公路橋梁箱梁施工建設(shè)質(zhì)量的因素。

1.1　微觀裂縫

微觀裂縫一直被人們稱作“微裂”，顧名思義就是微小的裂縫，這種裂縫人們不能直接用肉眼觀察到，然而實際上裂縫本身是存在的。微裂雖然不會對橋梁箱梁造成直接的損害，但是由于微裂的存在會直接促使裂縫漸變?yōu)檩^大的裂縫，因此也必須提高對微裂治理的重視程度[1]。一般來說微裂主要有三種：其一，粘著裂縫。這種微裂主要是出現(xiàn)在骨料和水泥石的粘結(jié)面上的裂縫，一般會圍繞混凝土骨料周邊展開；其二，水泥石裂縫。這種微裂主要是出現(xiàn)在水泥漿中的裂縫，通常就是在水泥骨料之間；其三，骨料裂縫。骨料裂縫不是后來出現(xiàn)的，而是施工建材在采購骨料時，骨料本身就存在微裂問題。

實際上，微裂問題經(jīng)常出現(xiàn)上述前兩種情況，至于骨料裂縫問題是可以通過規(guī)避避免的。在橋梁箱梁施工過程中，施工團隊準備混凝土等建設(shè)材料，必須嚴格按照工程設(shè)計進行，但是由于當前施工工藝和操作失誤等問題，會直接引發(fā)更多微裂問題。混凝土微裂問題，主要是給混凝土等建材本身物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)造成影響，包括彈塑性、徐變、結(jié)構(gòu)剛度都會因混凝土微裂增加各種外力壓迫和內(nèi)在負荷，使得微裂問題嚴重。此外，微裂本身存在范圍較小，并不會成片大面積出現(xiàn)，微裂通常都是呈割裂狀，每個微裂都可能出現(xiàn)在混凝土不同的地方，這就會給箱梁混凝土施工造成嚴重阻礙，因為在箱梁施工中，混凝土?xí)陉懤m(xù)的施工下承受越來越大的拉力，當跨徑結(jié)構(gòu)構(gòu)建到一定程度時，箱梁沿截面上的微裂會通過拉力的直接作用連接，進而造成大范圍的微裂連通，這樣將嚴重降低跨徑抗力性，最壞的結(jié)果是造成混凝土跨徑直接斷裂。

具體微裂的原因，可按混凝土的構(gòu)造理論加以解釋,即視混凝土為骨料、水泥石、氣體、水分等所組成的非均質(zhì)材料,在溫度、濕度變化條件下,混凝土逐步硬化,同時產(chǎn)生體積變形。這種變形是不均勻的，水泥石收縮較大,骨料收縮很小;水泥石的熱膨脹系數(shù)大,骨料較小。它們之間的變形不是自由的,會產(chǎn)生相互約束應(yīng)力。在構(gòu)造理論中一種極為簡單的計算模型,是假定圓形骨料不變形且均勻地分布于均質(zhì)彈性水泥石中。當水泥石產(chǎn)生收縮時引起內(nèi)應(yīng)力,這種應(yīng)力可引起粘著微裂和水泥石開裂[2]。混凝土微裂的存在、擴展、增加,使應(yīng)力—應(yīng)變曲線向水平線傾斜,應(yīng)力滯后于應(yīng)變,泊松比增加,剛度下降,持久強度降低,徐變增加。

1.2　宏觀裂縫

所謂宏觀裂縫，就是指箱梁混凝土材料上存在的裂縫可受人眼觀察，不必借助工具就能夠肉眼看到箱梁混凝土構(gòu)件上的裂縫，甚至裂縫嚴重直插入混凝土內(nèi)部。宏觀裂縫的產(chǎn)生原因很多，既可能是混凝土構(gòu)件本身形成裂縫，通過微裂擴展、連接而來，也可能受到外力影響，在多種作用下直接造成裂縫。例如，在施工過程中采用的建材本身材質(zhì)不合格，碎石和沙的含量遠遠超過標準規(guī)定，在摻拌混凝土?xí)r會直接影響混凝土本身的粘性，導(dǎo)致裂縫的生成；或者建造施工過程中，施工人員操作設(shè)備不規(guī)范，在跨徑建設(shè)過程中沒有按照施工圖紙規(guī)格嚴格執(zhí)行，也會使跨徑箱梁承受更多外力負荷，此時容易促使裂縫產(chǎn)生。

2　針對公路橋梁箱梁裂縫的加固技術(shù)

2.1　嚴格選擇橋梁箱梁施工建材

為保準起見，需要建筑施工單位率先注重建材質(zhì)量的要求，必須嚴格把關(guān)施工原材料，避免購買的骨料等建材本身存在瑕疵。只有施工材料本身達到優(yōu)質(zhì)標準，才能為公路橋梁箱梁施工質(zhì)量提供鼎力支持。在準備材料過程中，各類材料的準備工作都要按照要求嚴格進行，如，攪拌混凝土?xí)r應(yīng)當準確計算混凝土初凝時間，防止時間過長或者過短降低混凝土性質(zhì)。還有細料的準備工作也要受到監(jiān)督，砂石、水泥等材料的規(guī)格必須符合當時施工要求，嚴格控制砂石、水泥的含水量、含泥量。

2.2　加厚箱梁混凝土腹板并施加豎向預(yù)應(yīng)力

若要避免公路橋梁箱梁裂縫產(chǎn)生，需要提高混凝土加固技術(shù)，增強箱梁的抗剪強度。在施工時，施工人員為了加固箱梁混凝土，都采用腹板澆筑來鞏固箱梁墻壁，防止混凝土受到拉力和負荷[3]。因此，加厚箱梁混凝土腹板，在施工時按照箱梁外側(cè)壁面的面積再次添加鋼筋結(jié)構(gòu)，然后上一層腹板，將新的鋼筋混凝土澆筑在原來混凝土壁面和腹板之間，可以在原有基礎(chǔ)上加固箱梁混凝土。對箱梁施加豎向預(yù)應(yīng)力是為了配合腹板加厚施工，因為在澆筑混凝土?xí)r，豎向預(yù)應(yīng)力能夠?qū)崿F(xiàn)降低剪應(yīng)力，這樣可以對加固箱梁混凝土起到雙重保護作用。

2.3　采用型鋼勁性骨架提高加固水平

型鋼勁性骨架在施工中的應(yīng)用，能夠在混凝土原本的抗拉力基礎(chǔ)上提高抗性。通常，施工人員會在腹板內(nèi)側(cè)的定點位置(四個角點)安裝骨架，安裝時需要固定骨架，然后將新的混凝土按照預(yù)應(yīng)力需求對型鋼勁性骨架和橋梁箱梁進行澆筑[4]。澆筑次數(shù)為兩次，第一次主要作用是實現(xiàn)型鋼勁性骨架和橋梁箱梁的整體連接，要求澆筑過程中必須把握標準，讓骨架和梁體整體都融合到一部分。第二次主要作用是提高梁體抗剪強度，一般施工技術(shù)人員會在第一次澆筑后的梁體旁設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，然后沿著預(yù)應(yīng)力鋼束再次澆筑新混凝土。為了達到更好的加固效果，新澆筑的混凝土采用的是流動性好的自密實微膨脹混凝土。澆筑混凝土的同時，在箱梁外側(cè)粘貼一層碳纖維布，這樣在澆筑結(jié)束后，混凝土整體抗剪強度提升，能夠借助骨架支撐減少腹板主拉應(yīng)力，實現(xiàn)對箱梁裂縫的加固。

2.4　加強混凝土養(yǎng)生

在箱梁混凝土澆筑施工結(jié)束后一段時間，需要施工人員按時進行混凝土養(yǎng)生工作。每次澆筑混凝土結(jié)束后，應(yīng)當及時在梁體上覆蓋草墊或者塑料膜，防止梁體在高溫烈日下暴曬。并且，還要定時向草墊或者塑料膜上灑水，防止混凝土周邊溫度較高，體積膨脹過大導(dǎo)致夜間降溫后冷縮產(chǎn)生裂縫。

3　結(jié)語

裂縫是公路橋梁箱梁施工中不可避免的問題，也是妨礙施工質(zhì)量提高的重要原因。為了加強橋梁箱梁的施工效果，必須掌握裂縫產(chǎn)生的原因并對之研究和分析，然后根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因制定注意事項和應(yīng)對措施。現(xiàn)代橋梁箱梁加固技術(shù)已經(jīng)不斷被研發(fā)，給橋梁箱梁施工提供了支持，未來還需要更多的施工人員探尋提高箱梁加固施工的技術(shù)，確保橋梁箱梁施工的質(zhì)量。