鋼筋混凝土箱涵裂縫成因分析及處理措施

張靜元，聶玉東

(黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

0 引 言

隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展，涵洞各等級公路建設中發(fā)揮著重要的作用，其中鋼筋混凝土箱涵是目前涵洞最常用的結構形式。鋼筋混凝土箱涵具有施工方便，占用空間較小，造價較為經濟等優(yōu)點。

鋼筋混凝土箱涵目前主要存在翼墻與涵身脫開或傾斜、翼墻與涵身擠壓開裂、涵身塌腰、涵身開裂、變形縫開裂、臺背不均勻沉降、淤塞積水、滲水或漏水、護坡破壞等病害。但裂縫是鋼筋混凝土箱涵主體結構最容易出現的病害之一。在施工過程中和使用過程中，鋼筋混凝土箱涵均會出現裂縫。裂縫的出現直接影響了箱涵的美觀和表觀質量，但更對箱涵結構的使用壽命和行車安全造成了諸多不利影響。鋼筋混凝土箱涵裂縫的存在無法阻止外界有害物質對混凝土和鋼筋腐蝕，會導致混凝土劣化，鋼筋銹蝕，嚴重影響結構的耐久性，大大降低結構的使用壽命，裂縫情況嚴重時，可能會威脅行車安全，給人民的生命和財產造成重大的威脅。

本文對鋼筋混凝土箱涵裂縫進行了具體分類，并對裂縫產生的原因進行分析，提出切實可靠的處理措施。

1 鋼筋混凝土箱涵裂縫的分類

1.1 按結構受力分類

從結構受力方面，鋼筋混凝土箱涵的裂縫可以劃分為兩種，第一種為結構性裂縫，第二種為非結構性裂縫。

結構性裂縫一般出現箱涵的頂板或腹板位置，常常出現在箱涵運營使用期間。頂板通常會出現橫向裂縫，腹板通常會出現豎向裂縫。

非結構性裂縫可能出現箱涵的任何位置，常常出現在箱涵施工和養(yǎng)護期間，主要包括溫度裂縫、干縮裂縫和收縮裂縫。溫度裂縫是最常見的一種類型，在施工過程中要采用一定的措施進行防控。干縮裂縫出現的時機一般為混凝土養(yǎng)護一段時間后或者混凝土澆筑完成7 d左右。收縮裂縫一般出現在混凝土凝結之前，可以分為干燥收縮和自收縮兩種。

1.2 按裂縫出現時間分類

從裂縫出現時間方面，鋼筋混凝土箱涵的裂縫可以劃分為兩種，第一種類型為施工期間出現的裂縫，容易出現裂縫的時機主要以下四個，如圖1所示。裂縫可能在其中一個階段出現，例如僅在預應力鋼筋張拉后出現，也可能在多個階段出現裂縫，例如同時在模板拆除后、預應力鋼筋張拉后和支架拆除后三個階段出現裂縫，其中后一階段的裂縫可能是前一階段裂縫誘導產生的，同時會導致前一階段裂縫的延伸和發(fā)展。第二種類型為運營期間出現的裂縫，主要包括外界荷載變化和不利環(huán)境侵蝕造成的裂縫。

圖1 箱涵施工期間裂縫出現的時機

1.3 按裂縫深度分類

從裂縫深度方面，鋼筋混凝土箱涵的裂縫可以劃分為三種，分別為表層裂縫(或淺層裂縫)、深層裂縫和貫通裂縫。

表面裂縫一般出現腹板或頂板混凝土的表面，裂縫寬度較小，對混凝土結構的耐久性影響較小。貫通裂縫是由淺層裂縫不斷發(fā)展和延伸的最終結果，裂縫寬度較大，將整體結構分成了不同的板塊，板塊僅通過少量鋼筋連接，結構喪失了整體性，從而導致結構的穩(wěn)定性很差，極大的危害結構的安全。深層裂縫介于表面裂縫和貫通裂縫之間，使結構斷面部分斷開，無法整體受力，危害性也很大。

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1.4 按裂縫寬度分類

從裂縫寬度方面，鋼筋混凝土箱涵的裂縫可以劃分為四種，見表1。

表1 裂縫寬度分類

2 鋼筋混凝土箱涵裂縫的成因分析

2.1 裂縫形成原因分析流程

對鋼筋混凝土箱涵裂縫形成原因分類的關鍵是對裂縫進行合理的分類。首先判斷裂縫出現的時間，然后根據裂縫的分布情況和裂縫的寬度、深度等數據判斷裂縫是否為結構受力性裂縫，所有的裂縫最終劃分為是否為受力相關的裂縫。結構受力性裂縫要從荷載變化、邊界約束變化等方面引起的結構受力改變的角度進行分析；非結構受力性裂縫要從原材料、混凝土的配合比、澆筑和養(yǎng)護條件、外界環(huán)境等方面進行分析。

鋼筋混凝土箱涵裂縫形成原因的分析流程，如圖2所示。

圖2 裂縫形成原因分析流程

2.2 典型結構性裂縫形成原因

(1)頂板橫向裂縫主要是由于箱涵頂部行車荷載增大，例如超載嚴重，頂板所承受的荷載超過本身所能提供的抗力，頂板出現橫向通長裂縫，裂縫會不斷發(fā)展和延伸，一般表現為深層裂縫，裂縫寬度通常表現為中裂縫或大裂縫。

(2)腹板豎向裂縫主要是地基不均勻沉降造成的沉陷裂縫，通常是因為箱涵結構所處的地基存在土質松軟、回填土壓實度不夠、排水不暢等問題，基礎經受長時間的雨水浸泡，導致基礎出現不均勻的沉降，這是典型的邊界約束條件發(fā)生變化導致的裂縫。腹板豎向裂縫一般表現為貫通裂縫，裂縫寬度通常表現為超大裂縫或大裂縫。

2.3 典型非結構性裂縫形成原因

非結構性裂縫一般表現為表層裂縫，裂縫寬度較小，通常表現為微裂縫或者小裂縫，對結構的耐久性存在諸多不利影響。

(1)溫度裂縫一般是由于內外溫差超過一定范圍導致的，箱涵混凝土在澆筑過程中，水泥水化現象會釋放熱量，通過混凝土傳遞熱量，但混凝土內部熱量比外部熱量釋放慢，從而導致內部的溫度高于外部的溫度，產生了內外部的溫差效益，在混凝土的表面出現較大的拉應力，當溫差過大時，拉應力超過混凝土的抗拉強度，在混凝土表面會出現裂縫。

(2)干縮裂縫是混凝土澆筑一段時間后，在養(yǎng)生過程中灑水不夠或采用吸水性較大的木模板，導致混凝土表面出現干縮裂縫，其原理是外部環(huán)境濕度小或者模板吸水性大，混凝土內部的水分不斷向外部擴散，一旦水分流失速度過大，就會產生裂縫。

(3)收縮裂縫通常發(fā)生混凝土凝固之前，主要原因為混凝土水分流失快，與干縮裂縫成因類似。

3 處理措施

對鋼筋混凝土箱涵的裂縫進行處理，首先要準確判斷裂縫的類型和形成原因，然后有針對性的提出處理措施。

3.1 結構性裂縫的處理措施

(1)頂板橫向裂縫的處理措施

控制超載現象，防止裂縫進一步發(fā)展；

對頂板裂縫區(qū)域進行加固，通常采用粘貼鋼板法或粘貼碳纖維布法等方法，如圖3(a)所示，也可以采用UHPC增大截面法，如圖3(b)所示。

圖3 頂板橫向裂縫加固方法示意圖

(2)腹板豎向裂縫的處理措施

采用壓漿技術對地基進行加固。

對腹板裂縫區(qū)域進行加固，可以采用粘貼鋼板法、粘貼碳纖維布法、UHPC增大截面法等。

3.2 非結構性裂縫的處理措施

(1)預防性處理措施

不同類型非結構性裂縫的預防性處理措施見表2。

表2 預防性處理措施

(2)裂縫出現后處理措施

非結構性裂縫的處理一般采取封閉處理，根據裂縫的寬度可以分為封縫和灌縫處理。當裂縫寬度<0.15 mm，采用環(huán)氧樹脂膠凝封閉裂縫；當裂縫寬度≥0.15 mm，采用自動恒壓低壓灌注化學膠液的方法對裂縫進行灌縫處理。

3 結 語

鋼筋混凝土箱涵在施工和運營期間都會出現裂縫，嚴重影響了結構的耐久性和受力性，為了提高鋼筋混凝土箱涵的使用壽命，對裂縫進行了詳細的分類，基于裂縫分類提出了裂縫成因分析流程，并對典型裂縫的形成原因進行了詳細分析，提出了針對性的維修加固處理措施，可以為類似工程提供參考依據。