公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修中裂縫成因的分析及處治措施

厚龍寶

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著我國公路的大規(guī)模建設(shè)并投入運(yùn)營，橋梁的養(yǎng)護(hù)維修工作也變得愈發(fā)重要，而公路橋梁裂縫病害的處治則是養(yǎng)護(hù)維修中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在養(yǎng)護(hù)維修工程中對(duì)裂縫的分析及處治措施的不當(dāng)，將使橋梁存在巨大的安全隱患，因此需對(duì)橋梁存在的裂縫進(jìn)行詳細(xì)的科學(xué)分析，并采取相應(yīng)的處治措施。

1 橋梁裂縫病害的成因及分析

1.1 溫度應(yīng)力引起的裂縫

溫度變化導(dǎo)致混凝土橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱脹冷縮，而其約束條件導(dǎo)致產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)該應(yīng)力大于結(jié)構(gòu)的混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，則最先在其表面產(chǎn)生裂縫，并在長期的溫差循環(huán)下使裂縫發(fā)展變寬。年溫差雖較為緩慢，但由于夏季和冬季的溫差變化大，在橋梁受到約束制約時(shí)，容易產(chǎn)生裂縫；日溫差主要發(fā)生在夏季溫度較高時(shí)，陽光直射橋梁結(jié)構(gòu)的部位與背陰部位溫差較大，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)各部位溫差較大，從而產(chǎn)生溫差應(yīng)力并引起裂縫。且根據(jù)相關(guān)研究表明，溫差應(yīng)力甚至接近活載的應(yīng)力[1]，因此設(shè)計(jì)中溫差應(yīng)力的考慮不足，是產(chǎn)生溫差裂縫的重要原因；大體積混凝土施工澆筑過程中由于水化熱在內(nèi)部與外部散發(fā)程度的不同而產(chǎn)生的溫度裂縫，隨著混凝土施工及養(yǎng)生技術(shù)的進(jìn)步，水化熱產(chǎn)生溫度裂縫的影響程度在減小。

1.2 收縮引起的裂縫

收縮裂縫是在橋梁結(jié)構(gòu)施工澆筑完成后，在其硬化過程中，結(jié)構(gòu)表面失水致使其體積收縮變形，當(dāng)該變形受到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的約束時(shí)就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土橋梁結(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[2]；同時(shí)部分橋梁如變截面連續(xù)剛構(gòu)橋，在施工中，墩身與0 號(hào)塊的澆筑間隔時(shí)間較長，因此墩身的收縮與0號(hào)塊的收縮不同步，因收縮差而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫。

1.3 鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫

在橋梁養(yǎng)護(hù)維修過程中，發(fā)現(xiàn)部分橋梁鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度不足，在各種環(huán)境因素的長期作用下，結(jié)構(gòu)的混凝土保護(hù)層被完全碳化，致使橋梁鋼筋表面的氧化膜遭到破壞，從而導(dǎo)致鋼筋銹蝕，后期銹蝕部分的鋼筋體積會(huì)膨脹10.1～10.5 倍[3]以上，使混凝土橋梁結(jié)構(gòu)沿著鋼筋出現(xiàn)縱橫向裂縫。

1.4 結(jié)構(gòu)超載產(chǎn)生的裂縫

橋梁結(jié)構(gòu)超載產(chǎn)生的裂縫一般分為兩種，一種是在結(jié)構(gòu)施工過程中，由于臨時(shí)荷載增加過多，導(dǎo)致橋梁局部承載能力不足產(chǎn)生裂縫[4]；另一種是在運(yùn)營階段，橋梁長期承受超載汽車的運(yùn)行，使橋梁底板產(chǎn)生較多縱橫向裂縫。其中部分典型裂縫在重載汽車通過時(shí)裂開，通過后又假性“閉合”，在長期作用下，極易導(dǎo)致裂縫處鋼筋的銹蝕，從而加速橋梁結(jié)構(gòu)的破壞。

1.5 基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫

在早期修建的橋梁中，墩臺(tái)基礎(chǔ)較多采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，部分橋梁因當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)、施工條件有限，未對(duì)基底承載力進(jìn)行充分勘察和檢測，導(dǎo)致后期因地基不同，部位發(fā)生不均沉降或膨脹而產(chǎn)生裂縫；同時(shí)部分橋梁在運(yùn)營過程中，因排水設(shè)施的不完善或者損壞等因素，導(dǎo)致水流進(jìn)入墩臺(tái)地基中，引起基礎(chǔ)不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫。

2 養(yǎng)護(hù)維修中對(duì)裂縫的處治

2.1 表面封閉法對(duì)裂縫進(jìn)行處治

橋梁結(jié)構(gòu)表面存在因各種原因產(chǎn)生的寬度小于0.15mm 的非結(jié)構(gòu)裂縫，一般采用裂縫膠直接對(duì)其表面進(jìn)行封閉即可[5]，如圖1 所示。

圖1 封閉裂縫示意圖

2.2 低壓灌漿法對(duì)裂縫進(jìn)行處治

對(duì)于寬度≥0.15mm 的橋梁裂縫，一般采用低壓灌漿法進(jìn)行維修處治，使裂縫處混凝土能夠重新粘接，恢復(fù)梁體的整體性，讓力的傳導(dǎo)能夠恢復(fù)設(shè)計(jì)時(shí)的狀態(tài)，從而提高橋梁耐久性的目的[7]。灌漿設(shè)備一般由電動(dòng)空壓機(jī)、貯氣罐、送氣管、貯漿罐、輸漿罐及壓漿嘴等組成，壓漿嘴有開啟、關(guān)閉、封閉功能便于粘接，以滿足封閉后的試壓、試注、保壓等工藝要求。根據(jù)裂縫分布及走向，確定粘貼灌漿嘴的位置。一般對(duì)于較為規(guī)則的裂縫（豎縫或橫縫，如圖2、圖3 所示），間距在20～25cm 之間；對(duì)于不規(guī)則的交叉裂縫，在裂縫端部、裂縫較寬處及交叉點(diǎn)設(shè)置灌漿底座，如圖4 所示；對(duì)于貫穿裂縫應(yīng)進(jìn)行開槽，且裂縫兩端必須設(shè)置灌漿底座見圖5。

圖2 豎向裂縫壓漿、出漿布置示意圖

圖3 橫向裂縫壓漿、出漿布置示意圖

圖4 交叉裂縫安裝注漿底座示意圖

圖5 壓漿示意圖

對(duì)裂縫表面進(jìn)行封閉，使裂縫能夠充滿漿體并保持一定壓力，封閉膠與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)＞4MPa，膠層均勻無氣泡，厚度≥2mm，并與壓漿嘴密閉連接；當(dāng)裂縫＞1mm 時(shí)，封閉裂縫后可再粘貼一層玻璃纖維布。

裂縫封閉完成后進(jìn)行壓風(fēng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)裂縫封閉情況做好檢查，防止漏氣（可在封閉帶及進(jìn)漿嘴周圍涂肥皂水檢查），保證壓漿通道的暢通、密閉。通風(fēng)壓力一般控制在0.3MPa 即可，并做好各進(jìn)、出漿孔貫通的檢查記錄。

在確認(rèn)裂縫不漏氣后，開始進(jìn)行配漿，所配置的裂縫膠性能應(yīng)滿足規(guī)范的相應(yīng)要求。開始灌漿前，需注意灌漿順序，對(duì)于豎縫，應(yīng)從下往上灌；對(duì)于橫縫，應(yīng)單向從一邊至另一邊灌，從寬處至窄處灌；對(duì)于交叉裂縫，可按照?qǐng)D6 所示進(jìn)行，同時(shí)，在明確指定進(jìn)漿孔和出漿孔后，其余孔口應(yīng)封閉。灌漿時(shí)應(yīng)保持一定的壓力（建議控制在0.6～0.8MPa）和進(jìn)漿時(shí)間，當(dāng)出漿嘴開始有純漿流出時(shí)，可暫時(shí)封閉該出漿嘴。并打開下一個(gè)出漿嘴，然后并聯(lián)上一出漿嘴進(jìn)行注漿。重復(fù)上述步驟，直至最后一個(gè)出漿嘴有純漿流出時(shí)，進(jìn)行暫時(shí)封閉，穩(wěn)壓30min 后結(jié)束灌漿。

圖6 交叉裂縫灌漿示意圖

灌漿結(jié)束后，待注漿液固化后鏟下灌漿嘴，并用封閉膠將各灌漿嘴處封堵平整。為確保美觀，可用聚合物水泥漿對(duì)所灌漿裂縫表面進(jìn)行抹涂，減小與原橋梁結(jié)構(gòu)表面的色差。最后用丙酮對(duì)灌漿工具及管路進(jìn)行清洗。

2.3 粘貼碳纖維布對(duì)裂縫進(jìn)行處治

對(duì)于梁體表面有大范圍細(xì)微裂縫且無規(guī)則分布時(shí)，可先對(duì)橋梁裂縫進(jìn)行處治后再粘貼碳纖維布，此法不僅滿足加強(qiáng)修復(fù)裂縫的要求，還可提高橋梁的局部承載能力[8-9]，隨著碳纖維布生產(chǎn)質(zhì)量的提高，目前已有較多應(yīng)用在橋梁結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)維修中。具體操作如下：

將需要粘貼碳纖維布的梁體表面進(jìn)行打磨，去除表面雜質(zhì)，露出混凝土新鮮面，保持粘貼面的干凈及干燥；在梁體表面涂刷底膠，并等待其固結(jié)，若梁體表面不平整，在底膠固結(jié)后，需對(duì)凹陷部位采用找平膠進(jìn)行找平處理；將碳纖維布適度張拉緊貼于橋體基面，并采用滾筒進(jìn)行滾壓，將氣泡擠出，使膠體與碳纖維布能夠充分結(jié)合。

在碳纖維布粘貼結(jié)束并固化后進(jìn)行密實(shí)度檢查，若存在小面積空鼓時(shí)，可使用針管注膠進(jìn)行修補(bǔ)，當(dāng)空鼓面積較大時(shí)，應(yīng)切除該部位，并重新搭接碳纖維布，搭接長度需超過100mm。

3 對(duì)橋梁裂縫的主動(dòng)預(yù)防措施

3.1 確保梁體鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度

在橋梁養(yǎng)護(hù)運(yùn)營階段，需對(duì)梁體保護(hù)層厚度進(jìn)行定期檢查，尤其是表面混凝土存在碳化的梁體，當(dāng)碳化深度快達(dá)到保護(hù)層厚度時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行處治，防止主梁鋼筋發(fā)生銹蝕。而鋼筋銹蝕膨脹是梁體產(chǎn)生裂縫的一個(gè)重要原因。

3.2 對(duì)橋梁關(guān)鍵部位進(jìn)行定期檢查

對(duì)主梁及橫隔板等關(guān)鍵受力和傳力結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期檢查，在發(fā)現(xiàn)不該有的裂縫后應(yīng)及時(shí)上報(bào)，并與設(shè)計(jì)單位合作，分析原因并及時(shí)采取處治措施，防止裂縫進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大，危及橋梁運(yùn)營安全。

3.3 降低橋梁溫差，減少溫差裂縫

在橋梁養(yǎng)護(hù)維修中發(fā)現(xiàn)，部分箱梁或空心板對(duì)日照溫差產(chǎn)生的裂縫沒有足夠的重視，空心板或者箱梁設(shè)計(jì)時(shí)，沒有設(shè)置通風(fēng)孔或者設(shè)置位置不合理。在養(yǎng)護(hù)維修中，應(yīng)參考正確通風(fēng)孔的設(shè)置位置，并與設(shè)計(jì)單位合作，補(bǔ)充設(shè)置通風(fēng)孔等。

3.4 加強(qiáng)運(yùn)營管理，防止橋梁過度超載

由于混凝土裂縫的不可逆性，橋梁在超載運(yùn)營的情況下，裂縫會(huì)迅速擴(kuò)大，使橋梁使用不能達(dá)到設(shè)計(jì)年限。若有超載車輛必須通過時(shí)，需對(duì)橋梁加強(qiáng)防護(hù)和加固措施，以免對(duì)橋梁造成損壞。同時(shí)，在養(yǎng)護(hù)維修中，應(yīng)對(duì)橋梁其他病害（如基礎(chǔ)不均勻沉降、支座下沉等）及時(shí)處治，較少產(chǎn)生裂縫的誘因。

4 結(jié)論

根據(jù)近年來公路橋梁養(yǎng)護(hù)維修中的大量實(shí)踐證明，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的裂縫是極常見現(xiàn)象，亦可以說是不可避免的。因此，應(yīng)對(duì)混凝土橋梁裂縫進(jìn)行科學(xué)詳細(xì)的分析，使橋梁養(yǎng)護(hù)維修人員能夠更好地分清各類裂縫產(chǎn)生的原因并及時(shí)采取處治措施。同時(shí)，在橋梁日常養(yǎng)護(hù)中對(duì)裂縫采取主動(dòng)預(yù)防措施，以保證橋梁混凝土裂縫在早期能夠得到有效控制，將其危害程度控制在一定范圍內(nèi)，防止進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大，以減少橋梁運(yùn)營期間的安全隱患。