公路橋梁養護維修中裂縫成因及處治對策

劉耀

（陜西路橋集團有限公司，陜西 西安 710018）

0 引言

近些年公路建設規模不斷擴大，眾多公路橋梁投入運營，公路橋梁養護維修也越來越重要，其中裂縫病害處治尤其關鍵。當開展公路橋梁養護維修工作時，由于未深入分析裂縫病害成因且采用的處治對策不合理，為公路橋梁埋下安全隱患，所以應全面、客觀分析公路橋梁發生的裂縫病害，制訂針對性處治對策。

1 公路橋梁裂縫病害的成因

1.1 溫度應力引起的裂縫

由于溫度發生變化，對混凝土公路橋梁產生影響，使其發生熱脹冷縮反應，相關約束條件引發溫度應力，與混凝土抗拉強度相比，如果溫度應力大于該參數，便會導致混凝土結構表面出現裂縫，而且在長時間溫差循環過程中進一步擴大裂縫。雖然年溫差發展速度比較慢，但是冬夏兩季溫差變化比較大，公路橋梁在約束制約條件下，易發生裂縫病害。一般情況下，日溫差發生于夏季溫度相對較高的時間段，公路橋梁結構中光照直射的部位和背陰部位形成較大溫差，使得結構不同部位產生較大溫差，進而形成溫度應力導致裂縫病害發生。

通過相關研究發現，溫差應力與活載應力大體一致，設計環節未充分考慮溫差應力，由此導致溫差裂縫病害發生[1]。

1.2 收縮引起的裂縫

公路橋梁結構混凝土澆筑作業結束之后，在硬化環節由于結構表面水分流失而導致收縮變形，進而內部結構對該反應進行約束制約，從而形成拉應力，如果結構抗拉強度無法應對抗拉應力，將引發收縮裂縫病害。

另外，部分橋梁由于收縮差引發結構裂縫，例如變截面連續剛構橋，當開展施工時，墩身澆筑和0 號塊澆筑形成較大時間差，所以兩者收縮不同步，進而形成收縮差，導致結構裂縫出現。

1.3 鋼筋銹蝕產生的裂縫

當開展公路橋梁養護維修工作時，在部分橋梁鋼筋中存在混凝土保護層厚度過小的情況，基于綜合因素長期影響下，徹底碳化保護層，嚴重破壞鋼筋表面氧化膜，進一步造成鋼筋銹蝕，在后續施工期間部分鋼筋體積增大，甚至膨脹超過10.5 倍，導致結構沿著鋼筋發生橫向裂縫病害[2]。

1.4 結構超載產生的裂縫

公路橋梁結構發生的裂縫病害通常有兩種：

其一，在結構施工期間，因為臨時荷載大幅度增加，使其局部缺乏承載力而引發裂縫病害。

其二，運營過程中，超載汽車不斷途經公路橋梁，導致其底板出現大量橫向裂縫。當重載汽車行駛而過時，導致一些典型裂縫裂開，而且通行之后出現假性閉合現象，由于長期作用，非常容易造成裂縫位置的鋼筋銹蝕，進一步破壞公路橋梁結構。

1.5 基礎不均勻沉降引起的裂縫

對于早期修建的公路橋梁，一般將擴大基礎作為墩臺基礎，一些橋梁由于設計與施工條件不足，沒有實地調研基底承載力，所以后期出現不均勻沉降等引發的裂縫病害。另外，部分公路橋梁投入運營后，由于排水設施被破壞等，使得水流滲入墩臺地基，造成基礎不均勻沉降，由此引發裂縫病害。

2 公路橋梁養護維修中裂縫的處治對策

2.1 表面封閉法

公路橋梁結構表面出現諸多寬度在0.15mm 以下的非結構裂縫，主要使用裂縫膠加工其表面封閉，見圖1。

圖1 封閉裂縫示意圖

2.2 填充密封法

填充封閉法一般在裂縫表面合適位置鑿出凹槽，使用填充材料加以修補。通常分為兩種填充法，一種是剛性材料填充法，另一種是彈性材料填充法。前者使用普通水泥砂漿、樹脂砂漿等進行填充，可采用手工方式剔鑿裂縫，也可以應用機械設備進行開槽，然后填充材料。后者主要使用丙烯酸樹脂、聚硫化物等進行填充。

2.3 低壓灌漿法

在公路橋梁結構中，對于寬度在0.15mm 以下的裂縫，往往進行低壓灌漿，以此讓裂縫部位的混凝土再次黏結，從而恢復梁體整體性，使力的傳導重新進入設計環節狀態，增強公路橋梁耐久性。應用的灌漿設備主要由電動空壓機、壓漿嘴、送氣管等構成，其中壓漿嘴具備三種功能，可開啟、關閉及封閉，方便黏結，從而達到封閉狀態下試壓、保壓等要求。按照裂縫分布和走向，明確粘貼灌漿嘴具體部位。通常對于相對規則的橫向裂縫與豎向裂縫，應將其間距控制在20～25cm 之間。而對于交叉裂縫等不規則裂縫，需要在其端部、寬度較大與交叉部位合理設置灌漿底座[3]。另外，對于貫穿裂縫，需要進行開槽，并且在裂縫兩端合理設置灌漿底座，做好裂縫表面的封閉處理，保證其充滿漿體且具有相應壓力，對于封閉膠和混凝土，需要將其黏結強度控制在4MPa 以上，保證膠層不存在氣泡，將其厚度控制在2mm 以下，而且與壓漿嘴緊密相連。如果裂縫超過1mm，除了要封閉裂縫，還要粘貼一層玻璃纖維布。

做好裂縫封閉作業之后，需要開展壓縫試驗，嚴格檢查裂縫實際封閉情況，避免漏氣，確保壓漿通道足夠密閉、順暢。通常情況下，應將壓力控制在0.3MPa，而且針對每一個進漿孔和出漿孔及時、正確記錄其貫通情況。通過檢查確定裂縫不存在漏氣問題之后，可進行配漿，使用的裂縫膠性能需要達到相關要求。正式開展灌漿作業之前，應熟知灌漿順序，若為豎向裂縫，需要由下往上灌漿；若為橫向裂縫，需要從一邊到另一邊灌漿，由寬向窄灌漿；若為交叉裂縫，需要按圖2 進行灌漿，并且在確定進出漿孔之后將其他孔口封閉。在實施灌漿作業的過程中，需要形成一定壓力，在0.6～0.8MPa 之間，同時嚴格控制進漿時間，如果出漿嘴開始流出純漿，應將其封閉。再開啟下一出漿嘴，而且并聯上一出漿嘴實施注漿作業[4]。反復進行上述操作，直到最后一個出漿嘴開始流出純漿，此時將其暫時封閉，將壓力穩定30min 之后完成灌漿作業。

圖2 交叉裂縫灌漿示意圖

完成灌漿作業之后，當注漿液固化時去除灌漿嘴，針對每一處灌漿嘴使用封閉膠進行封閉。要保證美觀性，應使用聚合物水泥漿充分涂抹灌漿裂縫表面，適當縮小與原有結構表面的顏色差異。在此基礎上，使用丙酮將灌漿工具與管道線路清理干凈。

2.4 粘貼碳纖維布

如果公路橋梁結構表面存在較多細微裂縫并且分布不規則，首先需要處治裂縫病害，然后粘貼碳纖維布，該方法既可以加強修復裂縫，也可以增強梁體局部承載力，在逐步提高碳纖維布生產制作質量的過程中，現今在開展公路橋梁養護維修工作時廣泛使用碳纖維布。在實際操作過程中，選取梁體表面合適部位打磨平整，清理干凈表面雜質，讓混凝土新鮮面顯露出來，使粘貼面足夠干凈、干燥。將適量底膠涂刷于公路橋梁結構表面，如果存在表面不平整的情況，在底膠固結之后，應使用找平膠做好凹陷部位的找平處理。合理張拉碳纖維布，使其緊貼在公路橋梁結構基面上，而且使用滾筒滾壓，排出氣泡，緊密結合膠體和碳纖維布。完成碳纖維布粘貼作業且進行固化之后嚴格檢查密實度，如果出現小范圍的空鼓情況，需要用針管注膠有效修補，如果出現較大范圍的空鼓情況，需要將其切除，搭接好碳纖維布，將搭接長度控制在100mm 以 上[5]。

3 公路橋梁裂縫的預防措施

3.1 強化設計

其一，保證公路橋梁結構在各個階段形成的受力部位和具體受力情況處于其實際承載范圍中，減小對路面造成的損耗。當開展公路橋梁設計工作時，相關施工設計者應豐富自己的專業知識，并且加強與實踐的結合，由此降低裂縫病害發生率。

其二，在公路橋梁設計環節，相關設計部門應加強整體和細節處理，并且綜合考慮天氣、地質等設計效果影響因素，盡量延長公路橋梁使用壽命。

其三，根據公路橋梁特征科學構建設計理論體系，使整體設計更加精確、合理。與此同時，有關部門需要從各個方面監管設計工作，確保設計工作順利開展。

3.2 確保梁體鋼筋的混凝土保護層厚度

在公路橋梁養護運營過程中，應定期檢查其保護層厚度，特別是表面混凝土已經碳化的梁體，一旦碳化深度接近保護層厚度，應盡快處治，避免主梁鋼筋出現銹蝕的情況。梁體之所以發生裂縫病害，鋼筋銹蝕膨脹是一個主要原因。

3.3 平衡橋梁建筑荷載

為將公路橋梁荷載力控制在合理范圍內，應在橋梁設計環節充分考慮橋梁結構具體情況，包括其持久性和承受的沖擊力等。首先，在試驗過程中，需要確保橋梁結構基于常規荷載之下可避免較大變形與裂縫出現，同時橋跨結構下部需要進行便于人車通行、泄洪等的設計，還需要全面考慮管線搭載渠道。然后，在選取原材料時應足夠謹慎，選擇高強度鋼材與混凝土，而且施工單位應掌握繁雜的施工工藝，加大監督力度，必須嚴格鑒定整個公路橋梁的質量，保證其不存在質量問題，從而提高其抗性與穩定性，如此方可降低沖擊力與離心力產生的影響，減小共振反應。除此之外，在公路橋梁加固方案設計過程中需要綜合考慮各個方面的內容：

其一，對于公路橋梁下方結構，應保證其承受力較大，經過加固一定要滿足重噸位卡車通行要求。

其二，在加固過程中應注重所使用加固物自重對公路橋梁產生的影響。

其三，對于加固表面存在開裂現象的部位，需要通過修復構件表面，保證其足夠平滑。

3.4 對橋梁關鍵部位進行定期檢查

針對公路橋梁重點受力部位以及傳力結構，加大定期檢查力度，一旦出現不該有的裂縫，必須第一時間上報，同時加強與設計單位之間的協同合作，全面分析裂縫出現的原因并使用有效處治措施，避免裂縫繼續擴大，對公路橋梁運營安全構成威脅。

3.5 降低橋梁溫差，減少溫差裂縫

當開展公路橋梁養護維修工作時，對于一些箱梁或空心板，忽視了日照溫差引發的裂縫病害，在其設計過程中未合理設置通風孔。在進行養護維修時，需要參照通風孔正確位置，加強與設計單位之間的協同合作，加設通風孔等。

3.6 加強運營管理，防止橋梁過度超載

因為混凝土裂縫具有不可逆的特征，所以公路橋梁長期超載通行，會導致裂縫不斷擴大，縮短其使用壽命，無法達到設計年限。如果超載車輛一定要通過，應進一步加固橋梁，防止其被破壞。另外，在開展公路橋梁養護維修工作的過程中，還需要盡快處治橋梁基礎不均勻沉降等諸多病害，盡可能減少導致裂縫出現的誘因。

3.7 提高監理隊伍的素質和監理能力

為防范公路橋梁發生裂縫病害，應安排高素質監理進行監督，因此一定要增強監理隊伍整體監理能力，提高其專業素質。嚴格審批監理單位，若為混凝土使用達不到要求的監理單位，應要求其符合資質標準才能夠審批，切忌蒙混過關，并且不能對非獨立實體監理單位進行審批。以全體監理人員為對象，由監理單位開展培訓，在此過程中提高其綜合素質，尤其是監理工作方面，需要監理人員具備較高綜合素質，且應變能力過硬，因此對于監理單位來說，需要具備各方面的能力，提高施工與設計監理能力。

4 結語

綜上所述，通過公路橋梁養護維修工作實踐來看，混凝土結構廣泛存在裂縫病害，此類病害是難免的。所以，需要詳細、合理分析裂縫病害，提高養護維修人員應對能力，使其更好地劃分裂縫類型、分析裂縫發生的原因且采用有效處治對策。另外，在開展公路橋梁日常養護維修工作時，需要主動防范裂縫，由此加強對早期裂縫的管控，盡量降低危害程度，避免裂縫繼續擴大，控制運營過程中的安全隱患。