略論公路橋梁混凝土裂縫成因及處理方法

摘要：在橋梁建造和使用過(guò)程中，因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)橋梁垮塌的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。本文通過(guò)對(duì)公路混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出了可行性的處理方法。

關(guān)鍵詞：橋梁裂縫；混凝土；處理方法

1橋梁混凝土裂縫的成因

橋梁混凝土裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因。混凝土裂縫的種類就其產(chǎn)生的原因大致分以下幾種：

1.1荷載引起的裂縫

這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動(dòng)嚴(yán)重部位。如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮或有沿受壓方向的短裂縫，往往是結(jié)構(gòu)達(dá)到承載力極限的標(biāo)志，是結(jié)構(gòu)破壞的前兆。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同的受力方式，產(chǎn)生裂縫特征如下:

中心受壓。沿構(gòu)件出現(xiàn)平行于受力方向的短而密的平行裂縫。

中心受拉。裂縫貫穿構(gòu)件橫截面，間距大體相等，且垂直于受力方向。

受彎。彎矩最大截面附近從受拉區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)與受拉方向垂直的裂縫。

受剪。當(dāng)箍筋太密時(shí)發(fā)生斜壓破壞，沿梁端腹部出現(xiàn)大于45°方向的斜裂縫;當(dāng)箍筋適當(dāng)時(shí)發(fā)生剪壓破壞，沿梁端中下部出現(xiàn)約45°方向互相平行的斜裂縫。

受扭。構(gòu)件一側(cè)腹部先出現(xiàn)多條約45°方向斜裂縫，并向相鄰面以螺旋方向展開(kāi)。

受沖切。沿柱頭板內(nèi)側(cè)發(fā)生約45°方向斜面拉裂，形成沖切面。

局部受壓。在局部受壓區(qū)出現(xiàn)與壓力方向大致平行的多條短裂縫。

1.2混凝土應(yīng)力形成的裂縫

收縮裂縫。混凝土凝固時(shí)，由于水泥水化產(chǎn)物的體積比反應(yīng)前物質(zhì)的總體積要小，因而產(chǎn)生收縮，稱為化學(xué)收縮或凝縮。

溫度裂縫。混凝土受水泥水化放熱、陽(yáng)光照射、大氣及周圍溫度、電弧焊接等因素影響，而出現(xiàn)冷熱變化時(shí)，將發(fā)生收縮和膨脹，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生裂縫，稱為溫度裂縫。

1.3施工工藝質(zhì)量差引起的裂縫

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、起模、運(yùn)輸、拼裝及吊裝過(guò)程中若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低，可能產(chǎn)生各種形式的裂縫，特別是細(xì)長(zhǎng)薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)裂縫，裂縫出現(xiàn)部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生原因而異，如鋼筋混凝土保護(hù)層厚度過(guò)厚、混凝土振搗不密實(shí)、不均勻、混凝土澆筑太快、水灰比過(guò)大、混凝土早期受凍、拆模過(guò)早等。

2橋梁混凝土裂的常用修補(bǔ)方法

橋梁混凝土裂縫的成因復(fù)雜、繁多，有時(shí)多種因素互相影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要因素。

2.1表面處理法

橋面板下部寬度小于0.2mm的其它裂縫，采用表面處理法進(jìn)行修補(bǔ)，在混凝土表面沿裂縫涂抹樹(shù)脂保護(hù)膜。施工時(shí)先用鋼絲刷除去混凝土表面的附著物再用清水清洗，經(jīng)充分干燥后，用油灰狀樹(shù)脂填充混凝土表面的凹癟部分后，再進(jìn)行必要的涂抹。表面處理法包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法，表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫，深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的裂縫，不伸縮的裂縫以及不在活動(dòng)的裂縫。表面貼寂（木工膜或其它防水片）法適用于大面積漏水（蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置變形縫）的防滲堵漏。

2.2填充法

用修補(bǔ)材料直接填充裂縫，一般用來(lái)修補(bǔ)較寬的裂縫（0.3mm），作業(yè)簡(jiǎn)單費(fèi)用低。寬度小于0.3mm，深度較淺的裂縫以及小規(guī)模裂縫的簡(jiǎn)易處理可采用取開(kāi)V型槽，然后作填充處理。對(duì)于橋面板中間帶上下貫通的裂縫，其上部采用注入施工法進(jìn)行處理。沿裂縫7~8cm寬度的范圍內(nèi)，用砂輪機(jī)和鋼絲刷去混凝土表面的游離石灰和灰塵等，并用洗凈劑清洗，然后加壓注入具有滲透性和粘著性的環(huán)氧樹(shù)脂，以此來(lái)填充混凝土裂縫，提高橋面板的防水性，防止鋼筋銹蝕及混凝土老化。

2.3結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法

因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長(zhǎng)時(shí)間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低、火災(zāi)造成裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等。此外，還可以采用灌漿法等。

3實(shí)際應(yīng)用

大慶-廣州高速公路湖北段利用了江北一級(jí)公路一段進(jìn)行改造，江北一級(jí)公路施工已有4年，由于某些原因，為江北一級(jí)公路所修建的楊樹(shù)坳中橋(3×13m預(yù)應(yīng)力空心板)一側(cè)橋臺(tái)出現(xiàn)裂縫及蓮花中橋(3×13m預(yù)應(yīng)力空心板)空心板底面出現(xiàn)縱向裂縫且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。

3.1楊樹(shù)坳中橋裂縫成因分析

首先對(duì)橋臺(tái)受力進(jìn)行分析，橋臺(tái)結(jié)構(gòu)的承載能力及抗裂能力足夠，在正常使用荷載作用下，臺(tái)前的拉應(yīng)力均小于砼的抗拉強(qiáng)度，從受力的角度來(lái)看，施工過(guò)程中及成橋后的臺(tái)身均不致因結(jié)構(gòu)受力過(guò)大出現(xiàn)如下圖所示的裂縫，因此橋臺(tái)的左側(cè)裂縫極有可能是由施工過(guò)程中砼水化熱產(chǎn)生的內(nèi)外溫差及砼收縮造成的，亦即施工過(guò)程中養(yǎng)護(hù)不夠所致。

從現(xiàn)場(chǎng)情況看，橋臺(tái)右側(cè)邊板與預(yù)制擋塊之間沒(méi)有預(yù)留縫隙，因此上部結(jié)構(gòu)的橫向溫度形變受到了約束，上部結(jié)構(gòu)的溫度形變會(huì)對(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生向外的力，這是造成橋臺(tái)右側(cè)附近豎向開(kāi)裂的主要原因。橋臺(tái)受到作用力反復(fù)作用時(shí)，裂縫將會(huì)逐步擴(kuò)展，從而不斷減小承受應(yīng)力作用的有效面積，最終在車輪荷載反復(fù)作用達(dá)到一定次數(shù)后導(dǎo)致破壞，橋臺(tái)裂縫會(huì)迅速擴(kuò)展，最后上下貫通，使橋臺(tái)失去整體性，承載力不斷下降，最終導(dǎo)致破壞，危害性較大，必須及時(shí)采取有效的修補(bǔ)措施，控制裂縫的發(fā)展，增強(qiáng)橋臺(tái)的整體性，保證橋梁的正常使用。

3.2蓮花中橋裂縫成因分析

從現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看，判定為混凝土應(yīng)力形成的裂縫。因?yàn)楫?dāng)混凝土凝固時(shí)，由于水泥水化產(chǎn)物的體積比反應(yīng)前物質(zhì)的總體積要小，因而產(chǎn)生收縮，稱為化學(xué)收縮或凝縮;混凝土在硬化過(guò)程中隨著水分的逐漸蒸發(fā)，體積逐漸減小，稱為干縮，化學(xué)收縮與干縮合稱為收縮。混凝土的干燥過(guò)程是由表面逐漸擴(kuò)展到內(nèi)部的，在混凝土內(nèi)部呈現(xiàn)含水梯度，因此產(chǎn)生表面收縮大，內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，導(dǎo)致表面混凝土承受拉力，內(nèi)部混凝土承受壓力。當(dāng)表面混凝土所受的拉力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。

3.3修補(bǔ)措施

楊樹(shù)坳中橋修補(bǔ)：

①對(duì)結(jié)構(gòu)上的現(xiàn)存較大裂縫采用灌注水泥漿或結(jié)構(gòu)膠的方法予以修補(bǔ)。

②對(duì)橋臺(tái)右側(cè)0.2mm的裂縫，采用表面處理法進(jìn)行修補(bǔ)，將裂紋表面鑿成V 形槽口，在槽口表面涂抹樹(shù)脂保護(hù)膜。施工時(shí)先用鋼絲刷除去槽口表面的附著物，再用清水清洗，經(jīng)充分干燥后，用油灰狀樹(shù)脂填充混凝土表面的凹癟部分后，再進(jìn)行必要的涂抹。

蓮花中橋修補(bǔ)：

在處理蓮花橋的修補(bǔ)施工中，我們采用了表面封閉修補(bǔ)法：

①鑿深楷嵌補(bǔ)法。先沿裂縫鑿一條深槽，槽形根據(jù)裂縫位置和填補(bǔ)材料而定，然后在槽內(nèi)嵌補(bǔ)各種貓結(jié)材料，如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲凝等。

②表面噴裝法。在經(jīng)鑿毛處理的裂縫表面，噴射一層密實(shí)而且強(qiáng)度高的水泥砂漿保護(hù)層來(lái)封閉裂縫的一種修補(bǔ)方法。根據(jù)裂縫的部位、性質(zhì)和修補(bǔ)要求與條件，可采用無(wú)筋素噴漿，或掛網(wǎng)噴漿結(jié)合鑿槽嵌補(bǔ)等修補(bǔ)方法。

③打箍加固封閉法。當(dāng)鋼筋混凝土產(chǎn)生主應(yīng)力裂縫時(shí)，可采用在裂縫處加箍使裂縫封閉的方法。箍可用扁鋼焊成或圓鋼制成，可以直箍也可以斜箍，其方向應(yīng)和裂縫方向垂直。箍與梁的上下面接觸處可墊以角鋼或鋼板。角鋼或鋼板面積及箍的橫截面積，按修補(bǔ)加固部位主應(yīng)力的大小、箍的安全應(yīng)力及混凝土的抗壓強(qiáng)度通過(guò)計(jì)算確定。

由于不能確定結(jié)構(gòu)上的現(xiàn)有裂縫是否趨于穩(wěn)定，因此維修加固后還應(yīng)定時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)。

上文介紹的幾種修補(bǔ)方法，是工程中常用處理裂縫的方法，實(shí)踐證明其效果經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便。重視橋梁裂縫，及時(shí)處理橋梁裂縫，有利于橋梁使用壽命的延長(zhǎng)，保證其正常地使用。

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