淺析橋梁施工中出現裂縫的原因及防治措施

■李志聰

(永春縣交通運輸局，永春 362600)

0 前述

近年來隨著經濟的快速發展，我國的交通基建行業在質和量方面都得到了很大提升，據統計，我國的公路橋梁總數已經超過了80萬座，鐵路橋梁超過20萬座，成為世界上橋梁最多的國家。混凝土作為修建橋梁的主要材料，因其取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、可塑性強、養護費用低等優點，得到了最廣泛的應用。但是鋼筋混凝土橋梁在施工過程中很容易出現裂縫，這成為困擾工程技術人員的一個問題。

1 橋梁裂縫概述

在橋梁施工過程中之所以要嚴防裂縫問題的出現，其根本原因就是裂縫對橋梁性能的負面影響，其具體表現有以下幾點：(1)有些表面裂縫只是影響橋梁的美觀；(2)有些裂縫開展到一定深度，會使橋梁內部的鋼筋暴露在空氣當中，在長期的風吹日曬雨淋下就會加速腐蝕，最終影響結構安全；(3)有些裂縫在外部荷載以及物理、化學因素作用下，引橋混凝土碳化、保護層脫落、鋼筋銹蝕，使橋梁的強度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴重的會引發橋梁安全事故。根據橋梁結構上裂縫的受力特點來區分，裂縫大體上可以分為以下兩種：

1.1 結構性裂縫

由外荷載引起的裂縫，這類橋梁裂縫的分布及寬度與外荷載有關。結構性裂縫多是由于混凝土應力達到抗拉限值，是結構破壞開始的特征，或是結構強度不足的征兆，必須進一步對其進行分析。如鋼筋混凝土簡支梁的跨中截面附近下緣受拉區的豎向裂縫，支點(或腹板寬度變化處)附近截面由主拉應力引起的斜裂縫，鋼筋混凝土墩柱受壓構件由于縱向壓力過大引起的縱向裂縫等等。

1.2 非結構性裂縫

非構造性裂縫是在溶蝕、風化、熱脹、冷縮、壓實、失水等外界因素作用下形成的裂縫。該類型裂縫會影響橋梁的美觀和耐久性，最終也會使橋梁的結構承載力下降。如溫度變化、混凝土收縮、鋼筋銹蝕等因素引起的裂縫。

2 橋梁施工中出現裂縫的原因

2.1 荷載影響

2.2 收縮影響

主要是由于混凝土的水分蒸發和水泥水化熱導致的混凝土收縮引起。施工中常見的混凝土收縮有塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫、干燥收縮裂縫。混凝土收縮裂縫大都是表面裂縫，裂縫寬度較細且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有規律。

2.3 地基形變影響

由于地基豎向或橫向不均勻變形使結構中產生附加應力并超出混凝土的抗拉強度所導致。出現這種類型裂縫的原因主要是：(1)地質勘察資料不準確；(2)結構各部分荷載差異太大；(3)橋梁結構混合使用不同基礎類型；(4)基礎分期建造；(5)地基凍脹；(6)橋梁原有地基條件發生變化。

2.4 溫度影響

混凝土受溫度影響，會產生熱脹冷縮變形。當變形不均受到約束時，便會在結構內部產生應力，當結構的應力高于混凝土自身抗拉強度時，就會產生裂縫。溫度的影響主要是體現在：(1)一年四季不斷變化的溫度差；(2)日照，橋面板、主梁、橋墩等受太陽照射，溫度明顯高于其他地方，呈現出溫度梯度的非線性分布；(3)冷空氣來襲等天氣原因驟然降溫；(4)水化熱；(5)蒸汽養護或冬季施工措施不當。

2.5 施工工藝水平影響

橋梁結構施工工藝不合理、施工質量低，是影響結構出現裂縫的重要因素，主要表現在以下幾個方面：(1)施工時任意套用混凝土配合比，或者用料不準，沒有嚴格按照設計要求進行施工；(2)混凝土振搗不密實、不均勻；(3)混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分蒸發過多；(4)混凝土初期養護不到位；(5)混凝土分層或分段澆筑時接頭部位處理不好；(6)模板剛度不足產生變形；(7)拆模過早，混凝土強度不足；(8)對支架壓實不到位或支架剛度不足產生不均勻沉降；(9)安裝順序不正確。

3 工程概況

寧德市某橋共3聯，每聯由3跨組成，橋梁跨徑分布為：第一聯(19+20+20)m，第二聯(20+20+20)m，第三聯(17.5+20+17.5)m。橋面寬10.5m，從左至右由1.0m(人行道及欄桿)+7.5m(行車道)+2.0m(人行道及欄桿)組成。上部結構采用C40現澆鋼筋混凝土連續肋梁橋，梁高1.75m，寬1.20m，橫向由2片梁組成，主梁在支點處設置0.8m寬端橫梁或1.2m寬中橫梁，橫梁高度均為1.60m；下部結構采用樁柱式橋墩，中墩采用墩梁固結，邊支點設置支座。橋梁設計荷載等級為公路-I級，人群荷載：局部5kN/m2，整體構件3.5kN/m2，地震動峰值加速度系數為0.1。

圖1 橋梁橫斷面圖

該橋肋梁施工完成后經現場外觀檢查，發現全橋肋梁腹板累計存在457條豎向裂縫，縫長0.30～1.55m，縫寬最大測讀值為0.35mm，其中73條縫寬超過規范限值0.20mm；翼板累計存在92條橫向裂縫，縫長0.25～1.90m，縫寬最大測讀值為0.30mm，其中12條縫寬超過規范限值0.20mm；底板累計存在81條橫向貫通裂縫，縫長均為1.20m，縫寬最大測讀值為0.15mm；底板4處混凝土剝落，總面積S=0.05m2。部分肋梁現場病害照片見圖2～圖3，病害示意圖見圖4～圖5。

狀態2 隨著iP(t)不斷流入壓電電容CP,導致VBA增加,當VBA≥|VTHP|時,MP1導通。由于節點B與輸出節點VOUT短路,所以VBA的增加導致了VA的減少。當VA≤0時,比較器CMP2的將輸出高電平,使得MN2導通,使電路進入狀態2。在狀態2中,MP1和MN2都導通,因此電路形成輸出回路。由于濾波電容CL的值大于壓電電容CP,iP(t)將主要流入CL。

4 裂縫處治措施

圖2 腹板豎向裂縫

圖3 翼緣板橫向裂縫

橋梁施工過程中出現了裂縫問題，必須采取有效的處治措施，盡量將裂縫問題造成的危害降到最低。針對肋梁出現的裂縫病害，我們提出了專項維修方案，主要是根據縫寬的大小分別采用不同的處理方式。

4.1 對縫寬＜0.15mm裂縫的處理

利用專業裂縫封閉膠進行封閉處理。采用表面環氧封閉法，先剔除混凝土表面灰層，若表面殘留有輕度油污，可用丙酮擦拭干凈，用氣壓為0.2MPa以上的壓縮空氣清除槽內浮塵。裂縫清理完畢，涂刷低黏度改性環氧底膠，涂刷時應使底膠在混凝土表面充分滲透，使微裂紋內含膠飽滿，必要時可多道涂刷。底膠干后，使用改性環氧膠泥修補混凝土表面。底膠采用環氧灌縫膠系列A、B兩組分膩子狀改性環氧樹脂類膠粘劑，混凝土表面修補采用環氧膠泥。裂縫封閉施工順序如圖6所示：

圖4 第2跨肋梁裂縫病害示意圖

圖5 第4跨肋梁裂縫病害示意圖

圖6 裂縫封閉施工順序

裂縫封閉施工要點：

1)環氧封閉膠配膠比例范圍大，配膠重量比為A：B=100：25～40的寬范圍內，均可固化。為保證工程質量，應進行稱量，一般情況下推薦配膠比例為 A：B=100：30，25℃時的可操作時間約為50～60min。隨著B劑用量的增加，可操作時間相應縮短。每次配膠量不宜過大，以在可操作時間內用完為準；

2)涂刷底膠時，應使膠液在混凝土表面充分滲透，微裂縫內應含膠飽滿，必要時可沿裂縫多道涂刷；為保證封縫的質量，一般要求長度沿裂縫方向頭尾各增加10cm，寬度約為5～6cm；

3)封縫完成后，應重新進行檢查，確保封縫無開裂，否則按上述步驟返工，或采用環氧樹脂壓漿灌縫處理。

4.2 對縫寬≥0.15mm裂縫的處理

采用灌漿施工，先騎縫開設V槽，然后將V槽封閉，接著利用專業灌縫膠進行灌縫處理。

裂縫灌漿工藝流程如圖7所示：

圖7 裂縫灌漿工藝流程

裂縫灌漿施工要點：

1)裂縫調查

全面查清裂縫的性質以及裂縫的長度、寬度、深度、走向、貫穿等情況，以便確定處理方案；

2)粘貼注漿嘴和封縫前，應沿縫對混凝土表面進行處理，清除松散灰砂、油垢，使注漿嘴和封縫膠帶粘貼在堅實平整的混凝土基面上，并使用干燥無油的壓縮空氣清除裂縫內部的粉塵、浮渣；

3)注漿器材和工具的選擇應按裂縫的情況決定，一般對較深的結構性裂縫，宜騎縫或斜向自下而上鉆孔至裂縫深處(約為構件厚度的1/2)，且須與破裂面交叉，然后埋設注漿嘴；

4)注漿嘴應埋設在裂縫端部、交叉處和較寬處，間隔300～500mm；對貫穿性深裂縫應每隔1～2m加設一個注漿管；

5)封縫時，應使用專用的封縫膠，膠與混凝土的粘接強度應大于4MPa；膠層應均勻無氣泡、砂眼，厚度大于2mm，與注漿嘴連接密封；

6)封縫膠固化后，應使用潔凈無油的壓縮空氣試壓，確認注漿通道是否通暢、密封、無泄漏；

7)灌漿材料的調配和使用必須嚴格按照說明書的規定進行；

8)灌漿順序應按由寬到細、由一端到另一端原則，按設計布置的注漿嘴順序，從第一注漿嘴開始灌注，待下一注漿嘴出漿后封閉本注漿嘴；再在下一注漿嘴繼續壓力灌注，這樣依次進行。對垂直裂縫還應按由低到高的順序進行。縫隙全部注滿后應繼續穩定壓力一定時間，待吸漿率小于50ml/h后停止注漿，封閉注漿嘴。

對于裂縫修補用膠，需滿足表1所示性能指標。

表1 裂縫修補用膠的安全性能指標

5 總結

綜上所述，橋梁結構出現裂縫不僅影響整體美觀，而且使橋梁的強度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴重的會引發橋梁安全事故。因此加強橋梁施工中出現裂縫的原因及預防措施的研究，成為了橋梁質量控制必要的一部分。工程實際中一旦出現裂縫問題，我們要先判斷裂縫的類型，是屬于結構性裂縫還是非結構性裂縫，再分析原因，找出具體是在哪個環節出現了紕漏或失誤，最后再對裂縫提出具體修復方案。

寧德市某橋病害最終通過裂縫封閉法和裂縫灌漿法，達到了裂縫處治的預期目的，效果良好。鑒于該橋裂縫較密集，建議在病害處治完成后，加強對該橋的后期觀測，繼續加密觀測至少半年，特別是對梁端、跨中等關鍵部位的裂縫發展情況進行詳細的觀測。觀測要形成詳細的報告，以便為后期病害處治提供數據依據。若裂縫繼續出現或補后延伸，應及時反饋，根據實際情況確定是否進一步處治，最終達到保證橋梁施工裂縫處治效果的目的，確保裂縫不會對橋梁的質量安全產生不良影響。