公路橋梁養護維修中裂縫成因的分析及處治措施

厚龍寶

（甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著我國公路的大規模建設并投入運營，橋梁的養護維修工作也變得愈發重要，而公路橋梁裂縫病害的處治則是養護維修中的一項重要內容。在養護維修工程中對裂縫的分析及處治措施的不當，將使橋梁存在巨大的安全隱患，因此需對橋梁存在的裂縫進行詳細的科學分析，并采取相應的處治措施。

1 橋梁裂縫病害的成因及分析

1.1 溫度應力引起的裂縫

溫度變化導致混凝土橋梁結構產生熱脹冷縮，而其約束條件導致產生溫度應力，當該應力大于結構的混凝土抗拉強度時，則最先在其表面產生裂縫，并在長期的溫差循環下使裂縫發展變寬。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，容易產生裂縫；日溫差主要發生在夏季溫度較高時，陽光直射橋梁結構的部位與背陰部位溫差較大，導致橋梁結構各部位溫差較大，從而產生溫差應力并引起裂縫。且根據相關研究表明，溫差應力甚至接近活載的應力[1]，因此設計中溫差應力的考慮不足，是產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部與外部散發程度的不同而產生的溫度裂縫，隨著混凝土施工及養生技術的進步，水化熱產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構施工澆筑完成后，在其硬化過程中，結構表面失水致使其體積收縮變形，當該變形受到內部結構的約束時就會產生拉應力，當混凝土橋梁結構的抗拉強度不足以抵抗拉應力時，則會產生收縮裂縫[2]；同時部分橋梁如變截面連續剛構橋，在施工中，墩身與0 號塊的澆筑間隔時間較長，因此墩身的收縮與0號塊的收縮不同步，因收縮差而產生結構裂縫。

1.3 鋼筋銹蝕產生的裂縫

在橋梁養護維修過程中，發現部分橋梁鋼筋的混凝土保護層厚度不足，在各種環境因素的長期作用下，結構的混凝土保護層被完全碳化，致使橋梁鋼筋表面的氧化膜遭到破壞，從而導致鋼筋銹蝕，后期銹蝕部分的鋼筋體積會膨脹10.1～10.5 倍[3]以上，使混凝土橋梁結構沿著鋼筋出現縱橫向裂縫。

1.4 結構超載產生的裂縫

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

1.5 基礎不均勻沉降引起的裂縫

在早期修建的橋梁中，墩臺基礎較多采用擴大基礎，部分橋梁因當時的設計、施工條件有限，未對基底承載力進行充分勘察和檢測，導致后期因地基不同，部位發生不均沉降或膨脹而產生裂縫；同時部分橋梁在運營過程中，因排水設施的不完善或者損壞等因素，導致水流進入墩臺地基中，引起基礎不均勻沉降而產生裂縫。

2 養護維修中對裂縫的處治

2.1 表面封閉法對裂縫進行處治

橋梁結構表面存在因各種原因產生的寬度小于0.15mm 的非結構裂縫，一般采用裂縫膠直接對其表面進行封閉即可[5]，如圖1 所示。

圖1 封閉裂縫示意圖

2.2 低壓灌漿法對裂縫進行處治

對于寬度≥0.15mm 的橋梁裂縫，一般采用低壓灌漿法進行維修處治，使裂縫處混凝土能夠重新粘接，恢復梁體的整體性，讓力的傳導能夠恢復設計時的狀態，從而提高橋梁耐久性的目的[7]。灌漿設備一般由電動空壓機、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。根據裂縫分布及走向，確定粘貼灌漿嘴的位置。一般對于較為規則的裂縫（豎縫或橫縫，如圖2、圖3 所示），間距在20～25cm 之間；對于不規則的交叉裂縫，在裂縫端部、裂縫較寬處及交叉點設置灌漿底座，如圖4 所示；對于貫穿裂縫應進行開槽，且裂縫兩端必須設置灌漿底座見圖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

對裂縫表面進行封閉，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強度應＞4MPa，膠層均勻無氣泡，厚度≥2mm，并與壓漿嘴密閉連接；當裂縫＞1mm 時，封閉裂縫后可再粘貼一層玻璃纖維布。

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

在確認裂縫不漏氣后，開始進行配漿，所配置的裂縫膠性能應滿足規范的相應要求。開始灌漿前，需注意灌漿順序，對于豎縫，應從下往上灌；對于橫縫，應單向從一邊至另一邊灌，從寬處至窄處灌；對于交叉裂縫，可按照圖6 所示進行，同時，在明確指定進漿孔和出漿孔后，其余孔口應封閉。灌漿時應保持一定的壓力（建議控制在0.6～0.8MPa）和進漿時間，當出漿嘴開始有純漿流出時，可暫時封閉該出漿嘴。并打開下一個出漿嘴，然后并聯上一出漿嘴進行注漿。重復上述步驟，直至最后一個出漿嘴有純漿流出時，進行暫時封閉，穩壓30min 后結束灌漿。

圖6 交叉裂縫灌漿示意圖

灌漿結束后，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所灌漿裂縫表面進行抹涂，減小與原橋梁結構表面的色差。最后用丙酮對灌漿工具及管路進行清洗。

2.3 粘貼碳纖維布對裂縫進行處治

對于梁體表面有大范圍細微裂縫且無規則分布時，可先對橋梁裂縫進行處治后再粘貼碳纖維布，此法不僅滿足加強修復裂縫的要求，還可提高橋梁的局部承載能力[8-9]，隨著碳纖維布生產質量的提高，目前已有較多應用在橋梁結構養護維修中。具體操作如下：

將需要粘貼碳纖維布的梁體表面進行打磨，去除表面雜質，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，若梁體表面不平整，在底膠固結后，需對凹陷部位采用找平膠進行找平處理；將碳纖維布適度張拉緊貼于橋體基面，并采用滾筒進行滾壓，將氣泡擠出，使膠體與碳纖維布能夠充分結合。

在碳纖維布粘貼結束并固化后進行密實度檢查，若存在小面積空鼓時，可使用針管注膠進行修補，當空鼓面積較大時，應切除該部位，并重新搭接碳纖維布，搭接長度需超過100mm。

3 對橋梁裂縫的主動預防措施

3.1 確保梁體鋼筋的混凝土保護層厚度

在橋梁養護運營階段，需對梁體保護層厚度進行定期檢查，尤其是表面混凝土存在碳化的梁體，當碳化深度快達到保護層厚度時，要及時進行處治，防止主梁鋼筋發生銹蝕。而鋼筋銹蝕膨脹是梁體產生裂縫的一個重要原因。

3.2 對橋梁關鍵部位進行定期檢查

對主梁及橫隔板等關鍵受力和傳力結構進行定期檢查，在發現不該有的裂縫后應及時上報，并與設計單位合作，分析原因并及時采取處治措施，防止裂縫進一步發展擴大，危及橋梁運營安全。

3.3 降低橋梁溫差，減少溫差裂縫

在橋梁養護維修中發現，部分箱梁或空心板對日照溫差產生的裂縫沒有足夠的重視，空心板或者箱梁設計時，沒有設置通風孔或者設置位置不合理。在養護維修中，應參考正確通風孔的設置位置，并與設計單位合作，補充設置通風孔等。

3.4 加強運營管理，防止橋梁過度超載

由于混凝土裂縫的不可逆性，橋梁在超載運營的情況下，裂縫會迅速擴大，使橋梁使用不能達到設計年限。若有超載車輛必須通過時，需對橋梁加強防護和加固措施，以免對橋梁造成損壞。同時，在養護維修中，應對橋梁其他病害（如基礎不均勻沉降、支座下沉等）及時處治，較少產生裂縫的誘因。

4 結論

根據近年來公路橋梁養護維修中的大量實踐證明，混凝土橋梁結構的裂縫是極常見現象，亦可以說是不可避免的。因此，應對混凝土橋梁裂縫進行科學詳細的分析，使橋梁養護維修人員能夠更好地分清各類裂縫產生的原因并及時采取處治措施。同時，在橋梁日常養護中對裂縫采取主動預防措施，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，防止進一步發展擴大，以減少橋梁運營期間的安全隱患。