薛志翔

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)第六設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230031)

如今交通的發(fā)展十分迅猛，作為交通的重要組成部分，橋梁的維護(hù)工作顯得至關(guān)重要。但在實(shí)際的設(shè)計(jì)、建設(shè)等過(guò)程中存在著一些不合理的因素，不同形式的裂縫出現(xiàn)在一些橋梁運(yùn)營(yíng)或施工階段，大大降低了道路通行的安全性[1]。許多學(xué)者關(guān)于裂縫問(wèn)題進(jìn)行了全方面的深入分析。賀羅等[2]研究了大體積混凝土的裂縫成因并從原材料等方面提出處理措施。武鈺[3]針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的檢測(cè)技術(shù)和方法，提出加固的合理措施。韋旭朋等[4]使用正交試驗(yàn)法，研究了膠黏劑的最佳配合比，進(jìn)一步解決修復(fù)混凝土裂縫的材料問(wèn)題。

從理論上來(lái)說(shuō)，橋梁的施工和運(yùn)營(yíng)階段不可避免地會(huì)存在產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象，但可以采取相應(yīng)的控制措施，達(dá)到控制和減少裂縫，提高橋梁的耐久性和安全性的目的。

1 研究混凝土橋梁裂縫的目的與意義

混凝土結(jié)構(gòu)存在著長(zhǎng)壽命以及長(zhǎng)維護(hù)周期的特點(diǎn)，但在實(shí)際運(yùn)營(yíng)階段因受到外界環(huán)境和自身的影響，混凝土結(jié)構(gòu)的使用功能將逐漸降低。一些橋梁還未達(dá)到設(shè)計(jì)年限就不得不停止使用。出現(xiàn)這種病害的原因有很多，一方面可能是混凝土橋梁設(shè)計(jì)階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在不足或運(yùn)營(yíng)階段使用荷載出現(xiàn)了不利變化；另一方面，施工等相關(guān)因素未滿足相應(yīng)要求[5]。混凝土橋梁的裂縫問(wèn)題不僅是橋梁中常見(jiàn)且多發(fā)的問(wèn)題，也是急需解決的技術(shù)性難題。

引起混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫的原因較多，通過(guò)對(duì)裂縫的深入研究一方面可以對(duì)裂縫的形成機(jī)制進(jìn)行明確的闡述，另一方面對(duì)橋梁裂縫病害控制措施的研究提供技術(shù)支持。

2 橋梁裂縫形成機(jī)制研究

2.1 原材料引起的裂縫

水泥品種的差異會(huì)造成干燥后收縮程度的差異，水泥的抗拉強(qiáng)度也與水泥的標(biāo)號(hào)有關(guān)。與此同時(shí)，不同水泥的水化熱指數(shù)也存在較大的差異。在實(shí)際混凝土橋梁的施工過(guò)程中，選擇不適合的水泥會(huì)引起入模溫度較高以及產(chǎn)生低抗拉強(qiáng)度的混凝土結(jié)構(gòu)，此時(shí)不能滿足大于結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力的要求，從而產(chǎn)生裂縫。而且，骨料級(jí)配的選擇以及材料的配合比合適與否決定著混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度能否滿足設(shè)計(jì)要求。比如若采用較大劑量的水泥會(huì)增加水泥凝結(jié)時(shí)生成的水化熱，從而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的下降，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫。

2.2 溫度裂縫

水化熱、晝夜溫差、光照、溫度驟降等因素均會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫。如果混凝土結(jié)構(gòu)外部和內(nèi)部的溫度出現(xiàn)變化時(shí)，首先混凝土?xí)霈F(xiàn)變形，但是由于受到約束，接著會(huì)引起溫度應(yīng)力的產(chǎn)生。如果結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度低于溫度應(yīng)力，最終將導(dǎo)致溫度裂縫現(xiàn)象的發(fā)生。一般來(lái)說(shuō)，由于大體積混凝土澆筑時(shí)較大的內(nèi)外溫差，基礎(chǔ)、橋墩、承臺(tái)等出現(xiàn)溫度裂縫的概率較大。

2.3 收縮裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)在成形的過(guò)程中，水分蒸發(fā)不一致，結(jié)構(gòu)內(nèi)外的干縮量往往有差異，從而引起混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，因?yàn)榛炷帘砻媸湛s變形時(shí)會(huì)受到約束限制，最終造成混凝土開(kāi)裂[6]。一般來(lái)說(shuō)，混凝土具有低早強(qiáng)的特點(diǎn)，此時(shí)較大的拉應(yīng)力會(huì)使混凝土產(chǎn)生收縮裂縫。不同結(jié)構(gòu)類型的混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫出現(xiàn)的位置也不盡相同。對(duì)于板類混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫通常沿短邊方向在相鄰兩根鋼筋之間均勻分布；對(duì)于較大高度的鋼筋混凝土，通常在結(jié)構(gòu)中間產(chǎn)生豎向收縮裂縫，裂縫呈現(xiàn)兩頭細(xì)中間寬的現(xiàn)象；對(duì)于大體積混凝土，收縮裂縫在平面部位產(chǎn)生較多，偶爾側(cè)面也會(huì)出現(xiàn)。

2.4 腐蝕裂縫

橋梁在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，混凝土結(jié)構(gòu)直接暴露在自然條件下、因此混凝土橋梁受到風(fēng)、雪、雨、光照等自然條件的影響較大?；炷翗蛄褐?chē)h(huán)境的改變，會(huì)導(dǎo)致混凝土發(fā)生較大的變化。大面積混凝土在橋梁工程中的使用大大增加了由于水腐蝕的原因產(chǎn)生裂縫的可能性[7]。與此同時(shí)，當(dāng)鋼筋不具有較強(qiáng)的密實(shí)性，氧氣、水等自然因素會(huì)對(duì)鋼筋產(chǎn)生腐蝕。尤其是當(dāng)鋼筋的防腐措施不到位會(huì)進(jìn)一步加劇鋼筋的銹蝕。一旦鋼筋腐壞，緊接著導(dǎo)致周?chē)炷馏w積膨脹，從而出現(xiàn)保護(hù)層開(kāi)裂，沿鋼筋方向縱向斷裂，引起混凝土裂縫，與此同時(shí)混凝土表面也會(huì)出現(xiàn)銹跡(圖1)。

圖1 鋼筋腐蝕產(chǎn)生的裂縫

3 混凝土橋梁裂縫控制措施

3.1 溫度裂縫的控制措施

在進(jìn)行混凝土橋梁的施工過(guò)程中可以采取一些相對(duì)應(yīng)措施來(lái)預(yù)防溫度裂縫的產(chǎn)生。在冬季施工時(shí)，最重要的是要做好混凝土表面的保溫措施，特別是需要長(zhǎng)期暴露在外的混凝土；拆模板時(shí)間的長(zhǎng)短與否也直接決定著溫度裂縫出現(xiàn)的概率大小，當(dāng)外界溫度驟降時(shí)應(yīng)做好混凝土結(jié)構(gòu)的保溫處理措施；在夏季施工時(shí)，混凝土的厚度應(yīng)適度，保證其可以通過(guò)自身的澆筑層面達(dá)到散熱的目的；采用冷水管埋入混凝土結(jié)構(gòu)的方法可以實(shí)現(xiàn)有效的降溫。

3.2 收縮裂縫的控制措施

控制收縮裂縫最基本的措施就是科學(xué)合理地確定不同施工材料的比例，然后嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。水泥的用量和水的消耗量是需要格外控制的。在滿足施工要求的前提下，混凝土結(jié)構(gòu)的衰退要降低到最小[8]。與此同時(shí)，適度振動(dòng)與否也直接影響著收縮裂縫產(chǎn)生可能性的大小。振動(dòng)時(shí)間過(guò)短無(wú)法保證混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性，振動(dòng)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，粗骨料會(huì)下沉，則可導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面缺少粗骨料的存在，表面出現(xiàn)灰漿現(xiàn)象，產(chǎn)生收縮裂縫的可能性會(huì)大大增加。

3.3 腐蝕裂縫的控制措施

在施工的過(guò)程中，混凝土水灰比的重要性不言而喻，不僅要控制好水灰比，還要保證振搗的程度，使混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到密實(shí)完好，避免高堿和有害離子對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕；在使用外加劑時(shí)，應(yīng)控制含氯材料的使用，同時(shí)也可使用阻銹劑避免材料的銹蝕；在混凝土橋梁的運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)做好預(yù)防性養(yǎng)護(hù)以及確保排水系統(tǒng)良好，一旦發(fā)現(xiàn)橋面出現(xiàn)滲水，應(yīng)及時(shí)修復(fù)，對(duì)于前期的混凝土裂縫應(yīng)第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并封閉。

3.4 健全施工組織管理

在做好前面所述的控制措施的同時(shí)，還應(yīng)健全施工組織管理。完善施工組織指揮系統(tǒng)，有次序做好各級(jí)技術(shù)交底工作，確保工程項(xiàng)目的順利完成。一方面通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的配合比進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)施工工藝進(jìn)行改良，做好養(yǎng)護(hù)方面等工作，另一方面加強(qiáng)施工組織的管理可以有效減少橋梁裂縫的產(chǎn)生。

4 案例分析

4.1 工程概況

華北平原某混凝土橋梁，橋長(zhǎng)約150m，橋?qū)?.0m。該橋梁上部結(jié)構(gòu)采用6 跨鋼筋混凝土簡(jiǎn)支 T 形梁。下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩，混凝土橋面鋪裝，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，橋臺(tái)選用雙柱框架式。

4.2 橋梁裂縫檢查

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，該大橋的裂縫主要有橋面板橫向裂縫、橋臺(tái)混凝土脫落、腹板裂縫、橫隔梁破損等現(xiàn)象。

上述這些病害現(xiàn)象的存在對(duì)于橋梁運(yùn)營(yíng)階段的安全性以及耐久性有著極大的影響。除了前文提到的溫度變化、水化熱因素、腐蝕性會(huì)產(chǎn)生裂縫外，橋梁下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的變形、凍脹作用、荷載作用也會(huì)導(dǎo)致上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。例如橋臺(tái)混凝土的脫落主要是由于鋼筋的銹蝕以及施工工藝的原因造成的。首先混凝土橋梁直接暴露在外界環(huán)境下，一旦混凝土碳化后，鋼筋表面的鈍化膜也會(huì)被氧化破壞，在條件適宜的情況下，鋼筋極易發(fā)生銹蝕，最終引起混凝土保護(hù)層開(kāi)裂。其次，混凝土材料中的外加劑、水泥、骨料中的活性成分以及水中的氧化鉀、氧化鈉等成分會(huì)逐步發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生具有吸水膨脹的生成物，從而導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂破壞。一般來(lái)說(shuō)，此時(shí)的病害在混凝土表面呈現(xiàn)錐形破壞和脫落的現(xiàn)象。最后，如果在橋梁施工階段，混凝土保護(hù)層厚度太大，未預(yù)留充分的伸縮縫等，梁體在受到膨脹作用后，防撞護(hù)欄會(huì)在橋墩處受到擠壓作用，引起混凝土脫落。

4.3 橋梁裂縫處理措施

針對(duì)不同的裂縫情形，采取相對(duì)應(yīng)的控制措施。在對(duì)橋梁裂縫進(jìn)行處理時(shí)，第一步應(yīng)對(duì)裂縫的位置、長(zhǎng)度、寬度進(jìn)行精確測(cè)量，然后繪制裂縫展開(kāi)圖。對(duì)于裂縫寬度大于0.2 mm的，選用環(huán)氧樹(shù)脂膠灌漿的方法進(jìn)行處理；對(duì)于裂縫寬度小于0.2 mm的，選用表面封閉的措施處理，如圖2所示。

圖2 封閉裂縫修復(fù)

對(duì)于裂縫寬度大于0.5 mm的超限裂縫，修復(fù)加固的方法采用粘貼碳纖維布。粘貼碳纖維布時(shí)通常沿著梁的主拉應(yīng)力方向，并設(shè)置錨固端，如此一來(lái)可以控制表面裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，達(dá)到提高梁體剛度和強(qiáng)度的目的。當(dāng)粘貼工作完成后，需將浸漬樹(shù)脂在表面均勻涂抹一層，待其自然風(fēng)干，最后采取涂抹罩面膠等措施，確保梁體的使用耐久性，如圖3所示。

圖3 粘貼碳纖維布加固

3 結(jié) 論

引起混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫的原因較多，往往不是單一因素造成的。對(duì)裂縫未進(jìn)行深入調(diào)查了解分析，不結(jié)合裂縫自身的特點(diǎn)就隨意進(jìn)行修復(fù)加固，不僅達(dá)不到提高橋梁穩(wěn)定性和安全性的作用，往往還會(huì)適得其反。只有深放探析裂縫形成機(jī)制，采取相應(yīng)處理措施，才能真正達(dá)到解決混凝土橋梁裂縫問(wèn)題的目的。