淺析混凝土橋梁裂縫成因及維修加固方法
2015-05-27
1 混凝土橋梁裂縫的分類及成因
混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的成因多而復(fù)雜，有的是多種因素互相影響。但是，每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種原因。混凝土橋梁裂縫種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可以分成如下幾種類型。
1.1 原材料質(zhì)量引起的裂縫 混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成?；炷了捎貌牧系馁|(zhì)量不合格，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。
1.2 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)澆注、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理，施工質(zhì)量低劣，會產(chǎn)生各種形式的裂縫，特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)裂縫。
1.3 荷載引起的裂縫 混凝土橋梁由于設(shè)計(jì)階段考慮不周，施工階段不按規(guī)范、設(shè)計(jì)圖紙施工，使用階段超設(shè)計(jì)的荷載車輛過橋，受車輛、船舶的接觸、撞擊等在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力作用下產(chǎn)生荷載裂縫。
1.4 收縮引起的裂縫 混凝土是由汽、液、固三相組成的假固體（指澆注過程到保養(yǎng)），其中尚有未水化的水泥顆粒，還需吸收周圍水分。液、固相間的膠凝體，因水分散失，體積會縮小，引起收縮裂縫。
1.5 凍脹引起的裂縫 大氣溫度低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時混凝土膠孔中的過冷水（結(jié)冰溫度在-78℃以下）在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土強(qiáng)度降低；當(dāng)混凝土中骨料空隙多、吸水性強(qiáng)，骨料中含泥土等雜質(zhì)過多，水灰比偏大、振搗不密實(shí)，養(yǎng)護(hù)不力使混凝土早期受凍等，均可導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生凍脹裂縫。
1.6 溫度變化引起的裂縫 混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化時，混凝土將發(fā)生變形，若變形遇到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時，即產(chǎn)生溫度裂縫。
1.7 鋼筋銹蝕引起的裂縫 由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物浸入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2～4倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝落，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使鋼筋有效斷面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，引起鋼筋銹蝕產(chǎn)生裂縫。
2 混凝土橋梁裂縫的維修加固方法
以上分析了混凝土橋梁常見裂縫的起因與種類。那么，針對出現(xiàn)的裂縫大小以及產(chǎn)生的原因不同，可采取如下維修加固處理的方法：
2.1 表面涂刷封閉法 裂縫寬值在規(guī)范允許范圍內(nèi)（見裂縫限值表1），通常是在混凝土表面沿寬度較小的裂縫涂刷樹脂保護(hù)膜，在裂縫寬度有可能變動時，可采用具有跟蹤性的焦油環(huán)氧樹脂等材料。
2.2 壓力灌漿封閉法 當(dāng)裂縫寬值大于規(guī)范規(guī)定時（見裂縫限值表1），采用壓力灌漿法灌注。先將結(jié)構(gòu)物的裂縫或孔隙與外界封閉僅留出進(jìn)漿口及排氣孔，然后將環(huán)氧樹脂膠通過壓漿泵以一定的壓力將漿液壓入縫隙內(nèi)，并使其擴(kuò)散，膠凝固化，以達(dá)到恢復(fù)整體性、強(qiáng)度、耐久性及抗?jié)B性目的。
2.3 如裂縫發(fā)展嚴(yán)重時，鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋主梁的跨中裂縫和撓度超過規(guī)范規(guī)定允許數(shù)值，承載能力不足時，查明原因，通過計(jì)算，采用下列方法加固。
2.3.1 添置鋼筋加固法 采用在梁底添置鋼筋的方法加固，即將提高抗彎能力的鋼筋固定在梁的主筋上，按下列程序施工：①將梁下面的混凝土保護(hù)層鑿去，露出主筋，并將原箍筋切斷拉直。②在暴露的原有主鋼筋上纏上或焊上需要補(bǔ)充的拉力鋼筋。補(bǔ)充拉力鋼筋的數(shù)量和尺寸，按計(jì)算確定。③恢復(fù)箍筋，即將原箍筋接長，焊接成型。如計(jì)算箍筋不足，應(yīng)增設(shè)箍筋，新增箍筋上端埋入橋面板中，梁腹上埋設(shè)銷釘固定新增箍筋位置。④澆筑混凝土保護(hù)層。材料可采用環(huán)氧樹脂混凝土或膨脹水泥混凝土。
2.3.2 粘貼鋼板加固法 采用在梁底粘貼鋼板方法加固，即將鋼板用化學(xué)粘結(jié)劑貼在梁（板）的下面，以提高梁（板）的承載能力，按下列程序施工：
①梁（板）底面混凝土鑿毛，使骨料露出，并清除破碎部分和浮塵。
?、阡摪灞砻娴挠臀酆弯P蝕應(yīng)清除干凈，表面涂刷一層環(huán)氧樹脂薄漿。
?、壅迟N鋼板，一般采用加壓法粘貼，務(wù)使鋼板緊密地粘貼在梁底混凝土面上。鋼板的數(shù)量和尺寸按計(jì)算確定。
④防護(hù)處理，環(huán)氧砂漿凝固后，清除鋼板外面污物和銹蝕，涂一層樹脂薄漿，再涂二層防銹漆。
2.3.3 體外預(yù)應(yīng)力桿加固法 采用體外預(yù)應(yīng)力桿的方法加固。即預(yù)應(yīng)力拉桿用高強(qiáng)粗鋼筋，將粗鋼筋的兩端用槽鋼固定在主梁的兩側(cè)。槽鋼的上端用螺栓穿孔固定在主梁上，下端裝上緊固件，以供張拉預(yù)應(yīng)力粗鋼筋時使用，按下列程序施工：
①鑿好主梁錨固點(diǎn)孔洞，孔洞直徑應(yīng)較錨固套管大2～3cm，以便用環(huán)氧樹脂砂漿將套管埋入。
?、谘b置張拉用的緊固件，并聯(lián)接好槽鋼和預(yù)應(yīng)力拉桿粗鋼筋。
③拉桿施加預(yù)應(yīng)力，可用雙作用千斤頂?shù)葯C(jī)械張拉法或電熱張拉法，張拉達(dá)到規(guī)定噸位和長度后，擰緊兩端螺帽，使粗鋼筋拉桿獲得預(yù)拉力。
3 結(jié)束語
本文從多個角度分析了混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因，并提出了維修加固方法。為了確保公路運(yùn)輸安全暢通，適應(yīng)交通量不斷增長的需要，應(yīng)定期對橋梁進(jìn)行狀態(tài)分析評估，避免橋梁在超負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，并從設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、養(yǎng)護(hù)管理各個層面控制，一旦產(chǎn)生裂縫，應(yīng)全面調(diào)查分析，查明原因，取得直接依據(jù)。在選擇方法上應(yīng)進(jìn)行充分比較論證，綜合考慮，以求施工方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)效。
