橋梁裂縫的成因及修復(fù)加固措施

橋梁裂縫的成因及修復(fù)加固措施摘要：混凝土廣泛應(yīng)用于橋梁工程，但很容易產(chǎn)生裂縫。針對(duì)該問(wèn)題，概括了混凝土橋梁裂縫的類型，分析了產(chǎn)生裂縫的原因，并探討了控制裂縫產(chǎn)生和抑制裂縫發(fā)展的措施，以保障橋梁的安全運(yùn)營(yíng)和提高橋梁的耐久性。關(guān)鍵詞:混凝土橋梁、裂縫、成因、修復(fù)、加固0引言混凝土結(jié)構(gòu)由于其堅(jiān)固、節(jié)約鋼材和成本低的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于近代的橋梁工程中。但通過(guò)大量的統(tǒng)計(jì)分析得知，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的病害大多是裂縫病害。混凝土的裂縫病害會(huì)發(fā)展成為結(jié)構(gòu)的其他病害。如果裂縫不及時(shí)修復(fù)，會(huì)引起鋼筋腐蝕、結(jié)構(gòu)滲水漏水等其他病害，其他病害反過(guò)來(lái)又會(huì)引起新的裂縫出現(xiàn)。在施工和運(yùn)營(yíng)的每個(gè)階段，混凝土的開裂一直困擾著很多工程人員。裂縫嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性及其使用壽命。工程人員在設(shè)計(jì)和施工以及運(yùn)營(yíng)的各個(gè)階段都應(yīng)重視橋梁的裂縫。因此深入了解橋梁裂縫產(chǎn)生的原因及采取相應(yīng)的控制措施具有十分積極的實(shí)際意義。裂縫的類型橋梁裂縫多種多樣，根據(jù)是否與結(jié)構(gòu)內(nèi)力有關(guān)，可分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫。結(jié)構(gòu)性裂縫是結(jié)構(gòu)內(nèi)力引起的，非結(jié)構(gòu)性裂縫與結(jié)構(gòu)的內(nèi)力無(wú)關(guān)。1.1結(jié)構(gòu)性裂縫結(jié)構(gòu)性裂縫，是由于過(guò)度的荷載作用在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，混凝土的強(qiáng)度不足以抵抗外部荷載而發(fā)生破壞導(dǎo)致開裂的裂縫?；炷恋慕M成材料賦予了其具有能夠抵抗外部荷載的能力，但是該能力有限，外部荷載增大到其極限承載能力時(shí)，材料就會(huì)發(fā)生破壞而產(chǎn)生裂縫。在工程實(shí)際中，如果混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性裂縫寬度過(guò)大，超過(guò)規(guī)定的值，結(jié)構(gòu)往往不能正常使用甚至?xí)l(fā)生失效破壞，帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失甚至對(duì)人安全造成威脅。因此，結(jié)構(gòu)性裂縫應(yīng)引起工程施工人員以及檢測(cè)人員的重視。1.2非結(jié)構(gòu)性裂縫此類裂縫與結(jié)構(gòu)的受力無(wú)關(guān)，是除結(jié)構(gòu)性裂縫以外的裂縫。非結(jié)構(gòu)性裂縫主要取決于混凝土的材料特性，水泥品質(zhì)不良、配合比不合理和攪拌不均勻等因素都會(huì)導(dǎo)致混凝土的收縮和徐變嚴(yán)重，進(jìn)而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。該類裂縫往往微小，但所占裂縫的比重較大。通常非結(jié)構(gòu)裂縫不引起人們的重視，但經(jīng)過(guò)日積月累的環(huán)境影響，最終也會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的安全性。裂縫的成因分析混凝土原材料的影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與原材料的質(zhì)量是緊密相連的，原材料的品質(zhì)直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。如果原材料的生產(chǎn)過(guò)程中，制造和把關(guān)不嚴(yán)謹(jǐn)，就會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)性能差，十分容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫。前已敘述，非結(jié)構(gòu)性裂縫也取決于混凝土的材料特性。原材料的影響有多方面，例如水泥材料的配制比例不合理，產(chǎn)生較多的水化熱，水泥凝結(jié)的時(shí)候內(nèi)外溫度有差別就會(huì)形成溫度裂縫。另外，混凝土在制造的過(guò)程中，含有雜質(zhì)或者不可溶解的雜物，也會(huì)降低結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫。原材料需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌殃P(guān)，才能保證質(zhì)量，避免使用后產(chǎn)生不良的影響2.2外部荷載的影響橋梁的荷載裂縫是由作用效應(yīng)引起的裂縫。荷載裂縫可分為由外荷載直接應(yīng)力產(chǎn)生的直接應(yīng)力裂縫和外荷載次應(yīng)力產(chǎn)生的次應(yīng)力裂縫。在施工階段和運(yùn)營(yíng)階段，次應(yīng)力裂縫所占的比重較大。荷載裂縫的預(yù)防應(yīng)該在設(shè)計(jì)和施工階段予以重視。設(shè)計(jì)階段應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)荷載合理地設(shè)計(jì)截面參數(shù)和構(gòu)造，避免局部發(fā)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中。施工階段應(yīng)合理施工，規(guī)范施工，避免因操作不當(dāng)而引起裂縫。2.3外加變形和約束變形的影響外加變形和約束變形會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。地基不均勻沉降，會(huì)使結(jié)構(gòu)構(gòu)件因受偏心荷載而產(chǎn)生附加彎矩，在附加彎矩的作用下，構(gòu)件截面存在拉應(yīng)力混凝土強(qiáng)度不夠而開裂?；炷辆哂行熳兒褪湛s的特性。在應(yīng)力不變的情況下，混凝土發(fā)生徐變收縮以后，假設(shè)鋼筋的徐變可忽略，那么應(yīng)力將會(huì)發(fā)生重分布。應(yīng)力發(fā)生重分布以后，混凝土有可能因?yàn)橛欣瓚?yīng)力的存在而開裂。約束的部位的線膨脹系數(shù)和混凝土結(jié)構(gòu)的線膨脹系數(shù)不一樣，在溫度變化劇烈的情況下，由于變形不同步，也會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂。2.4鋼筋銹蝕的影響橋梁在運(yùn)營(yíng)期間，由于鋼筋的保護(hù)層過(guò)薄，保護(hù)層混凝土碳化或氯離子侵入導(dǎo)致鋼筋銹蝕。銹蝕產(chǎn)物的體積較大，造成外圍混凝土的體積膨脹，產(chǎn)生相當(dāng)大的拉應(yīng)力?；炷恋目估瓘?qiáng)度很小，在這種情況產(chǎn)生的拉應(yīng)力作用下開裂，甚至保護(hù)層混凝土剝落。2.5溫度的影響混凝土內(nèi)外溫度相差太大會(huì)形成溫差裂縫。混凝土結(jié)構(gòu)受溫度影響較大，與其他物質(zhì)一樣，具有熱脹冷縮的特性。對(duì)于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，在混凝土澆筑的時(shí)候，水泥硬化時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的水化熱。如果外界溫度過(guò)低，導(dǎo)致內(nèi)外溫度相差過(guò)大，表層的混凝土硬結(jié)后受到拉應(yīng)力而開裂。在混凝土結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)期間，溫度驟降，四季溫度變化大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，造成截面變形不同步，從而出現(xiàn)裂縫。橋梁裂縫的修復(fù)加固措施3.1裂縫的修復(fù)措施裂縫的修復(fù)是指針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體的性能。鋼筋混凝土橋梁修復(fù)的措施主要有以下幾種：1）灌漿法，對(duì)結(jié)構(gòu)的裂縫進(jìn)行灌漿處理。在灌漿時(shí)，把匹配的漿液灌進(jìn)裂縫的內(nèi)部，使其與橋梁結(jié)構(gòu)粘結(jié)良好，形成整體共同受力。2）用工具設(shè)備敲掉已經(jīng)碳化的混凝土表層，再對(duì)混凝土表面做噴砂處理。3）用環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行表面覆蓋處理，環(huán)氧樹脂具有卓越的耐腐蝕性且與混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)良好。這幾種修復(fù)方法可以阻止有害離子侵入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，還可以延緩混凝土的碳化作用，具有較好的修復(fù)效果。3.2裂縫的加固措施粘貼鋼板法粘貼鋼板法是指用特定粘結(jié)膠漿將鋼板和混凝土粘連在一起，使它們共同承受外荷載的作用。粘貼鋼板法施工簡(jiǎn)便，同時(shí)鋼板占用空間小，用鋼量少，對(duì)交通少干擾。該方法能改善結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，抑制裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，提高結(jié)構(gòu)的承載力。碳纖維補(bǔ)強(qiáng)法碳纖維補(bǔ)強(qiáng)法又分為碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)法與碳纖維板補(bǔ)強(qiáng)法。在碳纖維布加固過(guò)程中，對(duì)碳纖維施加預(yù)應(yīng)力，將碳纖維布非常緊密地粘貼到裂紋的表面。與碳纖維布加固方法類似，應(yīng)用碳纖維的良好性能來(lái)加固混凝土結(jié)構(gòu)的是預(yù)應(yīng)力碳纖維（CFRP）板法。國(guó)外學(xué)者Hollaway和Cade等通過(guò)總結(jié)眾多CFRP板加固結(jié)構(gòu)的研究成果，包括疲勞性能，耐久性與可靠性問(wèn)題，指出預(yù)應(yīng)力CFRP板在改善結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題上有良好的前景。結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承受荷載時(shí)能有效利用碳纖維的高強(qiáng)度性，從而抑制裂縫的擴(kuò)展。3.2.3橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固方法橋面補(bǔ)強(qiáng)加固法是通過(guò)采用高性能混凝土在橋面板上鋪裝一層鋼筋混凝土層使其與結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體共同受力，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度。但該方法施工復(fù)雜，會(huì)有較長(zhǎng)時(shí)間中止交通。結(jié)語(yǔ)：過(guò)多的裂縫或過(guò)大的裂縫寬度會(huì)影響結(jié)構(gòu)的外觀，即使可以正常使用，也會(huì)給人帶來(lái)強(qiáng)烈的不安全感。橋梁裂縫的發(fā)生或擴(kuò)展，將會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用壽命的運(yùn)營(yíng)安全。為了保證鋼筋混凝土構(gòu)件的耐久性，必須引起設(shè)計(jì)和施工人員的重視，采取必要的措施控制裂縫的發(fā)展。參考文獻(xiàn)：鄭華川.橋梁施工中混凝土裂縫成因及控制技術(shù)J].中國(guó)公路,2019(02):118-119.姚金濤