橋梁裂縫成因及加固

楊繼

【摘要】 裂縫是混凝土橋梁常見的病害之一，本文分析了橋梁裂縫出現(xiàn)的成因及種類，擬出主要的預(yù)防和加固措施。

【關(guān)鍵詞】裂縫；橋梁；成因；混凝土；預(yù)防；加固

近幾年來作為交通咽喉的橋梁得以大量修建，尤其是混凝土橋梁，然而橋梁不可避免地會產(chǎn)生損傷和老化，而裂縫是最常見的病害之一。究其原因，是多方面的，橋梁的構(gòu)造特點(diǎn)、施工手段、使用的材料、承受的荷載狀況以及環(huán)境因素都有可能導(dǎo)致裂縫。

1、橋梁裂縫的種類和成因

1.1荷載引起的裂縫

荷載引起的裂縫主要包括直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫；次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。

1.2溫度變化引起的裂縫

1.2.1年溫差

一年中四季溫度變化不斷，但變化緩慢且幅度較小，對橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導(dǎo)致橋梁的縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時(shí)才會引起溫度裂縫，例如拱橋、鋼架橋等。

1.2.2日照

橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。

1.2.3驟然降溫

突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度，促使裂縫的出現(xiàn)。

1.2.4水化熱

出現(xiàn)在施工過程中，大體積混凝土（厚度超過2 m）澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。

1.3收縮引起的裂縫

1.3.1塑性收縮

發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后水泥水化反應(yīng)激烈，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，尚未硬化的混凝土失水收縮，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大，可達(dá)1%左右。

1.3.2縮水收縮

混凝土結(jié)硬以后，因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力過大。

1.3.3炭化收縮

大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生，且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。

1.4基礎(chǔ)變形引起的裂縫

由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

1.5施工材料引起的裂縫

水泥的品種、選取的標(biāo)號、用料、水灰比、填加劑的使用都可能影響混凝土的品質(zhì)，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等不足，促使裂縫的產(chǎn)生。

2、橋梁裂縫的預(yù)防與加固

2.1裂縫的預(yù)防

針對之前敘述的裂縫成因，橋梁裂縫的預(yù)防為裂縫出現(xiàn)前的有效處理，主要集中在設(shè)計(jì)階段的預(yù)防、施工階段的預(yù)防和使用階段的維護(hù)三個(gè)方面。

2.1.1設(shè)計(jì)階段的預(yù)防

根據(jù)具體的地質(zhì)情況和橋梁交通職能，同時(shí)嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)范擬出合理的設(shè)計(jì)方案。不僅要因地制宜選取合理的橋型，還要合理的布置鋼筋和伸縮裝置的設(shè)置，同時(shí)選取合適的建橋材料等等。

2.1.2施工階段的預(yù)防

合理的施工方法不僅能夠降低混凝土內(nèi)的最高溫度和混凝土的內(nèi)外溫差，還能充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能，達(dá)到控制裂縫的目的。

2.1.3使用階段的維護(hù)

定期或者經(jīng)常性對全橋進(jìn)行裂縫檢查，建立完善的裂縫檢測機(jī)制，一旦出現(xiàn)危害性可能在以后發(fā)展中影響到橋梁結(jié)構(gòu)性能的微小裂紋時(shí)及時(shí)采取修補(bǔ)措施。同時(shí)根據(jù)橋梁的承載力適當(dāng)?shù)叵拗平煌?，避免車輛超載現(xiàn)象。

2.2橋梁裂縫的修補(bǔ)加固

混凝土裂縫分有害裂縫和無害裂縫，但無論是哪種裂縫均會影響結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，還會降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗?jié)B能力。因此根據(jù)裂縫的性質(zhì)應(yīng)區(qū)別對待、及時(shí)處理，以保證橋梁的安全使用?；炷亮芽p的修補(bǔ)措施主要有表面修補(bǔ)法、灌漿、嵌逢封堵法、結(jié)構(gòu)加固法等。

2.2.1表面修補(bǔ)法

表面修補(bǔ)法是一種簡單、常見的修補(bǔ)方法，它主要適用于穩(wěn)定和對結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進(jìn)裂縫的處理。

2.2.2灌漿法

灌漿法主要適用于對結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ)，它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中，膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個(gè)整體，從而起到封堵加固的目的。

2.2.3嵌逢封堵法

嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達(dá)到封閉裂縫的目的。

2.2.4結(jié)構(gòu)加固法

結(jié)構(gòu)加固法主要采取擴(kuò)大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面，以提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，以新的結(jié)構(gòu)代替舊的抗力不足的結(jié)構(gòu)；改變原結(jié)構(gòu)的受力體系，以達(dá)到提高橋梁剛度和強(qiáng)度的目的。

3、總結(jié)

一座橋從設(shè)計(jì)到運(yùn)營涉及設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)的方方面面，其中很多因素都有可能導(dǎo)致橋梁的開裂。隨著時(shí)間的推移，當(dāng)國家的基礎(chǔ)建設(shè)趨于完善，當(dāng)橋梁的數(shù)量趨于飽和越來越多的新橋變成舊橋時(shí)，橋梁的維修加固將越來越重要，而橋梁裂縫的修補(bǔ)加固則是其中最普遍而關(guān)鍵的內(nèi)容。針對不同的裂縫，施加合適修補(bǔ)措施，將保證橋梁健康、安全地運(yùn)營，延長橋梁的使用壽命。

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