浅析混凝土桥梁裂缝成因及维修加固方法
2015-05-27
1 混凝土桥梁裂缝的分类及成因
混凝土桥梁结构裂缝的成因多而复杂，有的是多种因素互相影响。但是，每一条裂缝均有其产生的一种或几种原因。混凝土桥梁裂缝种类，就其产生的原因，大致可以分成如下几种类型。
1.1 原材料质量引起的裂缝 混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。混凝土所采用材料的质量不合格，会导致结构出现裂缝。
1.2 施工工艺质量引起的裂缝 在钢筋混凝土结构浇注、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理，施工质量低劣，会产生各种形式的裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现裂缝。
1.3 荷载引起的裂缝 混凝土桥梁由于设计阶段考虑不周，施工阶段不按规范、设计图纸施工，使用阶段超设计的荷载车辆过桥，受车辆、船舶的接触、撞击等在常规静、动荷载及次应力作用下产生荷载裂缝。
1.4 收缩引起的裂缝 混凝土是由汽、液、固三相组成的假固体（指浇注过程到保养），其中尚有未水化的水泥颗粒，还需吸收周围水分。液、固相间的胶凝体，因水分散失，体积会缩小，引起收缩裂缝。
1.5 冻胀引起的裂缝 大气温度低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土胶孔中的过冷水（结冰温度在-78℃以下）在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土强度降低；当混凝土中骨料空隙多、吸水性强，骨料中含泥土等杂质过多，水灰比偏大、振捣不密实，养护不力使混凝土早期受冻等，均可导致混凝土产生冻胀裂缝。
1.6 温度变化引起的裂缝 混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土将发生变形，若变形遇到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时，即产生温度裂缝。
1.7 钢筋锈蚀引起的裂缝 由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物浸入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥落，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使钢筋有效断面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏，引起钢筋锈蚀产生裂缝。
2 混凝土桥梁裂缝的维修加固方法
以上分析了混凝土桥梁常见裂缝的起因与种类。那么，针对出现的裂缝大小以及产生的原因不同，可采取如下维修加固处理的方法：
2.1 表面涂刷封闭法 裂缝宽值在规范允许范围内（见裂缝限值表1），通常是在混凝土表面沿宽度较小的裂缝涂刷树脂保护膜，在裂缝宽度有可能变动时，可采用具有跟踪性的焦油环氧树脂等材料。
2.2 压力灌浆封闭法 当裂缝宽值大于规范规定时（见裂缝限值表1），采用压力灌浆法灌注。先将结构物的裂缝或孔隙与外界封闭仅留出进浆口及排气孔，然后将环氧树脂胶通过压浆泵以一定的压力将浆液压入缝隙内，并使其扩散，胶凝固化，以达到恢复整体性、强度、耐久性及抗渗性目的。
2.3 如裂缝发展严重时，钢筋混凝土或预应力混凝土梁式桥主梁的跨中裂缝和挠度超过规范规定允许数值，承载能力不足时，查明原因，通过计算，采用下列方法加固。
2.3.1 添置钢筋加固法 采用在梁底添置钢筋的方法加固，即将提高抗弯能力的钢筋固定在梁的主筋上，按下列程序施工：①将梁下面的混凝土保护层凿去，露出主筋，并将原箍筋切断拉直。②在暴露的原有主钢筋上缠上或焊上需要补充的拉力钢筋。补充拉力钢筋的数量和尺寸，按计算确定。③恢复箍筋，即将原箍筋接长，焊接成型。如计算箍筋不足，应增设箍筋，新增箍筋上端埋入桥面板中，梁腹上埋设销钉固定新增箍筋位置。④浇筑混凝土保护层。材料可采用环氧树脂混凝土或膨胀水泥混凝土。
2.3.2 粘贴钢板加固法 采用在梁底粘贴钢板方法加固，即将钢板用化学粘结剂贴在梁（板）的下面，以提高梁（板）的承载能力，按下列程序施工：
①梁（板）底面混凝土凿毛，使骨料露出，并清除破碎部分和浮尘。
②钢板表面的油污和锈蚀应清除干净，表面涂刷一层环氧树脂薄浆。
③粘贴钢板，一般采用加压法粘贴，务使钢板紧密地粘贴在梁底混凝土面上。钢板的数量和尺寸按计算确定。
④防护处理，环氧砂浆凝固后，清除钢板外面污物和锈蚀，涂一层树脂薄浆，再涂二层防锈漆。
2.3.3 体外预应力杆加固法 采用体外预应力杆的方法加固。即预应力拉杆用高强粗钢筋，将粗钢筋的两端用槽钢固定在主梁的两侧。槽钢的上端用螺栓穿孔固定在主梁上，下端装上紧固件，以供张拉预应力粗钢筋时使用，按下列程序施工：
①凿好主梁锚固点孔洞，孔洞直径应较锚固套管大2～3cm，以便用环氧树脂砂浆将套管埋入。
②装置张拉用的紧固件，并联接好槽钢和预应力拉杆粗钢筋。
③拉杆施加预应力，可用双作用千斤顶等机械张拉法或电热张拉法，张拉达到规定吨位和长度后，拧紧两端螺帽，使粗钢筋拉杆获得预拉力。
3 结束语
本文从多个角度分析了混凝土桥梁裂缝产生的原因，并提出了维修加固方法。为了确保公路运输安全畅通，适应交通量不断增长的需要，应定期对桥梁进行状态分析评估，避免桥梁在超负荷状态下运行，并从设计、施工、监理、养护管理各个层面控制，一旦产生裂缝，应全面调查分析，查明原因，取得直接依据。在选择方法上应进行充分比较论证，综合考虑，以求施工方便，经济实效。
