某混凝土板橋裂縫成因分析及修補(bǔ)措施

1、摘要：在橋梁建造和使用過程中，因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)橋梁垮塌的現(xiàn)象屢見不鮮。正 確分析裂縫的成因，是克服和控制裂縫的關(guān)鍵。為了進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)混凝土橋梁裂縫的認(rèn)識(shí)，盡量避 免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫，本文通過對(duì)某混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析、總結(jié)，以方便 設(shè)計(jì)、施工找出控制裂縫的可行辦法，達(dá)到防范于未然的作用。關(guān)鍵詞：橋梁裂縫 混凝土橋面板 荷載材料 橋面鋪裝 修補(bǔ)措施1刖言在橋梁建造與使用過程中，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，是非常值得關(guān)注的問題。裂縫的發(fā) 展會(huì)使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生異常的內(nèi)部應(yīng)力或變形，嚴(yán)重的可能會(huì)危及橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。由于橋 面板直接受到車輪荷載的影響，一旦開裂容

2、易迅速惡化。因此對(duì)橋面板岀現(xiàn)的裂縫，更應(yīng)盡早發(fā) 現(xiàn)，盡量提前進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?。造成橋面板岀現(xiàn)裂縫的原因比較復(fù)雜，主要受材料、施工、使用環(huán)境以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面因素的影 響。裂縫的種類繁多，不同的裂縫對(duì)橋梁的危害各有輕重。正確地分析裂縫岀現(xiàn)的原因，是克服和 控制裂縫、保證橋梁正常使用的關(guān)鍵。2工程實(shí)例省道S223線K80+780小橋?yàn)樵摱?jí)路改建時(shí)新增加的單跨現(xiàn)澆混凝土實(shí)心板橋，跨度為1X8M,寬度為8.5M。橋面板厚40厘M,采用柱式橋臺(tái)，直徑為1M，鉆孔樁基礎(chǔ)，樁徑為1.1M，每邊各 二根。樁基持力層為中風(fēng)化石英巖。板面板及橋臺(tái)材料均為C30混凝土，樁基材料為C25混凝土。設(shè)計(jì)荷載為汽-20、掛

3、-100。該橋在通車一年后，左側(cè)橋面板距路中線約50cm處岀現(xiàn)一道較明顯的縱向裂縫，縫寬0.20.3mm，局部超過0.3mm，且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。為正確地研究橋面板裂縫產(chǎn)生的原因，必須對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)、施工過程及使用環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)地分析， 才能采取有效的修補(bǔ)加固措施，確保橋梁的正常使用。3橋面板裂縫產(chǎn)生原因分析3.1概述混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素相互影響，每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種 原因。在鋼筋混凝土橋面板上所看到的損傷都是由于構(gòu)造上的或與荷載條件有關(guān)的種種原因而造成 的。導(dǎo)致鋼筋混凝土橋面板裂縫產(chǎn)生的原因，大致可分為以下幾類：3.1.1作用的常規(guī)靜、動(dòng)荷載過大或次應(yīng)力的產(chǎn)生

4、在設(shè)計(jì)計(jì)算階段，計(jì)算模型不合理；設(shè)計(jì)斷面不足；結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)部分荷載漏算；構(gòu)造處理不當(dāng)，鋼 筋設(shè)置偏少或布置錯(cuò)誤；設(shè)計(jì)圖紙交代不清等。在施工階段，不加限制地堆放施工機(jī)具、材料；不 了解預(yù)制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝；不按設(shè)計(jì)圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施 工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式；不對(duì)結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動(dòng)下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。在橋梁使用階段，超出設(shè) 計(jì)載荷的重型車輛頻繁過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊等。以上幾種情況都會(huì)使橋面板在荷載的 作用下發(fā)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)微裂縫。這種由常規(guī)靜、動(dòng)荷載或次生應(yīng)力所產(chǎn)生的裂縫稱為荷載裂 縫。荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)，其分布規(guī)律是沿主拉應(yīng)力方向開

5、展，其走向與 主拉應(yīng)力方向垂直。這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動(dòng)嚴(yán)重部位。3.1.2溫度變化頻繁或溫差過大混凝土具有熱脹冷縮的性能，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭 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(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。3.1.3混凝土的干縮 在混凝土中，水以結(jié)合水、層間水、物理吸附水和毛細(xì)水等狀態(tài)存在。當(dāng)這些水在混凝土硬化過程 中失去時(shí)，水泥漿體就會(huì)收縮，當(dāng)收縮受到限制產(chǎn)生收縮應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫?；炷潦湛s裂縫 的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細(xì)，且縱橫交錯(cuò)，成龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。橋梁工 程中，由于混凝土的干縮所引起的干縮裂縫是最

6、常見的。3.1.4地基變形由于基礎(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，超岀混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力， 導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂產(chǎn)生裂縫。3.1.5施工質(zhì)量不良在施工過程中，假如混凝土級(jí)配不良或施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度不足， 容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫。3.2病因分析3.2.1現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)情況對(duì)該小橋進(jìn)行詳細(xì)地勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，除了左側(cè)橋面板靠近路中線處的那道縱向裂縫外，橋面板上表面未 岀現(xiàn)其它裂縫，但在橋面板底部同一位置上卻發(fā)現(xiàn)存在裂縫，縫寬0.20.3mm，也呈縱向布置，由此可判斷該裂縫是上下貫通的。對(duì)橋面板底部進(jìn)行細(xì)致檢查，發(fā)現(xiàn)

7、在其它位置還有多條極細(xì)微的裂 縫，縫寬小于0.1mm，均呈縱向布置。對(duì)橋臺(tái)臺(tái)帽及錐坡進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)有裂縫。現(xiàn)場(chǎng)交通量正常，但大型貨車較多，且時(shí)有超載的違章車輛通過。3.2.2施工情況該小橋所使用的混凝土和鋼筋各項(xiàng)指標(biāo)均合格，水泥凝結(jié)實(shí)驗(yàn)以及摻合料、水、細(xì)骨料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均屬正常。施工期間氣象條件良好，平均氣溫24 C，濕度6085%，混凝土澆灌過程中，天氣睛朗，風(fēng)速較小。橋面板采用整體澆筑，鋼筋布設(shè)均按圖施工，但鋼筋搭接恰好處于距路中50cm左右的左側(cè)橋面上。323基礎(chǔ)情況由地質(zhì)勘察資料分析，該路段地基地質(zhì)情況較為一致，未有較大的地質(zhì)差異，且沒有軟弱地質(zhì)層； 鉆孔樁嵌入中風(fēng)化石英巖。橋臺(tái)臺(tái)帽及

8、錐坡沒有岀現(xiàn)裂縫，因此可排除因地基不均勻沉降所造成的 裂縫。324設(shè)計(jì)情況根據(jù)實(shí)際使用荷載進(jìn)行驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)橋面板配筋量為承載力要求的1.51.6倍，偏于安全。但設(shè)計(jì)圖紙中，橋面鋪裝層采用 4cm厚的水泥混凝土，厚度偏薄，且未配置構(gòu)造鋼筋。3.2.5診斷結(jié)論綜上所述，本例中橋面板裂縫不可能是由溫差變化、混凝土干縮及基礎(chǔ)不均勻沉降所引起。造成橋 面板開裂的主要原因，應(yīng)該是橋面鋪裝層過薄，導(dǎo)致橋面板局部沖擊荷載過大，產(chǎn)生應(yīng)力集中而岀 現(xiàn)裂縫。我們知道，橋面鋪裝即行車道鋪裝，亦稱橋面保護(hù)層，它是車輪直接作用的部分。橋面鋪 裝層的作用在于防止車輛輪胎或履帶直接磨耗行車道板，保護(hù)主梁（橋板）免受雨水侵

9、濕，并對(duì)車 輛輪重的集中荷載起分布作用，起到聯(lián)系各主梁（橋板）共同受力的作用。為使鋪裝層具有足夠的 強(qiáng)度和良好的整體性，一般在混凝土中鋪設(shè)直徑為 4-6mm的鋼筋。本例中，因?yàn)闃蛎驿佈b層厚度過薄，且未配置構(gòu)造鋼筋，喪失了保護(hù)橋面板的作用，使橋面板直接 承受車輪荷載的沖擊作用。在車輪荷載頻繁沖擊的板帶，由于動(dòng)荷載的不斷作用而發(fā)生應(yīng)力集中， 岀現(xiàn)縱向微裂縫；當(dāng)應(yīng)力反復(fù)作用時(shí)，裂縫逐步擴(kuò)展，從而不斷減小承受應(yīng)力作用的有效面積，最 終在車輪荷載反復(fù)作用達(dá)到一定次數(shù)后導(dǎo)致破壞，橋面板出現(xiàn)裂縫。在這種情況下，裂縫會(huì)迅速擴(kuò) 展，最后上下貫通，使橋面板失去整體性，承載力不斷下降，最終導(dǎo)致破壞，危害性較大，必須

10、及 時(shí)采取有效的修補(bǔ)措施，控制裂縫的發(fā)展，增強(qiáng)橋面板的整體性，保證橋梁的正常使用。4修補(bǔ)措施根據(jù)橋面板裂縫的成因，可采取以下幾種修補(bǔ)處理措施。4.1橋面鋪裝層重新鋪設(shè)4.1.1橋面鋪裝層采用C40防水混凝土，路線中心處厚度為13.6cm，路邊緣處厚度為8cm，構(gòu)造筋采用$ 10120,提高鋪裝層的整體強(qiáng)度。4.1.2嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，橋面板頂面鑿毛至露岀骨料35mm，并用高壓氣泵或水槍清理干凈；嚴(yán)格控制混凝土的配合比和坍落度，使混合料具有良好的和易性；混凝土采用低收縮配方，減少收縮 開裂。4.1.3為使橋面鋪裝層與橋面板緊密結(jié)合，使橋面鋪裝層共同參與受力，同時(shí)固定橋面鋪裝鋼筋的位 置，采用 植

11、筋”的技術(shù)。在橋面板上按1mx 1m的間距鉆孔，孔深大于鋼筋錨固長度，孔徑略大于 鋼筋直徑，前后排孔的布置成梅花狀；用高壓氣泵將孔清理干凈后，灌入調(diào)配好的環(huán)氧樹脂膠液， 然后植入18螺紋鋼筋，待膠液固化并達(dá)到強(qiáng)度后，將植入的鋼筋與橋面鋪裝鋼筋牢固焊接后，再 澆筑防水混凝土。4.1.4鑿開橋頭搭板，重新調(diào)整搭板厚度，并鋪設(shè)構(gòu)造鋼筋，使其與橋面板及橋兩側(cè)路面連接順暢。4.2裂縫的修補(bǔ)4.2.1對(duì)于橋面板中間帶上下貫通的裂縫，其下部采用鋼板粘結(jié)施工法進(jìn)行修補(bǔ)。這種施工法是用環(huán) 氧樹脂把鋼板粘貼在橋面板混凝土受拉緣的外表面，使其與原橋面形成整體化，在活載的作用下可 作為鋼筋來使用。本工程采用 6mm厚

12、、100mm寬的長條鋼板，順橋方向進(jìn)行加固。施工時(shí)采用液 狀環(huán)氧樹脂注入施工法，根據(jù)橋面板的平整度，用錨固螺栓預(yù)先固定鋼板，并使鋼板與橋面板表面 間保持24mm的間隙，然后用膩?zhàn)訝瞽h(huán)氧樹脂封閉鋼板的邊緣，再從適當(dāng)設(shè)置在封閉線上及鋼板 中部的注入口注入環(huán)氧樹脂，并保持原狀使其硬化。4.2.2對(duì)于橋面板中間帶上下貫通的裂縫，其上部采用注入施工法進(jìn)行處理。沿裂縫78cm寬度的范圍內(nèi)，用砂輪機(jī)和鋼絲刷去混凝土表面的游離石灰和灰塵等，并用洗凈劑清洗，然后加壓注入具 有滲透性和粘著性的環(huán)氧樹脂，以此來填充混凝土裂縫，提高橋面板的防水性，防止鋼筋銹蝕及混 凝土老化。4.2.3對(duì)橋面板下部寬度小于 0.2mm的其它裂縫，采用表面處理法進(jìn)行修補(bǔ)，在混凝土表面沿裂縫 涂抹樹脂保護(hù)膜。施工時(shí)先用鋼絲刷除去混凝土表面的附著物，再用清水清洗，經(jīng)充分干燥后，用 油灰狀樹脂填充混凝土表面的凹癟部分后，再進(jìn)行必要的涂抹。5結(jié)束語造成橋梁出現(xiàn)裂縫的原因是多種多樣，非常復(fù)雜的，設(shè)計(jì)疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力，均可能