【技術(shù)】淺析我國橋梁裂縫成因及加固技術(shù)處理

橋梁結(jié)構(gòu)在施工和營運使用過程中。常常會出現(xiàn)各種不同形式的裂縫。其中，由磚、石和混凝土構(gòu)筑而成的橋梁結(jié)構(gòu)物，由于磚石砌體及材料的抗拉能力較弱，稍微受拉就會產(chǎn)生裂縫。因此，對于磚、石和混凝土結(jié)構(gòu)物來說，產(chǎn)生裂縫幾乎是不可避免的。這就需要我們對橋梁結(jié)構(gòu)裂縫進行分析并及時進行加固技術(shù)處理。

橋梁結(jié)構(gòu)常規(guī)裂縫機理分析

    橋梁結(jié)構(gòu)常規(guī)裂縫機理的產(chǎn)生相當復雜，單因素裂縫是很少的。但是，一般說來，裂縫主要是由一種或幾種因素引起的，其它因素只是起了裂縫繼續(xù)發(fā)展或加劇劣化的作用。因此，在分析裂縫產(chǎn)生的原因時，可以將裂縫形式與單因素或主要的兩、三種因素一一對應(yīng)起來，這種分析方法是最簡單、最直接，也是很有效的方法。

    1、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的認識

    混凝土是當今橋梁結(jié)構(gòu)中使用最廣泛、應(yīng)用量大的一種材料。因為它可以配制成不同強度、不同性能和不同形狀的各種混凝土結(jié)構(gòu)物，并有效好的耐久性，除非受到侵蝕性環(huán)境的化學腐蝕或者遭到物理破壞，混凝土幾乎具有無限的生命潛力。但大多混凝土都是帶裂縫工作的，有的裂縫并不影響混凝土的使用，但涉及結(jié)構(gòu)強度裂縫的存在和發(fā)展，將使相應(yīng)部位構(gòu)件的承載力受到一定程度的削弱，同時裂縫還會引起保護層剝落、鋼筋銹蝕、混凝土碳化、持久強度低等，甚至危害橋梁的正常運行和縮短其使用壽命。

    2、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的處理原則

    工程實踐經(jīng)驗和理論分析說明，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，只是有些裂縫是無害的或可控制的。如果對建筑物的抗裂要求過嚴，必將付出太大的經(jīng)濟代價，甚至無法實現(xiàn)?？茖W的要求應(yīng)是將裂縫的有害程度控制在允許范圍之內(nèi)。筆者認為我國的設(shè)計規(guī)范規(guī)定的應(yīng)靈活一些，對荷載產(chǎn)生的裂縫規(guī)定寬度限制，設(shè)計方法可由設(shè)計人員選取。

    3、混凝土結(jié)構(gòu)的微觀裂縫與宏觀裂縫

    微觀裂縫的特點是細而短，肉眼不可見。一部分微裂縫存在于砂漿中；一部分存在于骨料與砂漿的界面上。這種裂縫一般產(chǎn)生于混凝土結(jié)硬化時，由于內(nèi)應(yīng)力或應(yīng)力流的轉(zhuǎn)向而致，它可用混凝土的構(gòu)造理論加以解釋。

荷載試驗表明，當混凝土受壓時，荷載在30％的極限強度以下時，微裂幾乎不變動，在30％一70％極限強度時，微裂開始擴展并增加，到70％一90％極限強度時，微裂顯著擴展并迅速增多，其微裂之相互串聯(lián)起來，直至完全破壞，可以說小于0.05mm的不可見裂縫為“微觀裂縫”，大于等于0.05mm的可見裂縫為“宏觀裂縫”。混凝土裂縫是微裂的擴展．在建筑結(jié)構(gòu)中對使用無重大危害。

橋梁結(jié)構(gòu)常規(guī)裂縫機理的綜合分析

    1、根據(jù)初步調(diào)查的結(jié)果，歸納出裂縫產(chǎn)生的原因?qū)僖韵履念惢蛘呤且韵履膸最惖墓餐饔玫模?/span>

    a．材料使用不當；

    b．施工質(zhì)量低劣；

    c．使用環(huán)境及外界環(huán)境的不良影響；

    d．結(jié)構(gòu)設(shè)計及外力作用。

    2、按裂縫形態(tài)、混凝土級配、氣候條件等要素分類以及根據(jù)設(shè)計圖、計算書等分類，對開裂原因進行分析，找出各種分析中的共同原因，據(jù)此確定結(jié)構(gòu)開裂的真正原因。

    3、著根據(jù)初步調(diào)查的結(jié)果找不出開裂的共同原因或主要原因，則在可能引起開裂的有關(guān)原因的小范圍內(nèi)進行詳細調(diào)查，并根據(jù)詳細調(diào)查結(jié)果，進一步篩選，綜合分析，推斷開裂的真正原因。

    4、若前面兩個步驟還找不出確切的開裂原因，則應(yīng)聘請對混凝土結(jié)構(gòu)，尤其是被鑒定結(jié)構(gòu)有較高理論水平及豐富實踐經(jīng)驗的專家，進行高水平的綜合分析判斷。

橋梁加固工作程度

    橋梁在使用過程中，隨著使用年限的增加，其結(jié)構(gòu)性能逐漸退化，出現(xiàn)各種損傷，為保證其安全性，就需要經(jīng)常進行維修來滿足其使用功能并延長其使用壽命。

橋梁結(jié)構(gòu)加固的工作程序為：橋梁檢定——確定加固方案——施工圖設(shè)計——施工組織設(shè)計——施工一一工程驗收。對橋梁結(jié)構(gòu)加固方案的選擇十分重要。方案的優(yōu)劣不僅影響資金的投人，而且將影響橋梁加固的質(zhì)量。合理的加固方案應(yīng)該達到加固效果好，對使用性能影響小，技術(shù)可靠，施工簡便和經(jīng)濟合理。

 橋梁結(jié)構(gòu)裂縫加固處理技術(shù)

    裂縫修補的目的在于恢復結(jié)構(gòu)物的防水性和耐久性，以及起到修飾美觀的作用。結(jié)構(gòu)有較嚴重的病害時，需要在加固前或在實施加固技術(shù)的過程中進行裂縫的修補。裂縫補的主要技術(shù)有：

    (1) 面處理法

    這是一種在微裂縫(一般寬度小于0．2mm)的表面涂抹填料及防水材料，以提高其防水性和耐久性為目的的方法。這種方法的缺點是修補工作無法深入到裂縫內(nèi)部，以及對延伸性裂縫難于追蹤其變化。因此，對于寬度發(fā)生變化的裂縫，要設(shè)法使用有伸縮性的材料。表面處理方法所用材料視修補目的及其結(jié)構(gòu)物所處環(huán)境不同而異，通常使用彈性涂膜防水材料(如玻璃布)、聚合物水泥膏及水泥填料等。

    (2) 注漿法

    該方法系在裂縫中注入樹脂或水泥類材料，以提高其防水性及耐久性。注漿法的主要注漿材料是環(huán)氧樹脂，以往均采用手動或腳踏式輸液泵注入漿液；但存在無法控制注入量。對于不貫通的裂縫難于將漿液注入到內(nèi)部，注入壓力太大有可能使裂縫寬度擴大等問題。所以，現(xiàn)在多采用低壓低速注入法。此法具有易于控制注入量且可注入到裂縫深部的優(yōu)點。

當灌漿材料采用環(huán)氧樹脂時，應(yīng)該注意到，由于環(huán)氧樹脂的粘度不同，有時漿液無法充分注人裂縫，但增加溶劑量又會降低粘性而達不到預期的目的；對于延伸性裂縫，環(huán)氧樹脂的變形跟蹤性較差(環(huán)氧樹脂的變形量約為2％)，所以，對這類裂縫，應(yīng)該使用可撓性環(huán)氧樹脂。另外，環(huán)氧樹脂與鋼抓釘并用可使得裂縫部位加固后更具有整體性，是一種防止裂縫繼續(xù)發(fā)展的好辦法。

    (3) 充填法

    這是一種適合于修補較寬裂縫(0.5mm以上)的方法，具體做法是沿裂縫鑿一條深槽，然后在槽內(nèi)嵌補各種粘結(jié)材料，如水泥砂漿、環(huán)氧砂漿、膨脹水泥砂漿、環(huán)氧樹脂混凝土、瀝青及各種化學補強劑等。對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言．這種修補方法視鋼筋是否銹蝕而異。

當鋼筋未銹蝕時，沿裂縫處以大約l0mm左右的寬度將混凝土鑿成U型或V型，在開槽處充填密封材料以修補裂縫；當鋼筋已經(jīng)銹蝕時，將混凝土鑿除到能夠充分處置已經(jīng)生銹的鋼筋部分．先對鋼筋除銹，然后在鋼筋上涂抹防銹底涂料，再充填密封材料。

    (4) 表面噴涂法

    噴漿修補是一種在經(jīng)鑿毛處理的裂縫表面，噴射一層密實而且牯度高的水泥砂漿保護層，來封閉裂縫的修補方法。噴漿前，需要把結(jié)構(gòu)表面的剝離部分除去．再用水沖洗清潔，并在開始噴漿之前把基層濕潤，然后再開始噴漿。

    (5) 粘結(jié)鋼板封閉法

    當鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生主拉應(yīng)力裂縫時，可對裂縫先進行處理之后，再在裂縫處粘結(jié)鋼板，并用膨脹螺栓對鋼板加壓。鋼板粘結(jié)合方向應(yīng)和裂縫方向垂直。

    (6) 混凝土因堿骨料而開裂的裂縫修補

    因堿骨料反應(yīng)產(chǎn)生的裂縫，一般為延伸性的，特別是鋼筋用量較少時，對膨脹的約束較小，于是裂縫寬度顯著變大。對這種裂縫，可以注入環(huán)氧樹脂或涂抹防水材料，防止水分由外部浸入，從而控制堿骨料反應(yīng)。

    梁式結(jié)構(gòu)加固增強技術(shù)

    梁式橋上部加固可以采用各種不同的方式，主要視橋梁的實際情況，承載能力的減弱程度以及今后的使用要求而異，一般來說，主要采取擴大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面，以提高結(jié)構(gòu)的強度和剛度；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，使控制截面變矩的峰值減??；對原結(jié)構(gòu)施加預應(yīng)力，改變原結(jié)構(gòu)的受力圖式，以達到提高橋梁剛度和強度的目的。粱式橋上部結(jié)構(gòu)加固增強技術(shù)主要有加大截面加固法、外部粘貼加固法、外部預應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)體系加固法、增設(shè)縱粱加固法等方法。

 結(jié)語

     橋梁裂縫產(chǎn)生的原因復雜、種類繁多，如果不對裂縫進行系統(tǒng)全面的分析和研究，就很難提示出橋梁病害產(chǎn)生的內(nèi)涵和機理。因此，對橋梁裂縫的分析和研究不僅闡明了裂縫形成機理、裂縫危害性評定等問題，還直接為今后橋梁病害的綜合治理提供技術(shù)前提和決策依據(jù)，這正是橋梁裂縫分析和研究的目的。

雖然目前橋梁結(jié)構(gòu)存在的裂縫問題比較普遍，但是只要在設(shè)計和施工中能認識到橋梁結(jié)構(gòu)常規(guī)裂縫機理，同時采取相應(yīng)的一些橋梁結(jié)構(gòu)裂縫加固處理技術(shù)，裂縫問題是可以減少甚至可以避免的。