浅析桥梁结构裂缝及处理

浅析桥梁结构裂缝及处理邹琪玲（武汉市桥梁维修管理处）摘要本文主要介绍了桥梁常见病害裂缝的产生、分类，及如何判断裂缝是否应该进行处理和加固的标准，并对裂缝处理中常用的灌浆法施工工艺进行了阐述。关键词桥梁裂缝分类标准工艺桥梁，作为城市交通的枢纽对城市的发展和经济的繁荣起着重要的作用。桥梁安全，关系到人民生命财产安全、社会稳定和经济的发展，近年来，国内外频频发生的跨桥、损桥事故都给我们敲响了警钟，引起我们对桥梁日常管理的高度重视。在桥梁结构病害中，最常见、最不易处理的就是各类裂缝，许多危及桥梁结构的病害正是以这种形式产生和显现，因此，真正做到正确了解不同结构形式桥梁裂缝产生的原因，正确处理裂缝，对确保桥梁安全运行意义重大。为此，我们将桥梁裂缝处理作为一项专门的课题进行研究，通过几年来的实践，探寻出一套查找、观测和处理结构裂缝的方法。由于近年来以钢筋混凝土结构桥梁居多，下面就这类桥梁的裂缝处理进行阐述。一、裂缝的产生和分类在施工和营运过程中，不同材质、不同结构形式的桥梁常会出现不同的裂缝。一般情况下，对于混凝土构件，根据不同的环境条件，宽度在0.2～0.3mm以内的裂缝一般对结构的安全使用没有影响；对于钢筋混凝土受弯构件，在荷载组合I作用下，裂缝最大宽度不应超过0.2mm，在荷载组合Ⅱ或Ⅲ作用下，不应超过0.25mm；对于预应力钢筋混凝土构件，除允许非预应力部分有0.2mm以下的收缩裂缝和表面网状细少裂缝产生外，其余部分不允许出现裂缝。混凝土构件出现裂缝的形式很多，根据裂缝产生的原因可分为两大类：一是由自身应力形成的裂缝，二是荷载作用下产生的裂缝。（一）混凝土自身应力产生的裂缝主要有以下几种：1、收缩裂缝即砼在凝固时内外收缩不均匀，导致表面砼所受的拉力超过抗拉强度而形成的裂缝。2、温度裂缝即砼受水泥消化放热、阳光照射、电弧焊接等因素影响出现冷热变化时，发生收缩和膨胀所产生的温度应力超过砼强度时形成的裂缝。一般在大体积砼灌注、蒸汽养护及冬季施工措施不当、新旧砼接头处、预埋铁件焊接不当情况下产生。（二）荷载作用下产生的裂缝主要有以下几种：1、弯曲裂缝（又称垂直裂缝）一般出现在弯矩最大截面的砼受拉区，呈垂直状，由下向上发展；负弯矩裂缝位于连续或悬臂梁板的支座附近，由上向下发展。2、剪切裂缝（又称斜裂缝）一般发生在支座附近剪应力最大的部位，由下部沿着与轴线25～50度左右的角度开裂，此类裂缝对桥梁结构危害较大，一旦裂缝不断发展或接近构件受压区，则不论其宽度和绕度如何必须进行加固处理。3、断开裂缝即钢筋混凝土构件受拉时，进入整个截面的裂缝。此时裂缝较宽，构件已接近破坏状态，为正常使用所不允许。4、扭曲裂缝即砼构件受扭转与弯曲同时作用而产生的裂缝，一般呈45度倾斜方向，呈多条，砼保护层剥落。5、局部应力引起的裂缝主要表现在：墩台支座处受到较大局部压力、构件突然受到冲击荷载、构件角隅处、预应力梁端锚固受到较大局部应力而产生的裂缝。二、裂缝修补必要性的判定钢筋混凝土结构中，受拉钢筋的应变总是大大超过砼的极限拉伸应变，裂缝产生不可避免。按耐久性要求，当裂缝宽度＜0.2mm时，钢筋一般不致锈蚀，即使裂缝达到或略超过容许值（0.2mm）只要已趋稳定不发展，对梁的强度也不会有明显影响；当裂缝较多且宽度较大时，梁的刚度就会相应降低，钢筋受有害介质侵蚀，此时就必须进行加固处理，否则将影响桥梁的使用寿命。根据《公路养护技术规范》要求，裂缝限值见下表，在桥梁日常管理中也是以该《规范》作为观测、监控、处理桥梁结构裂缝的依据。对照国外资料，同样对裂缝最大容许宽度进行了限制，并以此为依据决定是否需要修补。日本的规定更为严格，要求混凝土结构容许宽度在一般条件下为0.2mm，在有腐蚀危险的地方为0.1mm，同时还从以下几个方面加以考虑：一是当裂缝宽度在六个月内增大0.1mm以上时;二是裂缝宽度在容许范围内并未增大,但数量增多时;三是宽度虽然在0.2mm的容许范围,但认为其产生的部位将对结构产生危害时,都必须立刻对裂缝进行修补。由此可见国内外对桥梁裂缝处理的重视。公路桥梁钢筋混凝土构件裂缝限值表三、裂缝修补的方法裂缝修补的常用方法有表面封闭修补法、压力灌浆修补法、表面粘贴钢板等方法，在实际运用时应根据不同的情况进行判定。其中表面封闭法一般用于较浅的裂缝或裂缝基本稳定不再继续发展的情况，通过采取填缝、表面抹灰、凿槽嵌补等手段对裂缝进行封闭，阻止由于裂缝产生使得内部钢筋受到侵蚀；表面粘贴钢板法既可达到封闭裂缝的目的，又能提高结构强度和刚度，一般用于裂缝较大且影响结构使用需进行加固的情况。随着技术的发展，新型材料的不断涌现，目前又出现了碳纤维材料，由于其质轻强度高，已有逐步取代钢板成为修补裂缝、加固结构的主要材料的趋势，但国内还处于测试其性能的试用阶段；另一种方法是压力灌浆修补法，此种方法通过施加压力将浆液灌入结构内部裂缝中，在封闭裂缝和恢复提高结构强度、耐久性和抗渗性上效果显著，由于此种方法在桥梁维修中经常用到，这里做重点介绍。（一）压力灌浆法压力灌浆法根据灌浆的材料不同可分为三类：即水泥、石灰灌浆，化学灌浆和沥青灌浆。由于压灌浆液的种类很多，用途也有所不同，因此仅就修补桥梁结构裂缝中应用较多的水泥灌浆和化学灌浆作重点叙述。1、水泥灌浆水泥灌浆所采用的材料为标号不低于425号的普通水泥，水泥浆液通过砼中用不同方法钻成的孔眼灌入裂缝中。钢筋混凝土结构的水泥灌浆压力一般为4.05×105～6.08×105,在灌浆施工中灌浆压力和浆体稠度可根据实际情况进行调整,对于可灌性好且灌浆量不大的情况下可始终使用同一个压力和同一个稠度；对于裂缝粗细不均匀、灌浆渗漏较大的情况可适当调整压力和稠度，宜先低压后高压，先稀浆后稠浆。2、化学灌浆采用化学材料灌浆修补结构裂缝，可以大大改善灌浆材料的可灌性能，并可灌入0.3mm或更细小些的裂缝，施工机械简单操作简便，补强效果好，在桥梁结构裂缝病害处理中得到广泛应用。常用的灌缝材料有环氧树脂类和丙烯酸酯类两大类：环氧树脂类灌浆材料是一种补强、固结灌浆材料，可用于各种原因造成的桥梁结构裂缝缺陷。环氧树脂类灌浆材料按稀释剂的不同又分为非活性稀释剂体系材料、活性稀释剂体系材料和糠醛-丙酮稀释剂体系材料；丙烯酸酯类灌浆材料是一种固结性能良好的高分子化学灌浆材料，可灌入0.3mm及更细小的裂缝中，并与砼有较好的粘结能力，收缩性、吸水性均小，耐化学性好，聚合凝固时间可控制在几分钟到几小时，在施工中非常容易操作。甲基丙稀酸酯类浆液的组成一般如下表：3、灌浆工艺水泥灌浆施工工艺分为裂缝检查及处理、钻孔及清孔、止浆或堵漏处理、压水（风）试验、灌浆、封孔及质量检查六个工序，主要是在构件上钻孔至裂缝面（除骑缝浅孔外不得顺裂缝钻孔），并要求钻孔轴线与裂缝面的交角＞30度，孔深应穿过裂缝面0.5m以上（指墩台部分）。孔眼钻好后用水冲洗干净，同时用压缩空气吹干，并用水泥砂浆或环氧砂浆做止浆堵漏处理。在工程量较大时宜用灌浆机或活塞推送式压灌泵，在工程量不大时可使用手压浆泵或注射器施工。化学灌浆材料修补桥梁结构裂缝与水泥灌浆的施工工艺基本相同，具体做法上有所差异，主要也分为六个施工步骤：首先是对裂缝进行检查和清理，并对修补部位进行详细检查和记录；其次是每隔一定间距在裂缝表面钻孔，并在钻孔处埋设灌浆嘴；第三步是嵌缝止浆，即用玻璃丝布对其余裂缝全部封闭；第四步是压水或压气试验，以检查裂缝的封闭和灌浆嘴的畅通情况;第五步是灌浆，这是化学灌浆的主要步骤；第六步是收尾处理，即待灌浆液固化后拆除灌浆嘴，并在处理后的表面刷水泥浆确保封闭严实且与原混凝土色彩一致。化学灌浆与水泥灌浆在施工工艺上的主要区别是在施工时需埋设喷嘴，用于喷入化学灌浆材料和排出裂缝内的空气，喷嘴的布置原则是宽缝稀、窄缝密。在喷嘴埋贴后，还必须把其余的裂缝封闭，即嵌缝止浆，对于裂缝较大的混凝土构件，可沿缝用人工或风镐凿成“V”型槽，宽度约5～10cm,深3～5cm，并清除槽内混凝土碎屑及粉尘，然后向槽内嵌塞水泥砂浆；对于裂缝较小的混凝土构件，可沿裂缝走向均匀刷一层环氧浆液，宽约7～8cm，然后在上面分段紧密贴上一层玻璃丝布，宽约5～7cm，各个嘴子底盘周围5～10mm范围内不贴玻璃丝布，而用灰刀沿嘴子周围抹上环氧胶泥，先抹成鱼脊形状，再刷上一层环氧浆液。嵌缝止浆工序的好坏直接关系到化学材料灌浆的效果，可以通过此道工序完成一天后进行压水或压气试验检查测试裂缝封闭及喷嘴的通畅情况。当裂缝较大时可采用手压泵灌注，在裂缝细微、灌浆量不大时采用灌浆注射器进行灌注。原则是竖向裂缝先下后上，水平裂缝由低端逐渐灌向高端，贯通裂缝宜在两面一先一后交错进行，并在整个灌注过程中随时注意排气。待灌浆完毕浆液聚合固化后可将喷嘴一一拆除，并用环氧胶泥抹平。由于化学灌浆材料有一定的毒性腐蚀性，及易燃易爆，在化学灌浆的施工工程中，一定要做好施工人员的防护措施。桥梁裂缝病害一直是困扰桥梁结构安全的一大技术难题，上述重点阐述了灌浆法处理钢筋混凝土结构裂缝的情况，此种方法是在桥梁裂缝处理中应用较广也最常用，在桥梁维修中我们运用此种方法成功地对岱山一桥、朱家河大桥、青化桥等桥梁的裂缝进行了修补，取得了良好的效果。当然，除灌浆法外，针对不同的裂缝还有钢板粘贴、打箍加固、表面喷浆等多种方法，在实际工作应加强对裂缝进行观测和监控，并根据不同的情况选择不同的方法进行处理。