高速公路钢筋混凝土跨线桥裂缝成因及处理

引言 采用现浇混凝土工艺施工的钢筋混凝土连续板,由于其建筑 高度不大、整体性较好的特点,广泛应用于高速公路的跨线桥梁 中。桥梁结构在施工和运营过程中,由于所受荷载、施工工艺以 及材料本身特性的原因,尽管采取了多种预防措施,但都会或多 或少地出现裂缝,出现裂缝基本上成了不可避免的事实。大量的 工程和实践理论分析表明,钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工 作的,只是有些裂缝很细,甚至肉眼看不见(宽度小于0. 05 mm) , 一般对结构的使用无大的危害,允许其存在。有些裂缝在外界物 理及化学因素作用下,不断产生和发展,会引起混凝土碳化、保护 层剥落及钢筋锈蚀,使钢筋混凝土强度和刚度受到削弱,特别是 当桥梁处在较恶劣的环境下,其裂缝的存在直接影响桥梁结构耐 久性,严重时甚至发生垮塌事故,危害结构的正常使用,必须加以 控制并采取一定措施进行处理。 1 　裂缝的诱发原因与检测 对于出现裂缝的桥梁,首先要通过科学的检测手段,取得现 场数据。现对裂缝进行检测的仪器有很多,常规的有超声波检测 仪,可以对裂缝的深度进行检测;高倍数放大镜可以对裂缝的宽 度进行检测,并对裂缝的位置以及长度走向进行定性分析,分析 裂缝的诱发原因,进而鉴别裂缝属于何种性质,是否会危及桥梁 的结构安全,最后明确处理方案:是修复还是加固或者是先修复 后加固。 1. 1 　裂缝成因 根据调查及分析造成高速公路钢筋混凝土跨线桥产生裂缝 有多种原因,主要有: 1) 桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂 缝,归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。 2) 桥梁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,混凝土将发生变形,若变形遭到约束,则在结构内将 产生应力,当应力超过混凝土抗拉强度时产生的温度裂缝。 3) 混凝土的收缩裂缝。在实际工程中,混凝土因收缩所引起 的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中,塑性收缩和缩水收缩 (干缩) 是发生混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和 碳化收缩。 4) 地基基础变形引起的裂缝。由于基础变形造成桥墩竖向 不均匀沉降或水平方向位移所产生的结构附加应力,超出混凝土 结构的抗拉能力,导致结构开裂。 5) 钢筋锈蚀引起的裂缝。锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长 约2 倍～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、剥离,沿钢筋纵向产生裂缝。 6) 施工材料质量引起的裂缝。混凝土主要由水泥、砂、骨料、 拌合水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格,可能 导致结构出现裂缝。 7) 施工工艺质量引起的裂缝。在混凝土结构浇筑、构件制 作、拆模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,如果施工工艺不合理、 施工质量低劣,容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、 表面的、深进的和贯穿的各种裂缝,特别是细长薄壁结构更容易 出现。 1. 2 　检测内容 钢筋混凝土桥梁检测内容包括: 1) 混凝土裂缝的监测和鉴定,以判断裂缝的性质及危害性。 2) 混凝土强度监测与判定。 3) 混凝土中钢筋检测,确定其位置和锈蚀程度。 4) 混凝土碳化程度及碳化深度。 5) 根据监测结果鉴定结构的安全性及耐久性。 2 　裂缝性质鉴别 虽然我国的规范明确规定允许混凝土构件在开裂的状态下 工作,并对裂缝的宽度作了限制。但由于桥梁结构处于交通流量 大、重载车辆多的特殊环境中,在荷载反复作用,气温、干湿度的 反复变化中,就会使上述原因产生的裂缝扩展、加宽、裂缝密度增 加。所以对公路桥梁的裂缝应持慎重态度,对裂缝应从结构安全 度、耐久性、建筑功能等方面考虑处理方法。 2. 1 　结构安全度方面 1) 经过结构分析确认梁板被压裂或拉裂; 2) 梁板承载能力达不到标准规范要求; 3) 裂缝不断扩展、混凝土压碎、保护层剥落; 4) 影响桥梁上部结构刚度和整体性的裂缝。 2. 2 　结构耐久性方面 1) 裂缝宽度超过规范规定; 2) 根据钢筋锈蚀、混凝土碳化等情况判定钢筋已锈蚀; 3) 温差、湿度变化大,振动、混凝土内掺有氯盐、侵蚀性环境 的不利影响等引起的裂缝。 2. 3 　建筑功能方面 1) 破坏梁板密闭性的裂缝; 2) 桥面铺装防水性能丧失,引起梁板渗水的裂缝。 3 　梁板裂缝的处理方法 3. 1 　粘钢加固法 粘钢加固就是用钢强度建筑结构胶将钢板粘贴在混凝土构 件需要补强部位的表面,可提高结构的抗弯、抗剪能力,还能封闭 裂缝,阻止其继续扩展。 粘钢加固技术与传统的更换梁板处理裂缝构件方法相比,具 有传统方法无法比拟的优点: 1) 粘结剂硬化速度快,工期短; 2) 粘钢技术工艺简单,无须损伤原构件,只要对其表面进行 处理; 3) 建筑结构胶强度高,可以使加固体系与原构件形成一个良 好的整体,受力均匀,不会在混凝土中产生应力集中现象; 4) 粘贴钢板所占的空间小,几乎不增加被加固构件的断面尺 寸和重量; 5) 粘贴钢板可提高结构构件的抗凝性,抑制裂缝开展,提高 承载能力; 6) 粘贴钢板不受施工场地限制,无须封闭公路,施工速度快, 构件很快就可以达到加固设计要求。 国内大量的加固试验证明:a. 补强加固后的混凝土梁具有与 配置等量钢筋的混凝土梁相同的承载力;b. 在静载作用下产生的 裂缝没有因施加200 万次疲劳荷载而扩展;c. 经粘钢加固的混凝 土梁在疲劳荷载作用下,其承载力与静载作用无任何差异。 3. 2 　碳纤维加固法 碳纤维加固混凝土构件是目前常用的桥梁加固技术之一。 碳纤维材料强度高、韧性好,一层0. 1 mm 厚的碳纤维相当于 2 mm 厚的钢板。用高强度建筑结构胶将其粘贴于混凝土构件表 面能起到与粘贴钢板相同的作用。由于碳纤维更为轻、薄,还可 卷起折叠,方便运输,比钢板具有更强的可操作性,尤其是能有效 地封闭裂缝,阻止裂缝发展,同时还具有加固构件的作用,适用于 大面积混凝土的加固和裂缝较多、较密的构件。韩国的公路、桥 梁、地铁、隧道中大量的裂缝构件基本都是用碳纤维加固技术修 补、加固的,加固工艺简单、效果好,目前我国也已开始广泛采用 这项新技术。 3. 3 　体内预应力与体外预应力加固法 采用预应力加固桥梁板的方法,在我国已经取得了良好的效 果,现今已大面积应用。该方法起源于日本,日本二战后修建的 桥梁,经过几十年的运营有些桥梁梁板的裂缝已非常严重,造成 梁板的承载力及刚度的不足,影响到桥梁的正常使用。为此日本 有关部门采用预应力与体外预应力的方法加固梁板,我国则在沈 山高速公路国防段上兰胜台等大桥首次采用了预应力与体外预 应力的方法加固。

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