造成橋面板出現(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。正確地分析裂縫出現(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1×8米，寬度為8.5米。橋面板厚40厘米，采用柱式橋臺(tái)，直徑為1米，鉆孔樁基礎(chǔ)，樁徑為1.1米，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-100。

 

該橋在通車一年后，左側(cè)橋面板距路中線約50cm處出現(xiàn)一道較明顯的縱向裂縫，縫寬0.2~0.3mm，局部超過(guò)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(guò)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(guò)大或次應(yīng)力的產(chǎn)生

 

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(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(méi)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常見(jiàn)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，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂產(chǎn)生裂縫。

 

3.1.5 施工質(zhì)量不良

 

在施工過(guò)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，橋面板上表面未出現(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0.2~0.3mm，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)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(guò)。

 

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)試驗(yàn)以及摻合料、水、細(xì)骨料的試驗(yàn)結(jié)果均屬正常。施工期間氣象條件良好，平均氣溫24℃，濕度60~85%，混凝土澆灌過(guò)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。

 

3.2.3 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(méi)有軟弱地質(zhì)層；鉆孔樁嵌入中風(fēng)化石英巖。橋臺(tái)臺(tái)帽及錐坡沒(méi)有出現(xiàn)裂縫，因此可排除因地基不均勻沉降所造成的裂縫。

 

3.2.4 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1.5~1.6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(kāi)裂的主要原因，應(yīng)該是橋面鋪裝層過(guò)薄，導(dǎo)致橋面板局部沖擊荷載過(guò)大，產(chǎn)生應(yīng)力集中而出現(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(guò)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，出現(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φ10@120，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出骨料3~5mm，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(kāi)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“植筋”的技術(shù)。在橋面板上按1m×1m的間距鉆孔，孔深大于鋼筋錨固長(zhǎng)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(shù)脂膠液，然后植入Φ18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(kāi)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(shù)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(lái)使用。本工程采用6mm厚、100mm寬的長(zhǎng)條鋼板，順橋方向進(jìn)行加固。施工時(shí)采用液狀環(huán)氧樹(shù)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2~4mm的間隙，然后用膩?zhàn)訝瞽h(huán)氧樹(shù)脂封閉鋼板的邊緣，再?gòu)倪m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(shù)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7~8cm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(shù)脂，以此來(lái)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(shù)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(shù)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(yǔ)

 

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，均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件是允許帶裂縫工作的，問(wèn)題不在有無(wú)裂縫，而在于出現(xiàn)什么樣的裂縫。當(dāng)橋梁發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象后，應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工及其使用狀況等各方面進(jìn)行細(xì)致地調(diào)查測(cè)試及詳盡地分析，找出開(kāi)裂的主要原因，分析裂縫的性質(zhì)，預(yù)料其對(duì)結(jié)構(gòu)的危害性，判斷其需要修補(bǔ)或加固的緊迫性，最后采取合理、有效、經(jīng)濟(jì)的修補(bǔ)加固措施，使橋梁損傷尚在輕微時(shí)期就能得到修補(bǔ)，保證其正常地使用。