桥梁裂缝的成因及修复加固措施

桥梁裂缝的成因及修复加固措施

陆明龙

重庆交通大学土木工程学院重庆400074

摘要：混凝土广泛应用于桥梁工程，但很容易产生裂缝。针对该问题，概括了混凝土桥梁裂缝的类型，分析了产生裂缝的原因，并探讨了控制裂缝产生和抑制裂缝发展的措施，以保障桥梁的安全运营和提高桥梁的耐久性。

关键词:混凝土桥梁、裂缝、成因、修复、加固

0引言

混凝土结构由于其坚固、节约钢材和成本低的优点，广泛应用于近代的桥梁工程中。但通过大量的统计分析得知，混凝土桥梁结构的病害大多是裂缝病害。混凝土的裂缝病害会发展成为结构的其他病害。如果裂缝不及时修复，会引起钢筋腐蚀、结构渗水漏水等其他病害，其他病害反过来又会引起新的裂缝出现。在施工和运营的每个阶段，混凝土的开裂一直困扰着很多工程人员。裂缝严重影响了结构的安全性和耐久性及其使用寿命。工程人员在设计和施工以及运营的各个阶段都应重视桥梁的裂缝。因此深入了解桥梁裂缝产生的原因及采取相应的控制措施具有十分积极的实际意义。

1裂缝的类型

桥梁裂缝多种多样，根据是否与结构内力有关，可分为结构性裂缝和非结构性裂缝。结构性裂缝是结构内力引起的，非结构性裂缝与结构的内力无关。

1.1结构性裂缝

结构性裂缝，是由于过度的荷载作用在结构或结构构件上，混凝土的强度不足以抵抗外部荷载而发生破坏导致开裂的裂缝。混凝土的组成材料赋予了其具有能够抵抗外部荷载的能力，但是该能力有限，外部荷载增大到其极限承载能力时，材料就会发生破坏而产生裂缝。在工程实际中，如果混凝土结构的结构性裂缝宽度过大，超过规定的值，结构往往不能正常使用甚至会发生失效破坏，带来巨大经济损失甚至对人安全造成威胁。因此，结构性裂缝应引起工程施工人员以及检测人员的重视。

1.2非结构性裂缝

此类裂缝与结构的受力无关，是除结构性裂缝以外的裂缝。非结构性裂缝主要取决于混凝土的材料特性，水泥品质不良、配合比不合理和搅拌不均匀等因素都会导致混凝土的收缩和徐变严重，进而使结构产生裂缝。该类裂缝往往微小，但所占裂缝的比重较大。通常非结构裂缝不引起人们的重视，但经过日积月累的环境影响，最终也会影响到结构的安全性。

2裂缝的成因分析

2.1混凝土原材料的影响

混凝土桥梁结构的质量与原材料的质量是紧密相连的，原材料的品质直接关系到结构的强度。如果原材料的生产过程中，制造和把关不严谨，就会造成混凝土结构性能差，十分容易产生结构性裂缝。前已叙述，非结构性裂缝也取决于混凝土的材料特性。原材料的影响有多方面，例如水泥材料的配制比例不合理，产生较多的水化热，水泥凝结的时候内外温度有差别就会形成温度裂缝。另外，混凝土在制造的过程中，含有杂质或者不可溶解的杂物，也会降低结构性能产生结构性裂缝。原材料需要严谨的把关，才能保证质量，避免使用后产生不良的影响。

2.2外部荷载的影响

桥梁的荷载裂缝是由作用效应引起的裂缝。荷载裂缝可分为由外荷载直接应力产生的直接应力裂缝和外荷载次应力产生的次应力裂缝。在施工阶段和运营阶段，次应力裂缝所占的比重较大。荷载裂缝的预防应该在设计和施工阶段予以重视。设计阶段应根据设计荷载合理地设计截面参数和构造，避免局部发生严重的应力集中。施工阶段应合理施工，规范施工，避免因操作不当而引起裂缝。

2.3外加变形和约束变形的影响

外加变形和约束变形会使混凝土结构产生裂缝。地基不均匀沉降，会使结构构件因受偏心荷载而产生附加弯矩，在附加弯矩的作用下，构件截面存在拉应力，混凝土强度不够而开裂。混凝土具有徐变和收缩的特性。在应力不变的情况下，混凝土发生徐变收缩以后，假设钢筋的徐变可忽略，那么应力将会发生重分布。应力发生重分布以后，混凝土有可能因为有拉应力的存在而开裂。约束的部位的线膨胀系数和混凝土结构的线膨胀系数不一样，在温度变化剧烈的情况下，由于变形不同步，也会使混凝土结构构件开裂。

2.4钢筋锈蚀的影响

桥梁在运营期间，由于钢筋的保护层过薄，保护层混凝土碳化或氯离子侵入导致钢筋锈蚀。锈蚀产物的体积较大，造成外围混凝土的体积膨胀，产生相当大的拉应力。混凝土的抗拉强度很小，在这种情况产生的拉应力作用下开裂，甚至保护层混凝土剥落。

2.5温度的影响

混凝土内外温度相差太大会形成温差裂缝。混凝土结构受温度影响较大，与其他物质一样，具有热胀冷缩的特性。对于现浇混凝土结构，在混凝土浇筑的时候，水泥硬化时会产生较多的水化热。如果外界温度过低，导致内外温度相差过大，表层的混凝土硬结后受到拉应力而开裂。在混凝土结构的运营期间，温度骤降，四季温度变化大，产生温度应力，造成截面变形不同步，从而出现裂缝。

3桥梁裂缝的修复加固措施

3.1裂缝的修复措施

裂缝的修复是指针对桥梁结构出现的裂缝进行修补，恢复结构整体的性能。钢筋混凝土桥梁修复的措施主要有以下几种：1）灌浆法，对结构的裂缝进行灌浆处理。在灌浆时，把匹配的浆液灌进裂缝的内部，使其与桥梁结构粘结良好，形成整体共同受力。2）用工具设备敲掉已经碳化的混凝土表层，再对混凝土表面做喷砂处理。3）用环氧树脂砂浆进行表面覆盖处理，环氧树脂具有卓越的耐腐蚀性且与混凝土结构粘结良好。这几种修复方法可以阻止有害离子侵入结构内部，还可以延缓混凝土的碳化作用，具有较好的修复效果。

3.2裂缝的加固措施

3.2.1粘贴钢板法

粘贴钢板法是指用特定粘结胶浆将钢板和混凝土粘连在一起，使它们共同承受外荷载的作用。粘贴钢板法施工简便，同时钢板占用空间小，用钢量少，对交通少干扰。该方法能改善结构的强度和刚度，抑制裂缝的进一步扩展，提高结构的承载力。

3.2.2碳纤维补强法

碳纤维补强法又分为碳纤维布补强法与碳纤维板补强法。在碳纤维布加固过程中，对碳纤维施加预应力，将碳纤维布非常紧密地粘贴到裂纹的表面。与碳纤维布加固方法类似，应用碳纤维的良好性能来加固混凝土结构的是预应力碳纤维（CFRP）板法。国外学者Hollaway和Cade等通过总结众多CFRP板加固结构的研究成果，包括疲劳性能，耐久性与可靠性问题，指出预应力CFRP板在改善结构耐久性问题上有良好的前景。结构构件在承受荷载时能有效利用碳纤维的高强度性，从而抑制裂缝的扩展。

3.2.3桥面补强层加固方法

桥面补强加固法是通过采用高性能混凝土在桥面板上铺装一层钢筋混凝土层，使其与结构形成一个整体共同受力，提高结构的强度与刚度。但该方法施工复杂，会有较长时间中止交通。

结语：

过多的裂缝或过大的裂缝宽度会影响结构的外观，即使可以正常使用，也会给人带来强烈的不安全感。桥梁裂缝的发生或扩展，将会影响结构的使用寿命的运营安全。为了保证钢筋混凝土构件的耐久性，必须引起设计和施工人员的重视，采取必要的措施控制裂缝的发展。

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