公路桥梁混凝土裂缝防治措施

姚征

（涉县交通运输局公路管理站，河北 涉县 056400）

0 引言

混凝土是桥梁工程的主要施工材料，在各类桥梁工程中广泛应用。对于桥梁结构混凝土而言，由于受承载力和外界环境的影响，在这些因素的长期作用下，不可避免地存在一些缺陷问题，其中最常见的便是裂缝[1]。如果没有及时对裂缝进行修复，会导致裂缝问题加重，最终造成混凝土脱落、钢筋外露，还会影响混凝土结构的使用寿命，降低抗渗性能，桥梁整体结构的承载力下降，桥梁使用寿命和安全性能也会受到影响。针对混凝土结构的裂缝问题需要坚持预防为主的原则，进行科学合理的设计和施工，做好质量管控，以质量和安全性能为导向进行桥梁项目的施工。

1 混凝土裂缝的成因分析

引起混凝土裂缝的原因较多，有时还可能是由多个因素共同造成的[2]。但是针对具体的混凝土裂缝来说，通过找到混凝土结构出现裂缝的具体原因，可以采取针对性的防治措施。

1.1 荷载引起的裂缝

在受拉区、受剪区以及振动严重的部位，多出现荷载引起的裂缝，根据所受载荷类型的不同而表现出不同的特征，通常表现为以下几种形式[3]。

（1）中心受压

这种特征的裂缝通常会出现在拥有独柱桥墩结构或者双柱桥墩结构的桥梁上，其表现是在构件上出现平行于构件受力方向的裂缝，这种裂缝虽然不长但是很密集，表现特征见图1。

（2）受弯

这种裂缝通常出现在弯矩最大截面的受拉区附近，与受拉方向垂直，同时会向中和轴方向渐渐扩大。采用钢筋种类和用量不同，裂缝的特征也会有所不同。采用螺纹钢筋时发现，裂缝中间还会有次裂缝。当钢筋用量较少时，出现的裂缝虽然少但是却很宽，容易使结构发生脆性破坏。

（3）受剪

这种问题的出现通常是主筋和抗剪切筋设置不合理导致的。如果箍筋很密，会发生斜向破坏，表现为沿着桥梁端腹部出现＞45°的斜向裂缝；当箍筋设置宽疏时，可能会出现剪切破坏，与梁端中下部成45°夹角方向出现相互平行的斜向裂缝，如图2所示。

图1 中心受压裂缝特征

图2 弯曲裂缝、剪切裂缝特征

1.2 温度变化引起的裂缝

温度裂缝会随温度的变化而发生改变。尤其是在大体积混凝土浇筑时，由于水泥在水化过程中会产生大量的水化热，导致混凝土的温度升高，同时，混凝土表面散热性能较好，热量会很快消散，所以混凝土表面的温度没有很大的上升，但是在混凝土结构内部热量散失相比较慢，致使混凝土结构内部温度上升较多。水泥水化过程导致混凝土结构内部温度变化情况和采用混凝土的类型和质量有关。随着混凝土龄期的增长，其内部受到的降温收缩约束也逐渐增加，弹性模量越来越高，拉应力越来越大，当产生的拉应力超过了混凝土的抗拉能力时，就会产生温度裂缝[4]。此外，如果在冬季施工，混凝土外部的保护层过早地去除或者气温骤降，都会导致混凝土出现早期开裂，出现收缩裂缝。

1.3 地基基础变形引起的裂缝

桥梁工程施工过程中还会产生不均匀沉降裂缝，通常是由于早期地质勘查不够详细、试验资料不准确、在没有完全掌握地质的情况下就开展施工作业，这是导致地基不均匀沉降的主要原因。地基地质条件千差万别，山区的桥梁和河沟处的地质以及山坡处的地质条件存在一定的差异，在河沟中还可能存在软弱的地质，地基受到外力作用，其压缩沉降量存在差异，从而出现不均匀沉降裂缝。

1.4 钢筋锈蚀引起的裂缝

混凝土配合比不合理、水泥强度不够或者混凝土的保护层厚度不够，就会导致包裹着钢筋周围的混凝土强度降低，两者剥离，出现缝隙，加之混凝土中氯化物的作用，钢筋周围聚集大量的氯离子，表面氧化膜被破坏，钢筋中的铁离子与周围的氧离子和水分发生化学作用，导致钢筋锈蚀，锈蚀后的氢氧化铁产物体积逐渐变大，由于体积膨胀，对周围的缓凝土产生挤压作用，沿着钢筋方向，钢筋周围的保护层混凝土出现开裂、剥离等[5]。

1.5 冻胀引起的裂缝

在冬季施工时，当气温低于0℃，混凝土就会产生冻胀现象，混凝土中游离的水变成冰，体积变大，在混凝土内部产生膨胀应力，同时混凝土凝胶孔中的冷水发生迁移和重组，导致混凝土膨胀应力进一步增大，混凝土强度随之减小，从而产生裂缝。混凝土冻胀裂缝的原因有很多，如：混凝土水灰比过大、振捣不密实、含有杂质、后期养护不完善等都会引起冻胀裂缝。

总之，出现裂缝的原因是多样的，可能是结构钢筋配筋率低或布设不合理、混凝土结构强度不足等内在原因，也可能是在公路桥梁使用过程中，受到重型车辆荷载碾压、冲击，或雨水、冻胀、地震等自然条件的影响，都会导致桥梁出现裂缝。

2 工程概况

某公路桥梁主梁结构为钢筋混凝土简支T梁，桥梁桥墩为双柱式，桥台为双柱框架式，采用钻孔灌注桩基础，桥梁两侧设置钢筋混凝土护栏，桥台顶部设有伸缩缝，混凝土结构强度检查结果见表1。

表1 桥梁混凝土材料强度检测结果

由表1可得，该桥结构裂缝较为严重，并且下部结构裂缝开始向上部逐渐发展并影响了桥梁结构的正常使用。在行车荷载的反复作用之下，该桥结构的承载能力急剧下降。

3 低压注浆法修补裂缝

3.1 裂缝修补方案

该桥梁整体结构混凝土裂缝很多，而且有逐渐发展扩大的趋势，已经对其耐久性产生了一定的影响。在车辆荷载的反复长期作用下，有承载力降低的可能。

根据裂缝修补方案，对裂缝宽度小于0.2mm的裂缝采用表面封闭法；缝宽大于等于0.2mm的采用环氧树脂胶灌浆法进行修复。

对于已经发生混凝土剥落和裸露钢筋的部位采用TK 聚合物砂浆进行修复处理。在少量水溶性聚合物改性剂中掺加具有活性成分和膨胀成分的TK聚合物砂浆，这种砂浆具有防渗漏、防腐蚀等优点，加入的活性成分和聚合物能有效提高其耐久性。

3.2 施工工艺

（1）混凝土裂缝表面处理

在混凝土裂缝注浆修复施工准备期间，首先需要处理已炭化的混凝土，将其清除到漏出新的混凝土为止，然后沿着混凝土裂缝发展趋势开凿出一条宽度为4～6mm 的V 形槽，并将槽口两边3～5cm 宽的混凝土凿毛，已经裸露的钢筋进行除锈处理并涂抹防锈剂。采用超过0.2MPa 的压缩气压将裂缝表面的杂物清除干净后，在缝隙中先填充碎石集料，然后顺着缝隙方向用丙酮进行刷洗，最后将缝隙表面擦拭干净。

（2）确定注胶底座位置

根据不同裂缝的宽度和深度确定注胶底座的位置，并做好标记，在裂缝宽度最大的位置设置灌胶嘴，并根据桥梁裂缝的宽度设置注胶底座的间距。当裂缝宽度w＞0.15mm时，注胶底座间距设为20cm；当裂缝宽度w＜0.15mm 时，注胶底座间距设为25～30cm，同时在每条裂缝之间最少设置1个进浆孔和1个排水孔。

（3）裂缝封闭

用封缝胶将注胶底座之间的裂缝完全封闭，对注胶底座周围进行封缝时，通常采用环绕封闭法，同时粘贴膨胀限度纸条。在涂抹封缝胶后，需要养护超过12h，以保证封缝胶固化。

（4）检查密封性

封缝后需要检查其密封性，检查密封性方法为：用肥皂水涂抹到固化后的封缝胶周围，同时用灌浆嘴将气压为0.2MPa 的压缩空气压入缝内，漏气的地方涂抹封缝胶。

（5）灌胶

将环氧树脂浆液注射器安装在裂缝下部注入孔的位置，注射时需要观察浆液的状态，如果有浆液从观察孔流出，需将观察孔立刻堵住，然后按压5～10min。当树脂出现初凝时方能拆除注射器；用快干封缝胶对漏胶封缝处理。

（6）封口处理

在灌浆时，缝内环氧树脂浆液发生初凝不再外流时，即可将灌浆嘴拆掉，同时使用结构胶将孔封闭。

（7）检查及养护

在施工完毕后，需要检查施工效果，确保施工效果达到要求。检查无误后，需要对缝内浆液进行固化养护。

3.3 修补效果

在裂缝修补完工三个月后，对桥梁进行检测。检测结果表明：

（1）桥面铺装层1#桥墩处存在少量封闭状态的横向裂缝，没有出现重新开裂，2#桥墩～6#桥台桥面铺装层仍存在较多纵横交错的网状裂缝，少量裂缝重新出现开裂。

（2）桥梁主梁T形梁结构腹板处有一处呈封闭状态的裂缝，没有出现重新开裂，对1#～6#跨间铰缝处进行检查，没有发现砂浆脱落，也没有发生渗水，桥梁之间的横隔板没有损坏。1#桥墩盖梁的混凝土表面较为粗糙，但没有发生混凝土剥落、露筋等现象，也没有重新开裂。

该桥裂缝修补采用环氧树脂浆液封闭表面裂缝、环氧树脂胶灌浆修复超限裂缝、TK 聚合物砂浆修复混凝土剥落，上述裂缝修补方法施工效果显著，易于操作、施工效率较高，无需封闭路段施工，施工管控效果较好。

4 防治措施

在修补荷载裂缝时，需要合理布置钢筋、处理桥梁结构，按照规范要求控制裂缝修补宽度，同时需要设置一定厚度的保护层，为防止钢筋出现锈蚀，可以加入适量的阻锈剂。在桥梁运营过程中，如果桥面出现渗水，需及时进行修复裂缝，防止裂缝进一步扩大。对于收缩裂缝，需要控制混凝土的单位用水量，一般而言，每立方混凝土用水量不超过170kg，水灰比控制在0.6 以下，从而减小混凝土的坍落度。通过采用热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，合理布设钢筋的间距及控制好配筋率，在混凝土中掺加分散性好且减水效果好的外加剂或粉煤灰，降低水化热，可以提高混凝土的后期强度和抗裂能力，有效预防温度裂缝的产生。在处理地基基础变形引起的裂缝时，需要提高地基承载能力，减少地基的不均匀沉降。预防施工裂缝可使用分层连续浇筑或推移式连续浇筑，同时吸附混凝土表面出现的泌水，混凝土浇筑完成后，应及时进行养护。

5 结语

综上，本文具体阐述了桥梁混凝土裂缝产生的原因，并结合具体工程实例，采用低压注浆法对不同类型的混凝土裂缝提出了相应的修补方案，通过采用环氧树脂浆液封闭混凝土结构表面裂缝，采用环氧树脂胶灌浆修补超限裂缝，采用TK 聚合物砂浆修复混凝土脱落，从上述修补裂缝的防治效果可以看出，本文所提出桥梁混凝土裂缝修补技术效果较好，施工流程简单易操作，施工效率较高，尤其适用于无法中断交通的路段，为类似工程提供了参考和借鉴。