公路桥梁养护维修中裂缝成因的分析及处治措施

厚龙宝

（甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃 兰州 730000）

随着我国公路的大规模建设并投入运营，桥梁的养护维修工作也变得愈发重要，而公路桥梁裂缝病害的处治则是养护维修中的一项重要内容。在养护维修工程中对裂缝的分析及处治措施的不当，将使桥梁存在巨大的安全隐患，因此需对桥梁存在的裂缝进行详细的科学分析，并采取相应的处治措施。

1 桥梁裂缝病害的成因及分析

1.1 温度应力引起的裂缝

温度变化导致混凝土桥梁结构产生热胀冷缩，而其约束条件导致产生温度应力，当该应力大于结构的混凝土抗拉强度时，则最先在其表面产生裂缝，并在长期的温差循环下使裂缝发展变宽。年温差虽较为缓慢，但由于夏季和冬季的温差变化大，在桥梁受到约束制约时，容易产生裂缝；日温差主要发生在夏季温度较高时，阳光直射桥梁结构的部位与背阴部位温差较大，导致桥梁结构各部位温差较大，从而产生温差应力并引起裂缝。且根据相关研究表明，温差应力甚至接近活载的应力[1]，因此设计中温差应力的考虑不足，是产生温差裂缝的重要原因；大体积混凝土施工浇筑过程中由于水化热在内部与外部散发程度的不同而产生的温度裂缝，随着混凝土施工及养生技术的进步，水化热产生温度裂缝的影响程度在减小。

1.2 收缩引起的裂缝

收缩裂缝是在桥梁结构施工浇筑完成后，在其硬化过程中，结构表面失水致使其体积收缩变形，当该变形受到内部结构的约束时就会产生拉应力，当混凝土桥梁结构的抗拉强度不足以抵抗拉应力时，则会产生收缩裂缝[2]；同时部分桥梁如变截面连续刚构桥，在施工中，墩身与0 号块的浇筑间隔时间较长，因此墩身的收缩与0号块的收缩不同步，因收缩差而产生结构裂缝。

1.3 钢筋锈蚀产生的裂缝

在桥梁养护维修过程中，发现部分桥梁钢筋的混凝土保护层厚度不足，在各种环境因素的长期作用下，结构的混凝土保护层被完全碳化，致使桥梁钢筋表面的氧化膜遭到破坏，从而导致钢筋锈蚀，后期锈蚀部分的钢筋体积会膨胀10.1～10.5 倍[3]以上，使混凝土桥梁结构沿着钢筋出现纵横向裂缝。

1.4 结构超载产生的裂缝

桥梁结构超载产生的裂缝一般分为两种，一种是在结构施工过程中，由于临时荷载增加过多，导致桥梁局部承载能力不足产生裂缝[4]；另一种是在运营阶段，桥梁长期承受超载汽车的运行，使桥梁底板产生较多纵横向裂缝。其中部分典型裂缝在重载汽车通过时裂开，通过后又假性“闭合”，在长期作用下，极易导致裂缝处钢筋的锈蚀，从而加速桥梁结构的破坏。

1.5 基础不均匀沉降引起的裂缝

在早期修建的桥梁中，墩台基础较多采用扩大基础，部分桥梁因当时的设计、施工条件有限，未对基底承载力进行充分勘察和检测，导致后期因地基不同，部位发生不均沉降或膨胀而产生裂缝；同时部分桥梁在运营过程中，因排水设施的不完善或者损坏等因素，导致水流进入墩台地基中，引起基础不均匀沉降而产生裂缝。

2 养护维修中对裂缝的处治

2.1 表面封闭法对裂缝进行处治

桥梁结构表面存在因各种原因产生的宽度小于0.15mm 的非结构裂缝，一般采用裂缝胶直接对其表面进行封闭即可[5]，如图1 所示。

图1 封闭裂缝示意图

2.2 低压灌浆法对裂缝进行处治

对于宽度≥0.15mm 的桥梁裂缝，一般采用低压灌浆法进行维修处治，使裂缝处混凝土能够重新粘接，恢复梁体的整体性，让力的传导能够恢复设计时的状态，从而提高桥梁耐久性的目的[7]。灌浆设备一般由电动空压机、贮气罐、送气管、贮浆罐、输浆罐及压浆嘴等组成，压浆嘴有开启、关闭、封闭功能便于粘接，以满足封闭后的试压、试注、保压等工艺要求。根据裂缝分布及走向，确定粘贴灌浆嘴的位置。一般对于较为规则的裂缝（竖缝或横缝，如图2、图3 所示），间距在20～25cm 之间；对于不规则的交叉裂缝，在裂缝端部、裂缝较宽处及交叉点设置灌浆底座，如图4 所示；对于贯穿裂缝应进行开槽，且裂缝两端必须设置灌浆底座见图5。

图2 竖向裂缝压浆、出浆布置示意图

图3 横向裂缝压浆、出浆布置示意图

图4 交叉裂缝安装注浆底座示意图

图5 压浆示意图

对裂缝表面进行封闭，使裂缝能够充满浆体并保持一定压力，封闭胶与混凝土的粘结强度应＞4MPa，胶层均匀无气泡，厚度≥2mm，并与压浆嘴密闭连接；当裂缝＞1mm 时，封闭裂缝后可再粘贴一层玻璃纤维布。

裂缝封闭完成后进行压风实验，对裂缝封闭情况做好检查，防止漏气（可在封闭带及进浆嘴周围涂肥皂水检查），保证压浆通道的畅通、密闭。通风压力一般控制在0.3MPa 即可，并做好各进、出浆孔贯通的检查记录。

在确认裂缝不漏气后，开始进行配浆，所配置的裂缝胶性能应满足规范的相应要求。开始灌浆前，需注意灌浆顺序，对于竖缝，应从下往上灌；对于横缝，应单向从一边至另一边灌，从宽处至窄处灌；对于交叉裂缝，可按照图6 所示进行，同时，在明确指定进浆孔和出浆孔后，其余孔口应封闭。灌浆时应保持一定的压力（建议控制在0.6～0.8MPa）和进浆时间，当出浆嘴开始有纯浆流出时，可暂时封闭该出浆嘴。并打开下一个出浆嘴，然后并联上一出浆嘴进行注浆。重复上述步骤，直至最后一个出浆嘴有纯浆流出时，进行暂时封闭，稳压30min 后结束灌浆。

图6 交叉裂缝灌浆示意图

灌浆结束后，待注浆液固化后铲下灌浆嘴，并用封闭胶将各灌浆嘴处封堵平整。为确保美观，可用聚合物水泥浆对所灌浆裂缝表面进行抹涂，减小与原桥梁结构表面的色差。最后用丙酮对灌浆工具及管路进行清洗。

2.3 粘贴碳纤维布对裂缝进行处治

对于梁体表面有大范围细微裂缝且无规则分布时，可先对桥梁裂缝进行处治后再粘贴碳纤维布，此法不仅满足加强修复裂缝的要求，还可提高桥梁的局部承载能力[8-9]，随着碳纤维布生产质量的提高，目前已有较多应用在桥梁结构养护维修中。具体操作如下：

将需要粘贴碳纤维布的梁体表面进行打磨，去除表面杂质，露出混凝土新鲜面，保持粘贴面的干净及干燥；在梁体表面涂刷底胶，并等待其固结，若梁体表面不平整，在底胶固结后，需对凹陷部位采用找平胶进行找平处理；将碳纤维布适度张拉紧贴于桥体基面，并采用滚筒进行滚压，将气泡挤出，使胶体与碳纤维布能够充分结合。

在碳纤维布粘贴结束并固化后进行密实度检查，若存在小面积空鼓时，可使用针管注胶进行修补，当空鼓面积较大时，应切除该部位，并重新搭接碳纤维布，搭接长度需超过100mm。

3 对桥梁裂缝的主动预防措施

3.1 确保梁体钢筋的混凝土保护层厚度

在桥梁养护运营阶段，需对梁体保护层厚度进行定期检查，尤其是表面混凝土存在碳化的梁体，当碳化深度快达到保护层厚度时，要及时进行处治，防止主梁钢筋发生锈蚀。而钢筋锈蚀膨胀是梁体产生裂缝的一个重要原因。

3.2 对桥梁关键部位进行定期检查

对主梁及横隔板等关键受力和传力结构进行定期检查，在发现不该有的裂缝后应及时上报，并与设计单位合作，分析原因并及时采取处治措施，防止裂缝进一步发展扩大，危及桥梁运营安全。

3.3 降低桥梁温差，减少温差裂缝

在桥梁养护维修中发现，部分箱梁或空心板对日照温差产生的裂缝没有足够的重视，空心板或者箱梁设计时，没有设置通风孔或者设置位置不合理。在养护维修中，应参考正确通风孔的设置位置，并与设计单位合作，补充设置通风孔等。

3.4 加强运营管理，防止桥梁过度超载

由于混凝土裂缝的不可逆性，桥梁在超载运营的情况下，裂缝会迅速扩大，使桥梁使用不能达到设计年限。若有超载车辆必须通过时，需对桥梁加强防护和加固措施，以免对桥梁造成损坏。同时，在养护维修中，应对桥梁其他病害（如基础不均匀沉降、支座下沉等）及时处治，较少产生裂缝的诱因。

4 结论

根据近年来公路桥梁养护维修中的大量实践证明，混凝土桥梁结构的裂缝是极常见现象，亦可以说是不可避免的。因此，应对混凝土桥梁裂缝进行科学详细的分析，使桥梁养护维修人员能够更好地分清各类裂缝产生的原因并及时采取处治措施。同时，在桥梁日常养护中对裂缝采取主动预防措施，以保证桥梁混凝土裂缝在早期能够得到有效控制，将其危害程度控制在一定范围内，防止进一步发展扩大，以减少桥梁运营期间的安全隐患。