公路桥梁养护维修中裂缝成因及处治对策

刘耀

（陕西路桥集团有限公司，陕西 西安 710018）

0 引言

近些年公路建设规模不断扩大，众多公路桥梁投入运营，公路桥梁养护维修也越来越重要，其中裂缝病害处治尤其关键。当开展公路桥梁养护维修工作时，由于未深入分析裂缝病害成因且采用的处治对策不合理，为公路桥梁埋下安全隐患，所以应全面、客观分析公路桥梁发生的裂缝病害，制订针对性处治对策。

1 公路桥梁裂缝病害的成因

1.1 温度应力引起的裂缝

由于温度发生变化，对混凝土公路桥梁产生影响，使其发生热胀冷缩反应，相关约束条件引发温度应力，与混凝土抗拉强度相比，如果温度应力大于该参数，便会导致混凝土结构表面出现裂缝，而且在长时间温差循环过程中进一步扩大裂缝。虽然年温差发展速度比较慢，但是冬夏两季温差变化比较大，公路桥梁在约束制约条件下，易发生裂缝病害。一般情况下，日温差发生于夏季温度相对较高的时间段，公路桥梁结构中光照直射的部位和背阴部位形成较大温差，使得结构不同部位产生较大温差，进而形成温度应力导致裂缝病害发生。

通过相关研究发现，温差应力与活载应力大体一致，设计环节未充分考虑温差应力，由此导致温差裂缝病害发生[1]。

1.2 收缩引起的裂缝

公路桥梁结构混凝土浇筑作业结束之后，在硬化环节由于结构表面水分流失而导致收缩变形，进而内部结构对该反应进行约束制约，从而形成拉应力，如果结构抗拉强度无法应对抗拉应力，将引发收缩裂缝病害。

另外，部分桥梁由于收缩差引发结构裂缝，例如变截面连续刚构桥，当开展施工时，墩身浇筑和0 号块浇筑形成较大时间差，所以两者收缩不同步，进而形成收缩差，导致结构裂缝出现。

1.3 钢筋锈蚀产生的裂缝

当开展公路桥梁养护维修工作时，在部分桥梁钢筋中存在混凝土保护层厚度过小的情况，基于综合因素长期影响下，彻底碳化保护层，严重破坏钢筋表面氧化膜，进一步造成钢筋锈蚀，在后续施工期间部分钢筋体积增大，甚至膨胀超过10.5 倍，导致结构沿着钢筋发生横向裂缝病害[2]。

1.4 结构超载产生的裂缝

公路桥梁结构发生的裂缝病害通常有两种：

其一，在结构施工期间，因为临时荷载大幅度增加，使其局部缺乏承载力而引发裂缝病害。

其二，运营过程中，超载汽车不断途经公路桥梁，导致其底板出现大量横向裂缝。当重载汽车行驶而过时，导致一些典型裂缝裂开，而且通行之后出现假性闭合现象，由于长期作用，非常容易造成裂缝位置的钢筋锈蚀，进一步破坏公路桥梁结构。

1.5 基础不均匀沉降引起的裂缝

对于早期修建的公路桥梁，一般将扩大基础作为墩台基础，一些桥梁由于设计与施工条件不足，没有实地调研基底承载力，所以后期出现不均匀沉降等引发的裂缝病害。另外，部分公路桥梁投入运营后，由于排水设施被破坏等，使得水流渗入墩台地基，造成基础不均匀沉降，由此引发裂缝病害。

2 公路桥梁养护维修中裂缝的处治对策

2.1 表面封闭法

公路桥梁结构表面出现诸多宽度在0.15mm 以下的非结构裂缝，主要使用裂缝胶加工其表面封闭，见图1。

图1 封闭裂缝示意图

2.2 填充密封法

填充封闭法一般在裂缝表面合适位置凿出凹槽，使用填充材料加以修补。通常分为两种填充法，一种是刚性材料填充法，另一种是弹性材料填充法。前者使用普通水泥砂浆、树脂砂浆等进行填充，可采用手工方式剔凿裂缝，也可以应用机械设备进行开槽，然后填充材料。后者主要使用丙烯酸树脂、聚硫化物等进行填充。

2.3 低压灌浆法

在公路桥梁结构中，对于宽度在0.15mm 以下的裂缝，往往进行低压灌浆，以此让裂缝部位的混凝土再次黏结，从而恢复梁体整体性，使力的传导重新进入设计环节状态，增强公路桥梁耐久性。应用的灌浆设备主要由电动空压机、压浆嘴、送气管等构成，其中压浆嘴具备三种功能，可开启、关闭及封闭，方便黏结，从而达到封闭状态下试压、保压等要求。按照裂缝分布和走向，明确粘贴灌浆嘴具体部位。通常对于相对规则的横向裂缝与竖向裂缝，应将其间距控制在20～25cm 之间。而对于交叉裂缝等不规则裂缝，需要在其端部、宽度较大与交叉部位合理设置灌浆底座[3]。另外，对于贯穿裂缝，需要进行开槽，并且在裂缝两端合理设置灌浆底座，做好裂缝表面的封闭处理，保证其充满浆体且具有相应压力，对于封闭胶和混凝土，需要将其黏结强度控制在4MPa 以上，保证胶层不存在气泡，将其厚度控制在2mm 以下，而且与压浆嘴紧密相连。如果裂缝超过1mm，除了要封闭裂缝，还要粘贴一层玻璃纤维布。

做好裂缝封闭作业之后，需要开展压缝试验，严格检查裂缝实际封闭情况，避免漏气，确保压浆通道足够密闭、顺畅。通常情况下，应将压力控制在0.3MPa，而且针对每一个进浆孔和出浆孔及时、正确记录其贯通情况。通过检查确定裂缝不存在漏气问题之后，可进行配浆，使用的裂缝胶性能需要达到相关要求。正式开展灌浆作业之前，应熟知灌浆顺序，若为竖向裂缝，需要由下往上灌浆；若为横向裂缝，需要从一边到另一边灌浆，由宽向窄灌浆；若为交叉裂缝，需要按图2 进行灌浆，并且在确定进出浆孔之后将其他孔口封闭。在实施灌浆作业的过程中，需要形成一定压力，在0.6～0.8MPa 之间，同时严格控制进浆时间，如果出浆嘴开始流出纯浆，应将其封闭。再开启下一出浆嘴，而且并联上一出浆嘴实施注浆作业[4]。反复进行上述操作，直到最后一个出浆嘴开始流出纯浆，此时将其暂时封闭，将压力稳定30min 之后完成灌浆作业。

图2 交叉裂缝灌浆示意图

完成灌浆作业之后，当注浆液固化时去除灌浆嘴，针对每一处灌浆嘴使用封闭胶进行封闭。要保证美观性，应使用聚合物水泥浆充分涂抹灌浆裂缝表面，适当缩小与原有结构表面的颜色差异。在此基础上，使用丙酮将灌浆工具与管道线路清理干净。

2.4 粘贴碳纤维布

如果公路桥梁结构表面存在较多细微裂缝并且分布不规则，首先需要处治裂缝病害，然后粘贴碳纤维布，该方法既可以加强修复裂缝，也可以增强梁体局部承载力，在逐步提高碳纤维布生产制作质量的过程中，现今在开展公路桥梁养护维修工作时广泛使用碳纤维布。在实际操作过程中，选取梁体表面合适部位打磨平整，清理干净表面杂质，让混凝土新鲜面显露出来，使粘贴面足够干净、干燥。将适量底胶涂刷于公路桥梁结构表面，如果存在表面不平整的情况，在底胶固结之后，应使用找平胶做好凹陷部位的找平处理。合理张拉碳纤维布，使其紧贴在公路桥梁结构基面上，而且使用滚筒滚压，排出气泡，紧密结合胶体和碳纤维布。完成碳纤维布粘贴作业且进行固化之后严格检查密实度，如果出现小范围的空鼓情况，需要用针管注胶有效修补，如果出现较大范围的空鼓情况，需要将其切除，搭接好碳纤维布，将搭接长度控制在100mm 以 上[5]。

3 公路桥梁裂缝的预防措施

3.1 强化设计

其一，保证公路桥梁结构在各个阶段形成的受力部位和具体受力情况处于其实际承载范围中，减小对路面造成的损耗。当开展公路桥梁设计工作时，相关施工设计者应丰富自己的专业知识，并且加强与实践的结合，由此降低裂缝病害发生率。

其二，在公路桥梁设计环节，相关设计部门应加强整体和细节处理，并且综合考虑天气、地质等设计效果影响因素，尽量延长公路桥梁使用寿命。

其三，根据公路桥梁特征科学构建设计理论体系，使整体设计更加精确、合理。与此同时，有关部门需要从各个方面监管设计工作，确保设计工作顺利开展。

3.2 确保梁体钢筋的混凝土保护层厚度

在公路桥梁养护运营过程中，应定期检查其保护层厚度，特别是表面混凝土已经碳化的梁体，一旦碳化深度接近保护层厚度，应尽快处治，避免主梁钢筋出现锈蚀的情况。梁体之所以发生裂缝病害，钢筋锈蚀膨胀是一个主要原因。

3.3 平衡桥梁建筑荷载

为将公路桥梁荷载力控制在合理范围内，应在桥梁设计环节充分考虑桥梁结构具体情况，包括其持久性和承受的冲击力等。首先，在试验过程中，需要确保桥梁结构基于常规荷载之下可避免较大变形与裂缝出现，同时桥跨结构下部需要进行便于人车通行、泄洪等的设计，还需要全面考虑管线搭载渠道。然后，在选取原材料时应足够谨慎，选择高强度钢材与混凝土，而且施工单位应掌握繁杂的施工工艺，加大监督力度，必须严格鉴定整个公路桥梁的质量，保证其不存在质量问题，从而提高其抗性与稳定性，如此方可降低冲击力与离心力产生的影响，减小共振反应。除此之外，在公路桥梁加固方案设计过程中需要综合考虑各个方面的内容：

其一，对于公路桥梁下方结构，应保证其承受力较大，经过加固一定要满足重吨位卡车通行要求。

其二，在加固过程中应注重所使用加固物自重对公路桥梁产生的影响。

其三，对于加固表面存在开裂现象的部位，需要通过修复构件表面，保证其足够平滑。

3.4 对桥梁关键部位进行定期检查

针对公路桥梁重点受力部位以及传力结构，加大定期检查力度，一旦出现不该有的裂缝，必须第一时间上报，同时加强与设计单位之间的协同合作，全面分析裂缝出现的原因并使用有效处治措施，避免裂缝继续扩大，对公路桥梁运营安全构成威胁。

3.5 降低桥梁温差，减少温差裂缝

当开展公路桥梁养护维修工作时，对于一些箱梁或空心板，忽视了日照温差引发的裂缝病害，在其设计过程中未合理设置通风孔。在进行养护维修时，需要参照通风孔正确位置，加强与设计单位之间的协同合作，加设通风孔等。

3.6 加强运营管理，防止桥梁过度超载

因为混凝土裂缝具有不可逆的特征，所以公路桥梁长期超载通行，会导致裂缝不断扩大，缩短其使用寿命，无法达到设计年限。如果超载车辆一定要通过，应进一步加固桥梁，防止其被破坏。另外，在开展公路桥梁养护维修工作的过程中，还需要尽快处治桥梁基础不均匀沉降等诸多病害，尽可能减少导致裂缝出现的诱因。

3.7 提高监理队伍的素质和监理能力

为防范公路桥梁发生裂缝病害，应安排高素质监理进行监督，因此一定要增强监理队伍整体监理能力，提高其专业素质。严格审批监理单位，若为混凝土使用达不到要求的监理单位，应要求其符合资质标准才能够审批，切忌蒙混过关，并且不能对非独立实体监理单位进行审批。以全体监理人员为对象，由监理单位开展培训，在此过程中提高其综合素质，尤其是监理工作方面，需要监理人员具备较高综合素质，且应变能力过硬，因此对于监理单位来说，需要具备各方面的能力，提高施工与设计监理能力。

4 结语

综上所述，通过公路桥梁养护维修工作实践来看，混凝土结构广泛存在裂缝病害，此类病害是难免的。所以，需要详细、合理分析裂缝病害，提高养护维修人员应对能力，使其更好地划分裂缝类型、分析裂缝发生的原因且采用有效处治对策。另外，在开展公路桥梁日常养护维修工作时，需要主动防范裂缝，由此加强对早期裂缝的管控，尽量降低危害程度，避免裂缝继续扩大，控制运营过程中的安全隐患。