公路桥梁养护维修中裂缝成因的分析及处治措施

杨维军

(甘肃省兰州公路事业发展中心榆中公路段，甘肃 榆中 730100)

公路桥梁是我国交通体系的重要构成部分，其质量将直接关系着过往车辆通行安全，对区域经济发展也有着直接影响。裂缝是公路桥梁使用过程中经常会出现的问题，具体成因较为复杂，在养护维修过程中必须充分考虑到实际情况，做到具体问题具体分析，找寻关键点加以科学处治，切实提高路桥维护有效性并延长寿命。因此，分析公路桥梁养护维修中裂缝成因的分析及处治措施具有重要的现实意义。

1 公路桥梁养护维修的重要性

公路桥梁工程规模大，建设完成后使用频率较高，长期承受高荷载，再加上外部环境、气候等客观因素，与部分人为因素，可能会对公路桥梁路面造成损害，损害一旦产生就有可能影响到公路桥梁自身结构稳定性与安全性，只有科学养护维修才能保证过往车辆顺利通行[1]。可见，公路桥梁养护维修的重要性，具体表现为几点：1)有助于提高公路桥梁安全性，由于公路桥梁长期承受高荷载，且暴露在自然环境中，雨水冲刷、温度变化、人为破坏、事故发生等，均会在不同程度上对公路桥梁本体造成伤害，若不及时处理，很有可能引起继发事故，而有效的养护维修手段，可以在最大程度上提高公路桥梁质量，避免因安全性、稳定性问题影响车辆正常通行，确保交通安全，减少事故发生。

2)有助于降低维护成本，公路桥梁本身属于交通体系的重要过程部分，其建设本身就需要消耗较多资金成本，建设完成后需定期进行养护维修，保证及时性，若出现大规模问题则很有可能出现翻建、重修的情况，不仅容易引发安全事故，还会消耗较多资金，而科学养护维修可防止小问题转变为大问题，从而实现维护成本有效控制。

3)有助于延长公路桥梁使用寿命，有效的养护维修工作，可针对公路桥梁问题进行及时处理，修复加固的基础上，使其更具稳定性，借此延长公路桥梁使用寿命，使其具备更高的经济价值[2]。

2 公路桥梁裂缝的成因分析

2.1 温度应力裂缝

公路桥梁的整体结构为混凝土结构，而当发生较大温度变化时，受热胀冷缩影响会产生温度应力，当应力大于混凝土抗拉强度时，就会在公路桥梁的表面形成裂缝[3]。这种裂缝多发于多年温度变化较大、早晚温差较大的地区，这些裂缝一旦产生就不可逆，且随着长期温差循环裂缝会不断变宽，若不及时处理将会引起较大危害，严重影响公路桥梁结果的稳定性。

2.2 收缩裂缝

这种裂缝是在公路桥梁混凝土浇筑施工后硬化阶段产生，当结构整体表面失水后会产生体积收缩变形，当形变位置达到内部结构以后会产生拉应力，当混凝土公路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。此外，部分桥梁在施工中，墩身与0号块浇筑间隔较短，导致前后收缩不同步，在相互拉力作用下形成裂缝。

2.3 不均匀沉降裂缝

桥梁建设过程中墩台基础通常采用扩大基础，部分桥梁会受设计因素、施工条件等的限制，在没有对基地承载情况做系统调查的与检测的情况下就进行施工，导致后期因基础承载力不同，出现多个部位的不均匀沉降，或因膨胀产生裂缝。尤其是公路与桥梁本身就是在不同基础上进行建设，桥梁是基于软土地基建设而成，公路基础则相对稳定，在这样的情况下如何较好保证公路与桥梁位置基础稳定性相同成为重要问题，若无法较好满足就有可能引发不均匀沉降情况，是裂缝产生的主要原因[4]。此外，公路桥梁在使用过程中可能会因排水不畅或排水设施被破坏因素导致水流进入地基中，也是不均匀沉降裂缝的重要成因(如图1所示)。

2.4 结构超载裂缝

通常情况下，公路桥梁结构超载裂缝主要有两种表现：1)因施工原因临时荷载增加为路桥局部承载力带来影响，难以支撑并应对进而产生裂缝；2)运营使用阶段，公路桥梁需长期承受汽车荷载，导致公路桥梁底板位置产生纵横交叉裂缝。其中，大多数裂缝都是在重载汽车通过时产生开裂，在后续会出现阶段性“假性闭合”情况，但由于公路桥梁使用时间较长，裂缝产生后若不及时修复处理，裂缝位置的钢筋就可能会在雨水侵蚀下产生锈蚀现象，导致公路桥梁内部结构受到破坏，安全性、稳定性受到影响。

图1 公路桥梁不均匀沉降裂缝

2.5 钢筋锈蚀裂缝

结合公路桥梁养护维修实际情况来看，部分裂缝是由于公路桥梁内部钢筋的混凝土保护厚度不足，在众多原因作用下保护层结构被破坏，钢筋长期暴露在空气中，氧化膜受损产生锈蚀现象，而修饰部分的钢筋体积会出现膨胀现象，通常会膨胀到原本体积的10.1～10.5倍以上，是公路桥梁结构横向裂缝产生的主要原因。

3 公路桥梁裂养护维修中裂缝的处治措施

3.1 表层封闭法

此种方法利用的是自然渗透原理，胶辊、滚筒刷胶是主要工具，主要作用在于让胶能够被充分吸收以达成较好效果。通常情况下，这种施工方法主要是应用于宽度小于0.15mm的非结构裂缝，利用裂缝胶对表面进行封闭处理以达到修复效果，防止裂缝持续扩大。具体施工流程如下：1)裂缝清理，施工人员需要使用钢丝刷，沿着裂缝方向将混凝土表面5cm范围内的灰尘、青苔、水泥浮渣清理干净，若表面质量不佳且接缝两边存在细小裂缝，则需要扩大清理宽度，要求清理宽度在8cm～10cm；2)清理结束后，利用锤子、钢锤对两侧混凝土块进行打孔清理，使原本的混凝土表面能够暴露在空气中以酒精、丙酮擦拭，确保油污、灰尘清理干净；3)待酒精干燥后使用排笔，在裂缝位置反复刷不裂缝胶，每层厚度应控制在1mm左右，每刷一次的间隔时间应控制在3～5min。

3.2 压力注胶法

在现阶段公路桥梁养护维修中，压力注胶法是应对裂缝较为有效的方式，与常规胶水不同，这种注胶料是流体、半流体材料，具有较强的渗透性，在这一特点下能够较好填充裂缝中的所有空隙以达到较好的修复效果，提高公路桥梁的耐久度与强度，需要施工单位科学选择注胶材料，施工原理如图2所示。

图2 压力注胶法的施工原理

具体施工应注意以下几点：1)灌浆前，需以钢丝刷、角磨机等工具处理裂缝位置，清洁灰尘、浮渣，将多余、松动混凝土清理干净，以空气压缩机清理碎片与灰尘，用浸满丙酮溶液的棉纱清理裂缝两侧2cm范围内的混凝土表面，再埋置充填嘴并使其与裂缝方向保持一致[5]；2)两个加注喷嘴中有一个可作为排气喷嘴，并将其固定在提前设计好的位置上，周围需利用建筑结构胶进行密封并将喷嘴黏合在指定位置上，为保持稳定胶的厚度应在5mm左右；3)密封裂缝的主要目的，是要在裂缝中构建一个封闭空间，施工单位需结合裂缝大小与补胶要求进行合理规划，对于小于0.15mm的裂缝可使用环氧水泥、环氧树脂粘贴脱脂玻璃布等进行直接密封，在密封后若仍然出现泄漏情况，可利用水泥、水玻璃进行再次密封；4)密封胶检查，密封效果是否达到标准会直接影响到后期注胶效果，因此在密封完成后必须对其密封性进行检查。施工人员在密封浇固结后，在接缝位置涂抹一层肥皂，从填充喷嘴处灌入压缩空气，观察接缝处是否存在气泡，若不存在气泡则说明密封效果良好，可进入下一环节施工，若有气泡则应该修补后施工；5)注胶作业，注胶前保持孔洞内清洁，为保证注胶作业顺利完成，还要对注胶机、设备等进行检查，做好试运行，保持运转效果能够达到预期标准。根据裂缝面积选择合适的注浆液，注胶过程应始终保持稳定，提高注胶质量。作业过程中，需以0.1L/min速度注胶再压几分钟以后就可以停止灌浆，达到初凝不外流情况下就可以拆除相关设备，使用快固化胶液封堵注胶口，抹平作业后完成施工。

3.3 灌浆修补法

施工单位在以此法修补时，需提前按照比例科学配置环氧浆夜，在空气压力作用下将其倒入公路桥梁裂缝深处，以达到封闭裂缝、改善与修复裂缝，提高公路桥梁结构的耐久性与整体性。通常情况下，这种方法被应用于超过0.15mm的公路桥梁裂缝，加固效果较为明显。首先，做好前期准备工作，施工单位需对公路桥梁裂缝病害有所了解，包括裂缝数量、具体位置、宽度与深度等各项参数，以此为基础制定科学方案，确定灌浆量并准备好相关器械，确保后续施工顺利进行。其次，钻孔、孔洞作业与处理，在裂缝较为严重且存在交叉的位置上进行钻孔，形成导向孔，为压力灌浆实现奠定基础。为避免影响灌浆质量，孔洞钻成后应使用机械设备吹入高压空气，使孔洞灰渣、灰尘杂质等能够被吹出，再使用锤子、钢刷等处理裂缝的凸起与油污部分。再次，表层封闭处理，压浆嘴底盘必须始终与裂缝表面保持贴合，以胶体黏结底盘与孔眼，根据裂缝数量、深度、宽度等钻出进浆孔、排气孔，作为胶泥灌入口，于表面形成封闭带，恰好覆盖裂缝一定范围，从而起到较好的封闭效果，在灌满压浆泵后调整设备压力数值并打开开关，出浆后按照自低至高、由左向右顺序依次完成灌浆作业。

最后，裂缝表面处理，灌浆作业结束以后需要将压浆嘴拆除，做抹平处理，同时保证裂缝处理位置与周围其他位置保持一致，提高裂缝处理有效性。

3.4 粘贴碳纤维布技术

在公路桥梁长期使用过程中，桥梁表面会形成大范围的细微裂缝，且分布呈现不规律状态，针对这种情况施工单位就可以选择粘贴碳纤维布的方式来进行加固处理，其作用主要体现在两点：1)修复并加强裂缝；2)提高桥梁局部承载力。随着碳纤维布生产质量有所提升，这种加固修复技术在桥梁结构养护维修中的应用也更加普遍[6]。整合施工过程如下：1)对桥梁表面需要进行加固维修处理的表面进行打磨，去除杂质，露出混凝土表面，保证表面光滑洁净且干燥；2)在表面涂刷底胶等待固结，若桥梁表面不平整，则需在底胶固结后利用找平胶进行找平处理，保证表面平整，为后续施工奠定基础；3)适度张拉碳纤维布，将其贴紧桥梁体基面，利用滚筒进行滚压处理，促使气泡顺利排出，胶体与碳纤维布能够顺利结合；4)碳纤维布粘贴后，将会进入固化阶段，而后进行密实度检查，若遇到小面积空鼓情况，可利用针管对其注胶修复，若空鼓面积较大，则应在切除后重新搭接碳纤维布，需注意搭接长度不得超过100mm，避免影响整体粘贴质量。

3.5 钢筋除锈法

桥梁钢筋容易在外界因素作用下产生锈蚀，比如雨水，与空气氧化发生反应，出现锈蚀情况，进而引发钢筋形变造成裂缝。这种原因的裂缝，需在对钢筋锈蚀问题进行处治后再利用裂缝修复方法才能保证养护维修效果。对此，施工单位在去除锈蚀部分后，再一次对钢筋进行防腐处理，避免因钢筋形变、承载力变化引起裂缝。对于周围松散的混凝土，应利用凿子凿除深度为2cm所有的凹槽，接头露出部分需利用电动切割机将其切除至混凝土表面下方2cm处，切除端口位置应进行打磨，重新焕发金属光泽，去除锈蚀部位，避免锈蚀持续影响钢筋质量，然后以外露钢筋、钢筋头为基点，延伸20cm长度位置，均需以阻锈剂涂抹，保证均匀性与厚度，完成防腐处理。最后，涂刷界面剂，再使用环氧水泥进行防腐砂浆修补，使裂缝位置恢复如初，恢复钢筋对公路桥梁结构的支撑作用。

4 结语

综上所述，现阶段我国交通体系更为发达，其中公路桥梁作为重要构成，必须予以养护维修，这样才能保证过往车辆安全，延长使用寿命。在养护维修过程中，不难发现裂缝是较为常见的问题，温度应力裂缝、收缩裂缝、不均匀沉降裂缝、结构超载裂缝、钢筋锈蚀裂缝是主要类型。若要有效处理，施工单位就必须基于公路桥梁实际情况，合理应用表层封闭法、压力注胶法、灌浆修补法、粘贴碳纤维布技术、钢筋除锈法等手段，通过一种或多种方法相结合的方式较好处治裂缝，提高公路桥梁养护维修质量。