陳子龍

（江西嘉特信工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

隨著橋梁在道路中的占比越來越大，在適應(yīng)道路線形方面起到了不可替代的作用，但作為直接暴露在自然環(huán)境的大型工程設(shè)施，難免產(chǎn)生一些病害，其中裂縫是橋梁工程最常見的病害之一。雖然一些初期裂縫并不會(huì)對(duì)橋梁造成實(shí)質(zhì)性影響，但隨著時(shí)間的推移裂縫會(huì)不斷擴(kuò)展，進(jìn)而造成大面積破壞，威脅橋梁安全，因此有必要在明確橋梁裂縫產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，探究有效的防治措施。

1 橋梁工程裂縫產(chǎn)生原因分析

橋梁在施工與使用過程中都可能產(chǎn)生裂縫。裂縫的種類和產(chǎn)生原因有多種，為了給裂縫修補(bǔ)及橋梁養(yǎng)護(hù)提供可靠依據(jù)，有必要對(duì)其進(jìn)行深入分析。

（1）由溫度作用產(chǎn)生的裂縫

如水泥水化過程、太陽光照射、環(huán)境溫度、電弧焊接等都會(huì)引起冷熱變化進(jìn)而造成混凝土收縮或膨脹，在內(nèi)部產(chǎn)生一定的溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過極限強(qiáng)度后就會(huì)產(chǎn)生裂縫。該類裂縫具體產(chǎn)生原因有以下幾種：①全年溫差使橋梁產(chǎn)生縱向位移，但縱向位移往往會(huì)受到很大阻礙，進(jìn)而產(chǎn)生溫度裂縫；②日照作用，使溫度梯度處于非線性分布狀態(tài)，在直接受到光照的部位產(chǎn)生很大拉應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫；③溫度驟變，如在極端惡劣天氣條件下橋面溫度劇烈變化，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度并不會(huì)快速變化，從而產(chǎn)生很大的梯度變化，引起開裂[1]。

（2）由荷載作用產(chǎn)生的裂縫

橋梁工程施工與使用中會(huì)受到多種荷載的直接或間接作用，如靜力、動(dòng)力與次應(yīng)力荷載等。在這些荷載的共同作用下，結(jié)構(gòu)難免產(chǎn)生一定程度的損傷，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫。由此造成的裂縫可分為直接應(yīng)力裂縫和二次應(yīng)力裂縫。設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，若結(jié)構(gòu)實(shí)際受力和理論計(jì)算結(jié)果差異較大，當(dāng)應(yīng)力超出結(jié)構(gòu)自身約束力后就會(huì)產(chǎn)生裂縫；橋梁施工中若未能嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)規(guī)劃與圖紙要求，也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。二次應(yīng)力裂縫的產(chǎn)生原因主要為結(jié)構(gòu)實(shí)際情況和所用計(jì)算方法及結(jié)果之間存在較大差異[2]。

（3）因地基變形產(chǎn)生的裂縫

橋梁施工與使用中，地基基礎(chǔ)會(huì)由于諸多原因發(fā)生變形，包括水平位移與不均勻沉降，地基一旦產(chǎn)生變形將使結(jié)構(gòu)受力發(fā)生變化，隨之產(chǎn)生一定附加應(yīng)力，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)開裂。導(dǎo)致地基產(chǎn)生不均勻沉降的原因有：橋梁施工過程中試驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確或完善，地質(zhì)勘查過程中所用計(jì)算方法精度不夠；結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差異較大，即在同一座橋梁中使用完全不同的基礎(chǔ)，導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降有明顯差異；地基的地質(zhì)條件有明顯差異，比如修建于河谷的橋梁，其山坡與河谷兩個(gè)位置的地基有很大差異，表現(xiàn)為壓縮性完全不同；地基發(fā)生凍脹，我國北方地區(qū)冬季氣溫普遍在0℃以下，如果地基土含水量較高，則會(huì)在低溫條件下發(fā)生凍結(jié)，而在來年氣溫轉(zhuǎn)暖后，地基土融化，導(dǎo)致地基沉降。

（4）因混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫

混凝土硬化時(shí)必然產(chǎn)生一定程度的收縮，這種收縮現(xiàn)象會(huì)引起結(jié)構(gòu)變形，產(chǎn)生裂縫。對(duì)于混凝土收縮，通?？煞譃榭s水收縮和塑性收縮。干縮指混凝土強(qiáng)度不斷增長時(shí)，伴隨表面水分的持續(xù)蒸發(fā)，濕度降低，體積不斷減小，內(nèi)部收縮遠(yuǎn)小于外部，導(dǎo)致混凝土表面受到拉力，造成收縮性裂縫。塑性收縮是橋梁施工時(shí)，澆筑完成后5h水泥水化作用達(dá)到最激烈的程度，內(nèi)部水分很快散失，混凝土中的骨料隨著時(shí)間的推移開始下沉，此時(shí)混凝土內(nèi)部并未達(dá)到足夠硬化，產(chǎn)生塑性收縮。對(duì)此，施工時(shí)應(yīng)做好水灰比控制，確定適宜的攪拌時(shí)間，豎向變截面部位澆筑應(yīng)采用分層的方法，且澆筑完成后要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)[3]。

2 橋梁工程裂縫修補(bǔ)技術(shù)

橋梁裂縫不僅影響橋梁外觀，還會(huì)影響結(jié)構(gòu)，甚至威脅到橋梁使用安全。為此，在橋梁維護(hù)要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修補(bǔ)裂縫。當(dāng)前橋梁裂縫修補(bǔ)方法主要包含兩類，即單純的裂縫修補(bǔ)與結(jié)構(gòu)加固。

裂縫修補(bǔ)的目的在于防止裂縫不斷發(fā)展導(dǎo)致鋼筋外露而產(chǎn)生銹蝕，縮短結(jié)構(gòu)壽命。修補(bǔ)后的裂縫能使結(jié)構(gòu)構(gòu)件回到開裂之前的狀態(tài)，裂縫修補(bǔ)不會(huì)引起結(jié)構(gòu)承載力的變化。修補(bǔ)前，需對(duì)裂縫進(jìn)行調(diào)查，明確其類型、形態(tài)及尺寸，然后根據(jù)調(diào)查結(jié)果選擇適宜的修補(bǔ)方法。在修補(bǔ)過程中，要充分考慮裂縫的產(chǎn)生原因及所處外部環(huán)境，確保在適宜的時(shí)間采用最佳的方法進(jìn)行修補(bǔ)。目前較為常用的修補(bǔ)方法主要有以下幾種。

（1）表面封閉法

主要用于非壓力型裂縫修補(bǔ)，裂縫寬度一般不超過0.2mm，具體流程為：抹漿→鑿槽嵌補(bǔ)→噴漿→填縫。該修補(bǔ)方法的主要缺點(diǎn)為只能對(duì)表面裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，無法修補(bǔ)深度較大的裂縫[4]。

（2）壓力灌漿法

采用水泥等材料實(shí)施灌漿，確保漿液灌滿裂縫。該修補(bǔ)方法能在保證良好耐久性的基礎(chǔ)上滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力要求。

（3）表面粘貼法

通過在結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面粘貼一層加固材料來修補(bǔ)裂縫。該方法能在解決裂縫病害的同時(shí)改善結(jié)構(gòu)承載能力。

（4）體外預(yù)應(yīng)力法

通過在結(jié)構(gòu)體外施加一定的預(yù)應(yīng)力來防止裂縫的產(chǎn)生。實(shí)踐表明，在結(jié)構(gòu)體外施加預(yù)應(yīng)力后，能改善橋梁結(jié)構(gòu)承載能力，提高耐久性，預(yù)防包含裂縫在內(nèi)的一系列病害問題的發(fā)生。

3 橋梁工程裂縫加固技術(shù)

橋梁裂縫加固是指在橋梁結(jié)構(gòu)性能降低時(shí)（裂縫修補(bǔ)完成后），為盡快恢復(fù)應(yīng)有的承載力而采取適當(dāng)措施對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，以提高結(jié)構(gòu)剛度與承載力，防止再次產(chǎn)生裂縫。橋梁裂縫修補(bǔ)完成后，若不進(jìn)行加固處理，一段時(shí)間后會(huì)重新開裂，因此必須重視裂縫加固。常用加固方法有多種，不同方法的加固原理、適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)各不相同。

3.1 增大截面法

該方法是在開裂修補(bǔ)后結(jié)構(gòu)表面通過澆筑混凝土等方式來增加截面，進(jìn)而起到提高結(jié)構(gòu)自身承載力的作用。按照加大截面部位的不同，該方法可分為以下兩種：

（1）頂部加強(qiáng)，即對(duì)鋪裝層進(jìn)行加強(qiáng)或增加面板厚度，使截面高度方向上分布的應(yīng)力發(fā)生變化，進(jìn)而起到提高承載力的作用。

（2）底部加強(qiáng)，大多在主梁底部進(jìn)行，并配合增大截面鋼筋的面積，同時(shí)處理原結(jié)構(gòu)表面，用于保證最終的加固質(zhì)量與效果。目前該方法已經(jīng)十分成熟，在提高結(jié)構(gòu)承載力與改善截面剛度方面都有顯著的效果，計(jì)算也比較簡單。

3.2 外包鋼法

該方法在開裂修補(bǔ)完成后通過在結(jié)構(gòu)外部增加鋼材來實(shí)現(xiàn)加固的目的，適用于截面相對(duì)較大但承載力不足的結(jié)構(gòu)，具體可分為干式和濕式兩種。該方法最主要的優(yōu)點(diǎn)為施工較簡單，完成加固后結(jié)構(gòu)受力均勻，且相較于其他加固方法，有更好的加固效果。然而，該方法需在梁上打很多孔，即便可以在梁根部進(jìn)行外包鋼，柱上節(jié)點(diǎn)處理也十分復(fù)雜，另外，外包鋼還存在容易腐蝕的問題。

3.3 錨栓與鋼板法

該方法借助高強(qiáng)錨栓將鋼板錨固在開裂后修補(bǔ)構(gòu)件表面，促使鋼板與待加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件形成一體，實(shí)現(xiàn)共同受力。采用錨固的方法固定鋼板能防止發(fā)生掉落，最大限度地發(fā)揮鋼板性能，直接承受外部壓力作用，提升結(jié)構(gòu)體系抗彎承載力。

3.4 粘貼鋼板法

該方法在開裂后修補(bǔ)結(jié)構(gòu)表面直接粘貼一層鋼板，原理和錨栓與鋼板法相同，但該方法主要用于受拉區(qū)，能提升結(jié)構(gòu)體系的抗開裂能力、抗彎和抗剪性能，基本不會(huì)改變結(jié)構(gòu)形狀，從20世紀(jì)70年代開始成為增大截面法的主要替代方法。但伴隨該方法的日益普及，其缺點(diǎn)也不斷暴露，如加固效果受黏結(jié)工藝和實(shí)操水平的直接影響，最終的加固效果可能無法達(dá)到預(yù)期。

3.5 高強(qiáng)復(fù)合纖維法

碳纖維增強(qiáng)塑料作為新型材料之一，不僅重量較輕，而且有很高的強(qiáng)度，最早應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，伴隨其研發(fā)成本不斷降低和相關(guān)技術(shù)日益成熟，開始在諸多民用項(xiàng)目中使用，如廣泛用于橋梁工程中并產(chǎn)生了以其為核心的結(jié)構(gòu)加固方法，尤其在裂縫加固中能有效加固裂縫修補(bǔ)后的結(jié)構(gòu)。該方法借助高強(qiáng)度黏結(jié)劑將碳纖維增強(qiáng)塑料粘貼在需要加固的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，進(jìn)而和原結(jié)構(gòu)一同承受所有作用，減緩裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，其主要優(yōu)勢如下：

（1）不會(huì)增加結(jié)構(gòu)自重與尺寸。纖維材料的單位面積重量只有200～300g/m2，同時(shí)厚度一般不超過0.167mm，基本不改變結(jié)構(gòu)自重，還能按照補(bǔ)強(qiáng)要求實(shí)施多層粘貼，這是其他加固方法無法實(shí)現(xiàn)的。

（2）適應(yīng)構(gòu)件外形，成型比較方便。對(duì)于形狀復(fù)雜、特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固時(shí)，傳統(tǒng)方法施工流程往往十分復(fù)雜，但該方法能降低施工難度和復(fù)雜度，縮短加固工期，降低相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)成本。

（3）不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成損壞。只采用專門的膠黏劑將預(yù)先準(zhǔn)備好的纖維材料粘貼到待加固結(jié)構(gòu)的表面，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響相較于其他加固方法要小。

（4）可大幅提高結(jié)構(gòu)自身承載力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，采用該方法完成加固后，若粘貼3層，則結(jié)構(gòu)延性可以提高至少60%，其原理為纖維材料能限制結(jié)構(gòu)發(fā)生變形與破壞。

（5）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕能力強(qiáng)。在酸性或堿性條件下基本不會(huì)發(fā)生反應(yīng)，能減少防腐成本，加固質(zhì)量效果相較于其他方法更易于保證。

3.6 預(yù)應(yīng)力法

基于預(yù)應(yīng)力技術(shù)的結(jié)構(gòu)加固方法廣泛應(yīng)用于橋梁工程。相較于其他結(jié)構(gòu)，橋梁有很大的恒載，結(jié)構(gòu)加固時(shí)必然承受很大的荷載，使加固材料和原結(jié)構(gòu)之間無法一同作用，產(chǎn)生滯后性，而預(yù)應(yīng)力法能從本質(zhì)上解決這一問題。按照具體加固方式的不同，預(yù)應(yīng)力法可分為黏結(jié)法與體外法兩種。

3.7 改變受力體系法

該方法借助托梁實(shí)施拔柱或通過增加支點(diǎn)促使結(jié)構(gòu)受力體系產(chǎn)生變化，其中以增加支點(diǎn)數(shù)量的方法較為常用，其主要優(yōu)勢為能減小力矩、跨中截面部位的撓度、裂縫縫寬，提升橋梁結(jié)構(gòu)受力性能。另外，該方法在施工可操作性上具有很大優(yōu)勢，故得以廣泛使用，其缺點(diǎn)是會(huì)減小橋梁優(yōu)先使用空間。

4 橋梁加固方法選用原則

通過以上分析可知，橋梁加固方法多種多樣，在實(shí)際情況中選取具體加固方法時(shí)，要充分考慮以下原則：

（1）盡可能減小交通影響。對(duì)于仍需使用的橋梁，在加固過程中不能長時(shí)間中斷正常交通，或盡可能減小給交通造成的影響，這是選擇加固方式時(shí)必須充分考慮的因素，同時(shí)也是橋梁加固時(shí)必須達(dá)到的基本目標(biāo)。

（2）綜合比選裂縫加固方案的過程中，要綜合考慮橋梁與交通的承載力和橋梁自身實(shí)際狀況，不同裂縫加固方式的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件不同，在某一座橋梁中較為適用的裂縫加固方案不一定適合其他橋梁，所以在方案設(shè)計(jì)過程中必須結(jié)合實(shí)際，保證加固方案的針對(duì)性。

（3）在確定加固方案時(shí)還應(yīng)考慮耗時(shí)與成本，從機(jī)械設(shè)備、材料、人工與后期養(yǎng)護(hù)方面綜合比選方案的經(jīng)濟(jì)性，綜合考慮現(xiàn)場施工條件和環(huán)境因素，選擇經(jīng)濟(jì)合理的方案；分析外部環(huán)境可能給結(jié)構(gòu)耐久性造成的影響，以保證最終方案的可行性。

（4）如果方案的經(jīng)濟(jì)性差，則可拆除部分結(jié)構(gòu)重新建設(shè)，不可局限于僅對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)施加固。

5 結(jié)語

綜上所述，橋梁在施工與使用期間均可能產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的原因主要有溫度、荷載、地基變形與混凝土收縮。裂縫一旦產(chǎn)生，如果沒有得以及時(shí)有效的處理，可能造成嚴(yán)重破壞，產(chǎn)生安全隱患，因此應(yīng)在及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂縫的同時(shí)，根據(jù)裂縫的形狀、產(chǎn)生原因，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，選擇適宜的修補(bǔ)或加固技術(shù)，消除裂縫，并改善結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能，延長橋梁使用壽命。