桥梁裂缝之道路桥梁裂缝形式与施工处理
【摘 要】道路桥梁裂缝是基础建设中重要的建筑形式，由于设计、施工、使用等方面的原因，容易导致桥梁裂缝的产生，严重威胁到了桥梁结构的安全和使用寿命。文章介绍了常见的裂缝形式，并剖析了桥梁裂缝产生的几种原因。阐述了常用的修补与加固施工处理方法，并重点介绍了碳纤维桥梁补强与加固技术。
【关键词】道路桥梁 裂缝形式 产生原因 施工处理
1.概述
随着国民经济的健康快速发展，我国的公路道路建设赢来了前所未有的发展和挑战，道路桥梁的工程量呈现出逐年持续上涨的态势。板式桥、斜拉桥、悬索桥、钢筋混凝土拱桥等，是较为常见的桥梁建筑形式。由于设计、施工等方面的原因，导致道路桥梁在修建和使用的过程中出现了诸多问题，裂缝是一种较为常见的缺陷形式。前些年出现的混凝土结构建筑维修高潮，耗费了大量的人力、物力、财力。随着是交通量的迅猛增长，使得道路桥梁的负荷日益加重，其承载能力出现了较为明显的不足，影响到了道路桥梁的安全与耐用。近年来发生的一些桥梁质量事故，更为世人敲响了警钟。如何有效预防和处理道路桥梁的裂缝，通过维修加固以提高其承载能力和使用寿命，成为摆在我们面前的新课题。
2.常见的桥梁裂缝形式
由于环境温度的变化或施工养护过程采取的措施不当，容易使桥梁的拱肋、梁板等部位结构刚度不够，导致承载力下降、出现裂缝，X裂缝、垂直裂缝是较为常见的裂缝形式。车辆长期通行反复形成冲击载荷，会使桥梁出现伸缩性破坏，常见的裂缝形式为水平裂缝，严重时会导致制作出现剪切变形。八字裂缝主要是由于建筑材料的不合格引起的，容易使桥梁产生塑性变形。混凝土结构表面则易出现蜂窝、麻面等缺陷形式，导致桥面出现坑洼不平，严重时会形成网状裂缝。而桥梁的梁体和墩台容易出现局部破损，导致钢筋裸露受到周围环境的腐蚀，出现基础滑移倾斜、甚至沉降脱空。
根据桥梁裂缝深度的不同，可以分为表面浅层裂缝、深层延伸裂缝、以及贯穿于整个结构断面的分离裂缝。按照裂缝的开度变化，分为死裂缝、活裂缝和增长裂缝。其中，死裂缝的长度与宽度不会发生变化，而活裂缝的宽度则会随着条件的变化而变化，增长裂缝的长宽通常随着时间逐步增大。究其产生的原因，裂缝又可分为干缩裂缝、冻胀裂缝、钢筋锈蚀裂缝、温度裂缝、超载荷裂缝等。归纳而言，无论是由于结构载荷的变化，还是变形作用和环境的变化，都会引起桥梁裂缝的产生[1]。
3.道路桥梁裂缝产生的原因
3.1载荷变化引起的裂缝
道路桥梁大多采用的是混凝土结构，容易产生直接应力裂缝和次应力裂缝。直接应力裂缝产生于外载荷引起的直接应力，归结于设计、施工和使用的三个阶段。在设计时，由于计算方面存在着一些问题，例如计算假设与模型的不合理、计算的错误或漏算、以及安全系数强度的不足等。设计与施工的衔接不到位，图纸中对于一些细节没有交代清楚，都会引起混凝土开裂。运输安装及施工过程中操作的不规范，使用过程在中超重车辆通行、车辆船舶的碰撞、恶劣天气等因素的影响，都会混凝土产生开裂而形成裂缝。
二次应力是指由外载荷引起的次生应力，在设计外载荷的作用下，次应力会导致桥梁某些部位的结构开裂。在设计中常采用开槽凿洞、设置牛腿等方法，在施工中根据实际经验增设受力钢筋，使得应力流产生绕射，集中到孔洞的附近。对于长跨型桥梁来说，截面的刚度变化会形成应力集中，需要将钢束截断并增设锚头，以避免裂缝的产生[2]。载荷变化而引起的裂缝，呈现出不同的分布和特点，通常都位于受拉伸和剪切的区域。
3.2温度的变化
混凝土结构的道路桥梁，长期置于阳光、大气、水化热等环境温度的影响下，容易随温度的变化而产生收缩和膨胀，形成温度应力。当温度应力大于抗拉极限强度时，裂纹变化产生，形成所谓的温度裂缝。尤其是对于大体积的混凝土浇注来说，结构整体往往没有设置温度隔离层，当温度变化较大时，极易形成较大的拉应力而导致约束裂缝的产生。引起温度变化的因素很多，季节的变化会形成较为固定和幅度较大的温差，一天当中不同时段日照也会很大的温度差异，雨雪天气的影响会导致温度的骤降，施工浇筑之后的水泥容易产生水化放热，这些因素都会导致温差而形成裂缝。
3.3材料及工艺的原因
混凝土由水泥、砂子、骨料等成分组成，在实际使用中，材料质量的不合格、搭配比例的不协调，都容易导致裂纹的出现。例如，安定性不合格的水泥灰降低混凝土的抗拉强度，砂石粒径过小会影响混凝土的强度，碱性骨料反应会导致强度降低甚至开裂。施工工艺的不合理、质量的不达标，更加容易形成各种各样的裂缝。过厚的混凝土保护层会降低构建的有效高度，产生垂直方向的裂缝；浇筑速度过快会导致流动性低、沉实效果不佳，易形成收缩裂缝；拆模过早、安装顺序不正确，都会导致道路桥梁裂缝的产生。
4.道路桥梁裂缝的施工处理
裂缝产生的原因多而复杂，产生的因素通常不止一种，并且在其他因素共同作用下，加剧了裂缝的发展和劣化。因此，需要认真分析归纳裂缝产生的原因，并且将裂缝形式与影响的因素一一对应。通过小范围的详细调查分析，从而确定合理的施工处理方法。
4.1常用修补方法
在对裂缝进行修补时，应当准确地分析裂缝产生的原因、确定适宜的修补方法，充分考虑到修补的环境条件、安全可靠、时间效益等因素，以达到修补的目的。采用抹浆填缝使表面裂缝封闭的方法，称为表面封闭修补法；压力灌浆修补法则采用水泥或化学材料灌浆，以修补结构内部的裂缝。在结构表面粘贴钢板等材料，不仅能够封闭裂缝，还可以增加强度和刚度。体外预应力加固修补法，在提高梁体承载能力和耐久性的同时，可以有效防止裂缝的产生。整体而言，修补的方法可以划分为两大类。一类是为了结构的持久耐用，多采用表面封闭修补法；而另一类是在保证耐用的基础上，提高受力的强度和要求，常采用压力灌浆修补法，适用于深度较大、孔隙较多的工况。
4.2道路桥梁裂缝加固方法
桥梁加固的方法有很多，大体可以归纳为两类。一类为被动加固，不改变现有的受力状态，以粘贴钢板加固法为代表；另一类为主动加固，需要增加外加预应力，现有受力状态发生变化。增大截面加固法通过增大原有的截面面积，能够提高结构的承载能力，不仅施工工艺简单且适用性较强。外包钢加固法又可分为干式和湿式两种，不需要增大截面面积就能够大幅度的提升承载能力，施工量小且加固效果好，但开孔较多且需进行防腐预处理。
粘贴钢板加固法采用树脂或胶作为粘贴剂，在结构物的受力薄弱区域之间粘贴钢板，从而提高刚度和抗变形能力。施工速度快、环境影响小，应用普及情况较好，但对工艺和操作水平的依赖性较大，需要对钢板采取防锈蚀保护措施[3]。锚栓―钢板加固法利用铆钉、锚栓等紧固件，将结构物与钢板加固为一个受力整体，不仅能够充分发挥钢板的延伸特性，还可以有效的提升结构的抗弯曲变形能力和承载能力。
碳纤维材料最早由于军事和航空领域，逐步应用到道路桥梁的加固施工处理之中，具有无磁绝缘、疲劳强度高等特点。碳纤维加固法以高强度、低重量、腐蚀性小、操作简单等优点著称，在混凝土结构物的维修加固中有着较为广泛的应用。材料的匀质性较好，预浸的树脂能够增强纤维之间的约束与粘贴，形成一个受力均匀的有机整体。补强物尺寸小、重量轻，不会改变原有结构的形状和重量，且对酸碱类介质有着较高的抗腐蚀性，极大的提高了桥梁结构的强度、刚度和抗裂性能。
参考文献
【1】贾庆锋.道路桥梁裂缝形式与施工处理[J].黑龙江交通科技.2011（09）
【2】闫兵，王涛.道路桥梁工程的常见病害与施工处理技术[J].桥梁与隧道工程.2014（08）
【3】贾丽巍，吕展声.预应力混凝土连续梁桥裂缝的防治[J].中南公路工程.2003（01）
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