公路桥梁裂缝成因及修补加固技术分析.pdf

总657期2023年第27期（9月 下）0 引言近年来，随着经济的高速发展，交通量、载重量日益增大，部分现役公路桥梁产生了较为严重的裂缝病害，急需进行维修加固。但由于公路桥梁裂缝种类多样，且形成原因复杂，加之当前裂缝处治技术较多，如何准确了解裂缝形成原因，从而采取科学有效的处治措施对裂缝进行修复处理，已成为当前面临的主要难题。为此，针对公路桥梁裂缝成因及防治修补技术展开综合分析，对提升裂缝修补水平，保证公路桥梁裂缝修补质量具有重要意义。1 公路桥梁裂缝形成原因公路桥梁工程裂缝形式较多，不同类型的裂缝形成原因存在显著差异，为有效提升桥梁养护效果，保证裂缝修补质量，应对裂缝成因进行全面分析。1.1 温度引起的裂缝温度裂缝主要是由于水泥水化反应、阳光直射、气温变化等各方面因素影响，导致混凝土结构产生热胀冷缩现象，当温度应力高于结构内部约束力时便会形成裂缝。1.2 荷载引起的裂缝桥梁工程在建设及运营期间，会受到多种荷载作用，如重力荷载、施工荷载、环境荷载、交通荷载等，在各种荷载长期作用下，桥梁结构便会产生破坏，从而引发裂缝。1.3 地基变形引起的裂缝公路桥梁建设及运营过程中，基础会产生差异性沉降或水平位移等状况，导致结构受力状态发生变化，产生附加应力效应，使桥梁结构出现裂缝。基础产生差异性沉降的具体原因如下：1）前期地质勘察不准确，导致勘察报告与现场实际地质条件差异较大，在进行施工计算时存在较大偏差。2）结构基础形式差异性较大：桥梁施工区域采用的基础类型较多，导致不同基础部位容易产生差异沉降。3）施工区域内地质差异较大：如位于河谷地段的桥梁工程，在山坡及河谷地段的地基地质状况差别较大，压缩性能存在显著差异等。1.4 混凝土收缩引起的裂缝混凝土固结时，会出现收缩现象。而混凝土收缩会引发桥梁结构变形，从而造成结构开裂。混凝土收缩主要包括两种类型，即干缩与塑性收缩。其中，干缩主要指的是随着混凝土强度的增加，内部水分逐渐散失，湿度下降，使得体积缩小。塑性收缩主要是由于混凝土表面失水过快所致，通常在干热或大风天气较为常见，裂缝中部较快，两端较细，主要影响因素包括水灰比、风速、温度、湿度等。2 桥梁裂缝修补技术桥梁裂缝不仅影响桥梁美观度，且会降低桥梁结构承载性能，威胁桥梁使用安全。因此，必须采取科学手段对桥梁裂缝进行修复处理，以有效防止裂缝发展，避免形成更加严重的质量病害，保证结构使用寿命。在对裂缝进行修补处理前，应对裂缝情况进行详细调查，全面了解裂缝形态、范围及具体尺寸，并充分考虑裂缝成因、经济性、安全性等各方面问题，科学选择修补方法、时机和所用材料，保证修补效果。通常采用如下方法进行修补。2.1 表面封闭修补法此方法主要应用于非压力裂缝或轻微裂缝（缝宽小于0.2 mm），修补顺序为：清表开槽填补喷浆填缝。此方法仅能用于表面裂缝修补，对于深度较大的裂缝效果较差。收稿日期：2023-05-14作者简介：王勇（1985），男，工程师，从事公路桥梁施工与养护工作。公路桥梁裂缝成因及修补加固技术分析王勇（黔南公路建设养护有限公司，贵州 都匀 558000）摘要：公路桥梁运营过程中，由于交通荷载、自然环境及人为破坏等各方面因素影响，极易产生裂缝问题，威胁交通安全，影响公路寿命。采用科学手段对公路桥梁裂缝进行修复处理，提高结构承载力，恢复公路桥梁使用功能，是确保交通运输安全的重要前提。基于此，通过系统分析混凝土桥梁的裂缝产生机理，总结了桥梁裂缝修补技术及加固方法，并提出了桥梁加固方法的选用原则，旨在为桥梁裂缝防治与修补技术提供参考。关键词：公路桥梁；桥梁裂缝；施工荷载中图分类号：U445.4文献标识码：B112交通世界TRANSPOWORLD2.2 压力灌浆修补法该方法主要利用水泥或其他材料对裂缝进行修补，使浆体材料完全充满裂缝，达到闭合裂缝的目的。此方法能有效提升结构承载性能，保证结构使用寿命，通常用于裂缝数量较多且宽度较大的裂缝修补。2.3 缝隙表面粘贴法此修补方法主要通过在结构裂缝表面粘贴加固材料，达到修补裂缝，提高结构承载力的目的。2.4 体外施加预应力修补法此方法主要是在桥梁结构表面施加预应力作用，从而有效闭合裂缝，提高结构承载性能。3 桥梁结构性裂缝加固方法裂缝加固主要是指当桥梁出现危及结构承载性能的结构性裂缝时，通过对桥梁进行加固处理，增强结构整体强度、刚度、稳定性，确保满足实际使用需求。现阶段，常用的桥梁加固方法种类较多，主要包括以下几种：3.1 增大构件截面加固法增大构件截面加固法主要是在原始混凝土结构表面浇筑混凝土，以增大其截面尺寸，从而达到增强结构承载性能的目的。此方法是当前应用最为普遍及适用范围最广的方法。根据增大截面部位不同，主要分为顶部加固和底部加固两种形式。其中，顶部加固主要是对桥面铺装层或面板进行加厚处理，以有效完善原始结构应力分布状况，提高结构承载力。底部加固主要是针对主梁底部进行加固处理，在增大结构截面尺寸的前提下，增大钢筋截面积，同时对原始结构表面进行处理，以有效提升整体加固质量。此加固技术较为成熟，可显著提升结构强度、刚度，且计算较为简单。3.2 外包钢加固法该加固方法主要通过在原始桥梁结构表面包裹钢材，从而有效提高结构承载力。该方式主要针对结构截面尺寸较大，且结构承载性能较低的状况，主要包括湿式外包和干式外包两种情况。该方法的主要优势在于施工简便、受力均衡，相较于其他加固方式效果更佳。其缺点主要为：在对梁体进行加固时，钻孔数量较多，尤其对于梁体端部加固，节点处治难度较大，外包钢材防腐难度较大等。3.3 锚栓-钢板加固法此加固方式主要是利用高强锚钉、高强螺栓、承压螺栓等优质材料将钢板固定于结构裂缝表面，形成整体结构，共同承受结构荷载作用。该加固方法，钢板强度、稳定性较高，能有效发挥承载性能，尤其适用于高强混凝土结构加固处理，且能显著提升结构抗弯能力，保证使用寿命。3.4 粘贴钢板加固法粘贴钢板加固与锚栓-钢板加固法较为相似，主要是通过在结构表面粘贴高强度钢板，使之与桥梁结构形成整体结构，共同承担荷载作用，以有效提升结构抗弯性能，达到增强结构强度、稳定性的目的。粘贴钢板加固主要针对混凝土受拉区进行加固，能有效增强结构抗弯、抗剪、抗裂能力，且不改变结构截面尺寸，保证建筑有效使用面积。随着此加固方法的应用，逐渐暴露出诸多缺陷，由于其加固效果受施工人员技术水平影响较大，且钢板在动载作用下的抗疲劳性能相对较差，因此其实际应用效果仍需进一步研究。3.5 高强复合纤维加固法碳纤维增强材料（CFRP）是一种新型材料，其自重较轻、强度较高，且具有优良的绝缘性能，早期主要应用于军事领域，后续随着研发技术的逐步完善及生产成本的下降，相继被应用于赛车及民用行业。现阶段，CFRP在桥梁加固领域得到了大规模应用，并研发了高强复合纤维加固技术。此加固方法主要通过高黏性材料将CFRP粘贴于结构裂缝表面，使其与原始结构形成整体，共同承担荷载作用，从而达到控制裂缝发展的目的，全面提升结构承载力。高强复合纤维材料在桥梁加固领域的应用研究，最初是由我国科研人员在1996年展开的，并取得了较为显著的成就，同时在工程实践中得到了成功应用。如2000年在宁和高速3#桥梁维修加固中首次采用CFRP进行加固处理，加固效果显著。采用CFRP对桥梁进行加固具有诸多优势，具体情况如下：1）不改变结构自重及截面尺寸。CFRP重量较轻，为 200300 g/m2，厚度为 0.1110.167 mm，同时黏结材料自重也很轻，因此，采用CFRP进行加固基本不会对结构自重及尺寸造成影响，可确保建筑的有效使用面积。此外，CFRP材料可根据具体加固要求进行多层粘贴，具有其他加固方式无法比拟的优势。2）造型灵活，成型方便。桥梁结构加固时，不可避免会存在异形构件，采用传统加固方式施工难度较大，且加固效果较差，而采用CFRP进行加固处理可有效克服此类困难，显著降低加固难度及成本。3）对原始结构破坏较小。采用CFRP对桥梁结构进行加固，主要通过高强度黏结材料将CFRP黏结于结构表面，与传统加固方式相比，对原结构破坏较小。4）提升结构承载性能。相关研究显示，利用CFRP材料对桥梁结构进行加固时，如连续粘贴三层，则结构强度、刚度、稳定性显著增大，梁体结构延性可达到60%以上。充分表明碳纤维布能有效控制结构变形。5）防腐性能优良。CFRP材料性质较为稳定，具113总657期2023年第27期（9月 下）有较强的抗腐蚀性能，在酸性或碱性环境下不易发生化学反应，可降低防腐费用。6）加固效果好。相较于传统加固技术，粘贴CFRP加固效果更加显著。由于CFRP材料属于柔性材料，有效粘贴面积可达100%，因此更加容易与被加固结构形成整体，有效提高加固效果。3.6 预应力加固法当前，预应力技术在建筑行业取得了良好的应用效果。同时，预应力加固法在桥梁结构裂缝加固处理中也得到了大规模应用。相较于其他结构形式，桥梁工程结构具有较大恒定荷载，在对其进行加固处理时，结构自身仍旧受到较大荷载作用，使加固材料难以真正发挥主要承载作用，且存在较大滞后性，严重影响加固结构耐久性。因此，为有效解决加固材料应力滞后问题，保证加固材料耐久性能，对加固材料施加预应力是最有效的方法，以此形成预应力加固系统。根据加固形式的不同，可将预应力加固分为两种类型，即：有黏结加固和体外加固。3.7 改变受力体系加固法改变受力体系加固法主要是通过设置托梁或增加结构支点的方法改变结构受力状态，使结构受力更加合理，从而有效提升结构稳定性。工程实践中，增加桥梁结构支点应用最为普遍，通过增设支点，能有效缩短桥梁跨度及在荷载作用下形成的力矩，显著提升桥梁结构承载能力；同时，能有效控制桥梁结构跨中挠度变化，闭合结构裂缝，达到桥梁加固的目的。此外，相较于传统加固方法，其施工较为简便，适用性更强。主要缺点在于会减小桥梁有效使用面积。4 桥梁加固方法的选用原则4.1 对交通的影响较小桥梁加固与其他建筑结构加固存在的明显不同，加固时不得影响结构正常使用。因此在对桥梁进行加固过程中，结构表面仍旧存在外部荷载作用，在进行桥梁加固方案选择时，除考虑经济性、技术性、可行性外，还应充分考虑动载作用影响，以有效确保加固效果，并尽可能降低对现状交通的影响。4.2 针对性强在对桥梁进行加固处理时，应结合桥梁具体质量状况、承载要求、交通荷载状况、环境条件等各方面因素，科学选择加固方案。由于各种加固方法均有各自独有的适用范围及优势，且在工程特性方面也存在较大差异，适用于该桥梁的最佳加固方法并不一定适合于其他桥梁，因此在选择加固方案时，应以待加固对象作为评价标准，以有效提升加固方案设计的针对性、合理性，保证结构加固效果。4.3 经济性、可行性、耐久性较为明显桥梁加固方案选择应根据施工现场地质、水文、气候等环境条件，并结合桥梁加固所需的施工机具、材料、人员及后续维护等各方面成本，进行综合比较，在确保加固质量满足要求的前提下，选出经济性、耐久性最佳的加固方案，从而提高项目建设的综合效益。4.4 灵活性桥梁加固处理时应根据实际情况进行灵活分析，如果加固方案经济性较差，则可采取局部拆除重建的方案进行处理，并非仅局限于加固处理。5 结束语综上所述，公路桥梁工程作为最主要的交通基础设施，对地区经济发展具有十分重要的作用。但随着桥梁运营年限的不断增加，桥梁结构会产生裂缝等质量病害，降低结构承载性能，威胁使用安全，必须进行加固处理。为此，本文详细分析了桥梁裂缝成因，并全面介绍了各种维修加固措施，指出了各种加固措施的适用范围及优缺点，实际加固处理时，应根据桥梁结构具体质量状况、承载要求、交通荷载状况、环境条件、经济性、可行性、耐久性等因素，科学选择加固方法，从而有效提升加固效果，保证桥梁加固质量。参考文献：1 石晓磊.公路桥梁裂缝成因与预防对策J.交通世界，2023（8）：153-155.2 金建鹏.公路桥梁设计与施工中裂缝成因及预防分析J.运输经理世界，2023（6）：130-132.3 马宝强.公路桥梁设计与施工中裂缝成因及预防分析J.中国储运，2023（1）：119-120.4 黄辉.道路桥梁裂缝成因及应对措施分析以广东省某新建高速公路为例J.工程技术研究，2022，7（23）：131-133.5 厚龙宝.公路桥梁养护维修中裂缝成因的分析及处治措施J.科学技术创新，2022（24）：109-112.6 沈鹏.公路桥梁裂缝的成因与预防技术J.交通世界，2021（35）：141-142.7 葛强，刘洋.公路桥梁施工中混凝土裂缝成因与防治措施J.运输经理世界，2021（22）：15-17.8 奉光友.公路桥梁施工中裂缝成因及预防措施J.交通世界，2021（14）：119-120.9 郑明波.公路桥梁施工中混凝土裂缝成因及控制措施J.交通世界，2021（13）：117-118.114