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中图分类号: TV331 文献标识码: A
一、前言
最近几年,我国桥梁建设得到了飞速发展,全国各地的桥梁如雨后春笋般出现。随之而来的,是桥梁混凝土裂缝的产生。如何减少这些裂缝的产生,以及合理修复裂缝是一项需要探索的问题。
二、桥梁混凝土裂缝的原因
1.因温度变化引起的裂缝
混凝土有热胀冷缩性质, 混凝土受水泥水化放热、阳光照射、大气及周围温度等因素影响而出现冷热变化时, 将发生收缩和膨胀产生温度应力, 温度应力超过混凝土强度时即产生裂缝。温度裂缝区别其他裂缝最主要特征是将随化而扩张或合拢。引起温度变化的主要施工因素有:
(一)水化热
出现在施工过程中,大体积混凝土(厚度超过2.0m)浇筑之后由于水泥水化放热,致使内部温度很高,内外温差太大,致使表面出现裂缝。
(二)蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当,混凝土骤冷骤热,内外温度不均,易出现裂缝。
(三)预制箱梁之间横隔板安装时,支座预埋钢板与调平钢板焊接时,若焊接措施不当,铁件附近混凝土容易烧伤开裂。采用电热法张拉预应力构件时, 预应力钢材温度可升高至350℃,混凝土构件也容易开裂。
2.因收缩引起的裂缝
混凝土收缩(主要是塑性收缩和缩水收缩) 是发生混凝土体积变形产生裂缝的主要原因。塑性收缩发生在混凝土浇筑后4h~5h 左右,由于水泥水化反应,出现泌水和水分蒸发,造成混凝土失水收缩,受到钢筋、骨料的阻挡,在混凝土内部由于塑性收缩产生张拉应力,混凝土尚未硬化,强度较低, 便形成沿钢筋方向的裂缝。混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,产生缩水收缩。因混凝土表层水分损失快, 内部损失慢。因此,产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩, 表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时, 便产生收缩裂缝。混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝,裂缝宽度较细,且纵横交错,呈龟裂状,所以形状没有任何规律。
3.原材料质量引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、骨料、水及外加剂组成。混凝土所采用的材料质量不合格,可能导致结构出现裂缝,主要表现在以下几点:
(一)水泥
(1)水泥安稳性不合格, 水泥中游离的氧化钙含量超标。
(2)水泥出厂时强度不足, 使混凝土强度不足,导致混凝土开裂。
(3)当水泥含碱量较高(例如超过0.6%),同时又使用含有碱活性的骨料, 可能导致碱骨料反应。
(二)砂石骨料
砂石粒径太小、级配不良、空隙率大,将导致水泥与拌和水用量加大, 影响混凝土的强度,使混凝土收缩加大,如果使用超出规定的特细砂, 后果更严重。砂石中云母的含量较高, 将削弱水泥与骨料的黏结力,降低混凝土强度。砂石中含泥量高,不仅将造成水泥与拌和水用量加大, 而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。砂石中有机质和轻物质过多, 将延缓水泥的硬化过程,降低混凝土强度,特别是早期强度。砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应,体积膨胀2.5 倍。
(三)拌和水及外加剂
拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土, 或采用含碱的外加剂,可能引起碱骨料反应。
三、公路桥梁混凝土裂缝的预防
1.预防措施
桥梁裂缝中一般采用的主要预防措施是:钢筋表面涂上一层防腐材料,应提前对混凝土加强养护,还要增加养护的时间,尤其是在温度比较低的冬季,要涂刷一些养护剂,增加混凝土早期的强度延长混凝土保温养护时间,防止混凝土出现干缩现象,尽量多采用粉煤灰水泥或者中低热的水泥。这些类型水泥的收缩量比较小,还可以减少水泥的总用量比较节约。不管是水泥还是添加剂都要选择无碱成分或者是低碱成分的。
2.表面的养护
在施工的过程中当混凝土铺设完毕后,为了保证混凝土在最终凝固前表面的湿润状态,可以在混凝土表面上铺盖一层塑料膜或是草垫子、麻片等覆盖物,在必要时也可以喷一些养护剂,这样可以防止因水散发太快所导致的干裂形成的裂缝。
3.施工技术措施
当混凝土随着水灰比的值越大,其干缩成度就就会越来越厉害。因此在施工的过中当,一定控制好水灰比的大小,或是适当添加一些减水剂,以达到控制混凝土干缩的目的,对混凝土在搅拌和施工过程中的配合比例要进行严格的控制。
修补裂缝的方法很多,这里简要介绍如下几种。
1.表面抹灰修补法
(一)水泥砂浆涂抹
对于混凝土结构,可先将裂缝附近的混凝土表面凿毛,然后用1:1~1:2水泥砂浆涂抹其上,涂抹时不能有流水。涂抹总厚度一般为10~20 mm,砂浆砂子不宜太粗,一般为中细砂,水泥强度等级不要低于32.5级。
(二)环氧砂浆涂抹
先在裂缝上凿一V形槽,用铁丝刷刷清缝口。在裂缝四周涂一层环氧砂浆,如裂缝较深,垂直方向也可静力灌注,环氧砂浆可灌入0.5 mm的隙缝中。最后嵌入环氧砂浆,用刮刀使其平面与原混凝土平面相平。待环氧树脂硬化后即可应用。养护期间结构不宜受振、受潮,以保证修补质量。
2.填缝与凿槽嵌补
(一)填缝
填缝是砖石砌体裂缝修理中最简便的一种方法。操作时,将缝隙清理干净,根据裂缝的宽度不同分别用勾缝刀、抹子、刮刀等工具进行操作,所用灰浆通常采用1:2.5或1:3水泥沙浆,一般不得低于砌筑灰浆的强度。填缝处理后可在美观、耐久性等方面起到一定作用,而对砌体的整体性、强度等方面所起的作用甚微。
(二)凿缝嵌补
凿缝嵌补是沿混凝土裂缝凿一条深槽,然后在槽内嵌补各种粘结材料,如环氧砂浆、沥青、甲基丙烯酸脂类化学强剂等一种修补方法。
修补时先沿裂缝凿槽,槽形根据裂缝位置和填补材辩而定,缝槽形状通常多采用V形槽。槽的两边混凝土面必须修理平整,槽内要清洗干净,必要时可在填料前用丙酮擦一遍。如槽口外需要抹水泥砂浆或喷涂砂浆时,在凿槽时须一并将槽口外的混凝土表面凿毛,同时清理干净。用水泥砂浆填补.事先要保持槽内润湿(不应有积水),用沥青或环氧材料填补时,要保持槽内干燥,否则应先采取其他措施,使槽内干燥后再进行填补。
3.灌浆法
(一)对于较宽裂缝应进行压力灌浆处理。灌浆处理一般采用环氧树脂进行灌浆。
(二)对裂缝表面进行处理,沿裂缝用钢钎凿成 /V0 型槽或 /U0 型槽,槽宽与槽深可根据裂缝深度和有利于封闭来确定。凿缝时先沿裂缝打开,再向两侧加宽,凿完后用钢丝刷和气泵将混凝土碎屑、粉尘清除干净。
(三)埋设灌浆嘴的间距可根据裂缝的深度确定,埋设时先将灌浆嘴用环氧树脂胶泥粘贴在预定的位置上。
(四)裂缝封闭后,待密封胶泥达到一定强度后应进行压力试漏,检查密封效果。
(五)灌浆机具、器具在灌浆前应进行检查,运行正常方可使用。灌浆结束后立即拆除管道并用丙酮冲洗管道和设备。
(六)灌浆结束后用环氧树脂胶泥将灌浆处抹平,最后对每一道裂缝表面刷环氧树脂水泥浆,确保封闭严实,并使其颜色与桥梁混凝土尽量保持一致。
五、结语
通过对新时期下,桥梁混凝土裂缝产生的原因分析,进一步明确了当今桥梁维护的方向,为桥梁的管理以及优化完善奠定了坚实基础,有助于降低桥梁裂缝产生带来的风险。
参考文献:
[1]鲁百平 桥梁裂缝产生原因浅析 赤峰学院学报(自然科学版)2006(2)
裂缝的产生将直接导致混凝土结构内部钢筋的腐蚀,对结构物的耐久性产生影响,甚至影响其使用寿命,因此,加强对公路桥涵混凝土构造物裂缝调查、分析裂缝成因并及时予以修补,是桥涵构造物日常养护的重点,也是保证桥涵构造物正常使用年限的重要措施。
1 裂缝形成原因分析
影响混凝土结构开裂的因素是复杂的,涉及到材料使用不当、配合比设计不合理、施工质量低劣、结构设计失误、运营中超负荷工作以及结构物所处的自然环境不良等几项原因。分析裂缝成因根据危害性制定相应的修补处理方式,若不经分析或忽视原因分析就进行裂缝处理,往往会导致修补、加固无效而不得不再次修补及加固。
2 裂缝的主要危害性
裂缝对结构物危害主要表现在对结构强度和耐久性的降低。钢筋混凝土结构物一旦产生裂缝,对本身会产生安全上及使用上的影响。外部环境的有害成分侵入,会使裂缝部分持续扩大及劣化,造成使用性能的降低,而导致使用寿命的缩短,甚至会影响结构物的安全性。
2.1对结构强度的影响
结构物裂缝发生后,其本身的刚性、剪力强度、拉力强度、抗弯强度都会降低,并可能导致结构行为发生应力重分配,造成进一步的破坏。裂缝严重时,可能会使构材掉落而造成危害。
2.2对耐久性能的影响
裂缝对耐久性的影响,最主要的是加速混凝土中性化,使钢筋腐蚀速度变快,并因漏水、渗水,造成发霉、渗斑而使得保护层剥落,而缩短结构物的使用年限。
3 裂缝修补技术
修补裂缝的目的在于使结构因开裂而降低的功能和耐久性得以恢复。对于因承载能力不足所产生的裂缝,单纯修补已很不够,尚需进行补强加固。裂缝修补的根据是裂缝调查、原因分析及危害性评定。
裂缝修补方法主要有表面修补法,灌浆封堵法,结构加固法,混凝土置换法,电化学防护法等。目前根据裂缝部位及裂缝大小主要使用表面修补法、灌浆法、结构加固法。
3.1表面处理法
表面处理法是针对小于0.15mm的微细裂缝,采用环氧类封缝胶,涂刷于裂缝表面,达到恢复其防水性及耐久性的一种常用裂缝修补方法。该法施工简单,但胶体无法深入到裂缝内部。在表面防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,通常可以采用在裂缝的表面粘贴碳纤维布等措施。
表面处理法的施工要点是,先用钢丝刷将混凝土表面刷毛,清除表面附着污物,用水冲洗干净,干燥后再用封缝胶涂抹于混凝土表面缺损处,涂覆应均匀,不得有气泡。
3.2灌浆法
灌浆法是指施加一定的压力,将封缝胶灌入结构物内部裂缝深部,以达到封闭裂缝,恢复结构整体性、耐久性及防水性的目的。适用于裂缝宽度较大、深度较深的裂缝修补,尤其是受力裂缝的修补。主要施工程序如下
3.2.1埋设灌浆嘴
对于细而浅的裂缝,可用钢丝刷沿缝进行表面刷毛和清洁处理,然后骑缝用环氧胶泥粘贴灌浆嘴;对于宽而深的裂缝,宜沿缝开凿“V”槽,然后骑槽粘埋灌浆嘴;对于大体积混凝土结构上的很深裂缝,应骑缝钻孔或斜向钻孔至裂缝深部,然后在孔内埋设灌浆管。灌浆盒、灌浆嘴及灌浆管设于裂缝交叉处、较宽处、端部及裂缝贯穿处等部位。
3.2.2封缝
封缝目的在于使裂缝形成一个密闭的空间。对于不凿槽裂缝可用环氧胶泥封缝,先沿裂缝刷一道环氧树脂基液,后抹一层环氧胶泥。对于凿“V”型槽裂缝,可用水泥砂浆封缝,为加强砂浆与界面的粘着力,应先于槽面上刷一层环氧树脂浆液,然后才嵌填水泥砂浆。
3.2.3密封检查
为保证密闭缝体的密闭性及承受灌浆压力作用,应对封缝密封效果进行检查。办法是,待封缝胶泥或水泥砂浆固化后,沿缝涂一层肥皂水,并从灌浆嘴向缝中通入压缩空气,若无冒泡现象,表示密封效果良好,否则应予修补。
3.2.4配制浆液
灌浆材料要求粘结力强,可灌性好,目前长使用的是环氧树脂类胶液;胶液根据不同情况进行混合调制,稠度过大往往会使注胶的压力也大,粘稠度大影响注胶效果,持压时间也大影响施工进度。因此胶液的配置要结合实际情况灵活掌握。
3.2.5灌浆
启灌之前,先接通管道,打开灌浆嘴上气阀,用气压为0.2Mpa以上的压缩空气将管道及裂缝吹干净。灌浆顺序自下而上,由一端向另一端依次连续进行。灌浆压力以0.2~0.4Mpa为宜,压力逐渐升高,防止骤然加压对管道造成破坏。
3.2.6封口
灌浆后待缝内浆液初凝而不外流时,可拆除灌浆嘴,用环氧胶泥对灌浆孔进行封口抹平。进行灌浆封闭的缝要进行抽样开孔检查,以保证灌浆封闭质量。
3.2.7灌浆质量检查
灌浆密实情况,一般可采用钻芯法取样检查浆体的外观质量,测试浆体的力学性能。
3.3结构加固法
当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法:加大混凝土结构的截面面积、粘贴钢板加固、粘贴碳纤维布、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。其中粘贴钢板包括:注入法粘贴钢板和压粘法粘贴钢板。注入法粘贴钢板这种方法是在混凝土表面与钢板之间加垫块等使两者之间保持一定空隙,并用环氧树脂胶泥封闭四周,而后从注入口注入环氧树脂,同时排出空隙中的空气,由于是从一方注入因而容易残留气泡,施工时一般用木槌随时敲打钢板来确定是否灌实,这种施工法虽然费时,但即使混凝土表面不平整也可进行施工。压粘法粘贴钢板。这种施工方法是在混凝土表面及钢板表面各涂上1~2厚的环氧树脂,然后利用已固定在混凝土中的锚杆把钢板压紧在混凝土面上,随着环氧树脂被挤出,粘贴面之间的空气也被排出,用这种方法几乎不会残留气泡,粘结效果也好,此法适用于混凝土表面平整的场合。
3.4混凝土置换法
混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换人新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有:普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。
3.5电化学防护法
电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用,改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态。钝化钢筋,以达到防腐的目的。
4 预防和减少混凝土裂缝产生的措施
虽然现在混凝土裂缝修补的方法越来越多,效果也越来越好,但还是要在混凝土设计、施工、运营中做到以预防为主。设计单位应根据预测的运营情况、结构物所处的环境设计出相符合使用要求的结构形式;混凝土施工中温度控制要有具体要求,确定外加剂的品种和掺量,确保混凝土收缩与膨胀相抵消;混凝土配合比控制要求严格,计量要准确,坍落度抽检工作要加强,不能流于形式;混凝土振捣要密实,拆模后须及时养护;施工过程中还应经常观察模板的位移和混凝土浇捣的密实情况,不能漏振、过振;混凝土结构物运营过程中应避免超负荷工作,根据混凝土所处的环境还应做好混凝土防腐保护工作。
公路桥涵混凝土结构裂缝形式多样,裂缝成因复杂,只有在全面调查、认真分析之后,结合实际情况,制定出经济、可行高效的的修补方案,精心组织施工,方能确保裂缝修补成功、保证结构耐久性及安全性。
裂缝的产生将直接导致混凝土结构内部钢筋的腐蚀,对结构物的耐久性产生影响,甚至影响其使用寿命,因此,加强对公路桥涵混凝土构造物裂缝调查、分析裂缝成因并及时予以修补,是桥涵构造物日常养护的重点,也是保证桥涵构造物正常使用年限的重要措施。
1.裂缝形成原因分析
影响混凝土结构开裂的因素是复杂的,涉及到材料使用不当、配合比设计不合理、施工质量低劣、结构设计失误、运营中超负荷工作以及结构物所处的自然环境不良等几项原因。分析裂缝成因根据危害性制定相应的修补处理方式,若不经分析或忽视原因分析就进行裂缝处理,往往会导致修补、加固无效而不得不再次修补及加固。
2.裂缝的主要危害性
裂缝对结构物危害主要表现在对结构强度和耐久性的降低。钢筋混凝土结构物一旦产生裂缝,对本身会产生安全上及使用上的影响。外部环境的有害成分侵入,会使裂缝部分持续扩大及劣化,造成使用性能的降低,而导致使用寿命的缩短,甚至会影响结构物的安全性。
2.1对结构强度的影响
结构物裂缝发生后,其本身的刚性、剪力强度、拉力强度、抗弯强度都会降低,并可能导致结构行为发生应力重分配,造成进一步的破坏。裂缝严重时,可能会使构材掉落而造成危害。
2.2对耐久性能的影晌
裂缝对耐久性的影响,最主要的是加速混凝土中性化,使钢筋腐蚀速度变快,并因漏水、渗水,造成发霉、渗斑而使得保护层剥落,而缩短结构物的使用年限。
3.裂缝修补技术
修补裂缝的目的在于使结构因开裂而降低的功能和耐久性得以恢复。对于因承载能力不足所产生的裂缝,单纯修补已很不够,尚需进行补强加固。裂缝修补的根据是裂缝调查、原因分析及危害性评定。
裂缝修补方法主要有表面修补法,灌浆封堵法,结构加固法,混凝土置换法,电化学防护法等。目前根据裂缝部位及裂缝大小主要使用表面修补法、灌浆法、结构加固法。
3.1表面处理法
表面处理法是针对小于0.15mm的微细裂缝,采用环氧类封缝胶,涂刷于裂缝表面,达到恢复其防水性及耐久性的一种常用裂缝修补方法。该法施工简单,但胶体无法深入到裂缝内部。在表面防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,通常可以采用在裂缝的表面粘贴碳纤维布等措施。
表面处理法的施工要点是,先用钢丝刷将混凝土表面刷毛,清除表面附着污物,用水冲洗干净,干燥后再用封缝胶涂抹于混凝土表面缺损处,涂覆应均匀,不得有气泡。
3.2灌浆法
灌浆法是指施加一定的压力,将封缝胶灌入结构物内部裂缝深部,以达到封闭裂缝,恢复结构整体性、耐久性及防水性的目的。适用于裂缝宽度较大、深度较深的裂缝修补,尤其是受力裂缝的修补。主要施工程序如下
3.2.1埋设灌浆嘴
对于细而浅的裂缝,可用钢丝刷沿缝进行表面刷毛和清洁处理,然后骑缝用环氧胶泥粘贴灌浆嘴:对于宽而深的裂缝,宜沿缝开凿“V”槽,然后骑槽粘埋灌浆嘴;对于大体积混凝土结构上的很深裂缝,应骑缝钻孔或斜向钻孔至裂缝深部,然后在孔内埋设灌浆管。灌浆盒、灌浆嘴及灌浆管设于裂缝交叉处、较宽处、端部及裂缝贯穿处等部位。
3.2.2封缝
封缝目的在于使裂缝形成一个密闭的空间。对于不凿槽裂缝可用环氧胶泥封缝,先沿裂缝刷一道环氧树脂基液,后抹一层环氧胶泥。对于凿“V”型槽裂缝,可用水泥砂浆封缝,为加强砂浆与界面的粘着力,应先于槽面上刷一层环氧树脂浆液,然后才嵌填水泥砂浆。
3.2.3密封检查
为保证密闭缝体的密闭性及承受灌浆压力作用,应对封缝密封效果进行检查。办法是,待封缝胶泥或水泥砂浆固化后,沿缝涂一层肥皂水,并从灌浆嘴向缝中通入压缩空气,若无冒泡现象,表示密封效果良好,否则应予修补。
3.2.4配制浆液
灌浆材料要求粘结力强,可灌性好,目前长使用的是环氧树脂类胶液;胶液根据不同情况进行混合调制,稠度过大往往会使注胶的压力也大,粘稠度大影响注胶效果,持压时间也大影响施工进度。因此胶液的配置要结合实际情况灵活掌握。
3.2.5灌浆
启灌之前,先接通管道,打开灌浆嘴上气阀,用气压为0.2Mpa以上的压缩空气将管道及裂缝吹干净。灌浆顺序自下而上,由一端向另一端依次连续进行。灌浆压力以0.2~0.4Mpa为宜,压力逐渐升高,防止骤然加压对管道造成破坏。
3.2.6封口
灌浆后待缝内浆液初凝而不外流时,可拆除灌浆嘴,用环氧胶泥对灌浆孔进行封口抹平。进行灌浆封闭的缝要进行抽样开孔检查,以保证灌浆封闭质量。
3.2.7灌浆质量检查
灌浆密实情况,一般可采用钻芯法取样检查浆体的外观质量,测试浆体的力学性能。
3.3结构加固法
当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法:加大混凝土结构的截面面积、粘贴钢板加固、粘贴碳纤维布、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。其中粘贴钢板包括:注入法粘贴钢板和压粘法粘贴钢板。注入法粘贴钢板这种方法是在混凝土表面与钢板之间加垫块等使两者之间保持一定空隙,并用环氧树脂胶泥封闭四周,而后从注入口注入环氧树脂,同时排出空隙中的空气,由于是从一方注入因而容易残留气泡,施工时一般用木槌随时敲打钢板来确定是否灌实,这种施工法虽然费时,但即使混凝土表面不平整也可进行施工。压粘法粘贴钢板。这种施工方法是在混凝土表面及钢板表面各涂上1~2mm厚的环氧树脂,然后利用巳固定在混凝土中的锚杆把钢板压紧在混凝土面上,随着环氧树脂被挤出,粘贴面之间的空气也被排出,用这种方法几乎不会残留气泡,粘结效果也好,此法适用于混凝土表面平整的场合。
3.4混凝土置换法
混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一 种有效方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换人新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有:普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。
3.5电化学防护法
电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用,改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态。钝化钢筋,以达到防腐的目的。
4.预防和减少混凝土裂缝产生的措施
虽然现在混凝土裂缝修补的方法越来越多,效果也越来越好,但还是要在混凝土设计、施工、运营中做到以预防为主。设计单位应根据预测的运营情况、结构物所处的环境设计出相符合使用要求的结构形式;混凝土施工中温度控制要有具体要求,确定外加剂的品种和掺量,确保混凝土收缩与膨胀相抵消;混凝土配合比控制要求严格,计量要准确,坍落度抽检工作要加强,不能流于形式;混凝土振捣要密实,拆模后须及时养护;施工过程中还应经常观察模板的位移和混凝土浇捣的密实情况,不能漏振、过振;混凝土结构物运营过程中应避免超负荷工作,根据混凝土所处的环境还应做好混凝土防腐保护工作。
结束语;
公路桥涵混凝土结构裂缝形式多样,裂缝成因复杂,只有在全面调查、认真分析之后,结合实际情况,制定出经济、可行高效的的修补方案,精心组织施工,方能确保裂缝修补成功、保证结构耐久性及安全性。
近年来,我国市政交通基础建设得到迅猛发展,各地兴建了大量的混凝土桥梁。在市政桥梁建造和使用过程中,有关因出现裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的报道屡见不鲜。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”,经常困扰着桥梁工程。其实,如果采取一定的设计和施工措施,很多裂缝是可以克服和控制的。为了进一步加强对市政桥梁结构裂缝的认识,尽量避免工程中出现危害较大的裂缝,本文尽可能对市政桥梁结构裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析、总结,以方便设计、施工找出控制裂缝的可行办法,达到防范于未然的作用。
1 市政桥梁结构裂缝问题产生的原因
1. 1 市政桥梁自身应力产生的裂缝
桥梁自身的应力产生裂缝的种类分为桥梁收缩引起的裂缝和温度差异引起的裂缝两大类,下面将对其具体分析。第一,桥梁收缩引起的裂缝问题。桥梁的收缩实际上是因为砼在进行凝固的时候内外的收缩不均匀,导致表面上的砼所受到的拉力远远超过了抗拉的强度,从而出现了桥梁的裂缝。市政桥梁在施工的过程中,混凝土筑后 4 小时左右时,水泥水化的反应异常激烈和活跃,此时也是分子链逐渐产生和形成的关键时期。分子链形成的时候会出现泌水,这就说明混凝土并没有完全硬化,这就导致塑性收缩的产生。另外,混凝土硬化以后,混凝土表面的泌水会逐渐蒸发,温度也会下降,这时候混凝土的体积会减小,所以会出现缩水干缩的情况。
1. 2 温度差异引起的裂缝问题
温度差异引起的裂缝实际是砼在水泥的凝固过程中放热、太阳光的强烈照射、电弧进行焊接时引起的温度变化,在这些温度的变化下,能够引起收缩和膨胀的情况发生,导致温度应力超过砼所能承受的强度,从而出现桥梁裂缝。每年的温度均存在很大的差异,但是温度的变化一般来说比较缓慢,对桥梁的主要影响是导致其纵向出现位移。桥梁的面板和主要支柱、桥身侧面受到太阳的直射后,局部温度要比其他地方的温度高得多。这样就导致桥梁自身受到约束,桥梁被晒的局部拉应力相对较大,这样就出现了裂缝。
1. 3 桥梁荷载作用下产生的裂缝
荷载裂缝一般是指混凝土桥梁在常规的动静状态荷载以及桥梁的次应力下产生的裂缝。荷载裂缝主要分为直接应力裂缝和次应力裂缝,直接应力缝就是指桥梁在物体的直接荷载下引起的外部应力产生的裂缝。这种裂缝主要是桥梁表面的荷载超过了它所能承受的应力。次应力裂缝是指桥梁在外部荷载的基础上所引发的次生应力所产生的裂缝。
2 市政桥梁结构裂缝问题的加固处理
( 1) 市政桥梁裂缝常见的处理方法有三种,即表面封闭修补法、压力灌浆修补法、填充钢板法。由于桥梁出现裂缝的原因各种各样,所以处理裂缝的方法也须根据实际情况来进行判定。表面修补的具体做法是沿着混凝土裂缝的表面铺上薄膜材料,在施工的时候将混凝土的表面用刷子打毛,将混凝土表面的裂缝填平。也可以采用沥青进行修补缝合,但是这种方法的浆液很难灌入。表面修补的方法适合运用在裂缝很浅的桥梁上,即桥梁内部并没出现裂缝,基本稳定,为了防止出现更大的裂缝,可以采用表面修补的方法。表面修补法可以采取将混凝土或石灰填充裂缝的方法,也可以在裂缝的表面进行抹灰的方法,这些方法非常简单,工程不大。但是它能阻止裂缝变大,从而导致桥梁的钢筋受到侵蚀,出现深层裂缝。压力灌浆法分为水泥灌浆、石灰灌浆、化学物质灌浆、沥青灌浆。喷浆修补是一种在经过处理的裂缝表面,喷射一层密实的水泥砂浆保护层,来封闭裂缝的修补方法。喷浆前,需要把结构表面的剥离部分除去。再用水冲洗清洁,并在开始喷浆之前把基层湿润,然后再开始喷浆。水泥灌浆适合桥梁的裂缝分布不均匀的情况下使用。石灰灌浆可以通过砼中不同的压力形成的孔眼将石灰浆灌入桥梁裂缝中。石灰的黏稠度可以根据桥梁裂缝的实际情况进行考虑。化学物质是一种新型的桥梁裂缝修补方法,它主要采用先进的化学材料修补裂缝,可以在很大程度上改变灌浆材料的性能。它的优势在于可以将很细的裂缝进行修补,而且操作非常简捷,修补的效果非常好。化学灌浆法现在已经在桥梁裂缝的修补方面得到了广泛的应用。填充钢板法,就是当钢筋混凝土构件产生主拉应力裂缝时。可对裂缝先进行处理之后,再在裂缝处粘结钢板,并用膨胀螺栓对钢板加压。钢板粘合方向应和裂缝方向垂直。
( 2) 梁式结构加固增强技术也是加固技术处理的重要方法之一。梁式桥上部加固可以采用各种不同的方式,主要视桥梁的实际情况,承载能力的减弱程度以及今后的使用要求而异。一般来说,主要采取扩大原结构构件截面,以提高结构的强度和刚度; 以新的结构代替旧的抗力不足的结构; 改变原结构的受力体系,使控制截面变矩的峰值减小; 对原结构施加预应力,改变原结构的受力图式,以达到提高桥梁刚度和强度的目的。
3 结束语
在市政桥梁的工程中,桥梁产生裂缝问题是很难避免的。不仅仅因为工程施工的原因,更重要的是自身的应力所导致的。虽然目前桥梁结构存在的裂缝问题比较普遍,但是只要在设计和施工中能认识到桥梁结构常规裂缝机理,同时采取相应的一些桥梁结构裂缝加固处理技术,裂缝问题是可以减少甚至可以避免的。在施工的过程中,充分考虑桥梁的各方面,力求做到减少桥梁裂缝的产生。当桥梁出现浅层的裂缝时,应该积极做好修护工作,避免裂缝的进一步扩大。在市政桥梁结构的设计中,应该进行合理的设计与预防。在原材料的购买上,应该非常慎重,将原材料的质量放在首位。在施工的过程中,应该充分考虑施工的合理性与科学性,注重效率的同时,更应该保质保量,严令禁止“豆腐渣”工程。桥梁结构裂缝多种多样,无论从表面裂缝还是上部结构裂缝或下部结构裂缝均有相应的成熟的加固工艺,在实际运用中应综合考虑各种因素,充分弄清裂缝形成机理方可针对性的提出加固措施,才能实现桥梁的经济效益和社会效益。
参考文献
近来,我国交通事业迅猛发展,公路通行能力的逐渐提高,促进了桥梁建设的不断提高。许多人的头脑里还存在着“只修不养,重建轻养”的传统观念,忽视了桥梁的维护与管理工作,使得许多桥梁在使用过程中,由于管养不当,出现各种病害,桥梁的承载力和通行能力大大降低,甚至造成桥梁垮塌的严重断桥事件。建成的桥梁经过长期使用后,内外多种因素会使桥梁的安全度有所下降,有大量的混凝土桥梁不同程度地出现了裂缝现象,桥梁的耐久性及承载能力大大下降,以致影响车辆人员的安全通行。这一问题始终困扰着广大桥梁工程技术人员。因此,在对桥梁进行科学评估的基础上,有必要对混凝土桥梁裂缝成因进行分析,以便于采取相应的修补措施。
在桥梁建造和使用过程中,混凝土裂缝经常出现。混凝土的裂缝是由于混凝土内部应力和外部荷载作用,以及温度变化等因素作用下形成的。并且有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下,不断扩展,不但会影响混凝土表面的美观、减小钢筋的混凝土保护层厚度,而且易引发混凝土面层剥落,加速钢筋的锈蚀,降低混凝土的抗冻性及耐久性,严重时甚至发生垮塌事故,所以必须加以控制。笔者根据多年的桥梁施工、管理经验,谈谈有关桥梁混凝土裂缝出现的原因、预防措施和处理方法,可供桥梁工程技术人员参考。
一、裂缝形成的原因
1.设计方面
1)设计因素考虑不周。箱梁的腹板过薄,箱梁与箱梁之间未设横隔板或者设置横隔板数远远不够,致使整体性较差,单梁受力对梁体造成严重的病害。2)设计计算出现错误。由于荷载考虑不周,计算错误等,配筋不足,形成裂缝。
2.施工方面
1) 地基基础变形。由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,使结构中产生附加应力,超出混凝土结构的抗拉能力,导致结构出现裂缝。2)施工方案选择不当。如混凝土配合比控制不严,计量出现偏差,坍落度控制不利,在混凝土浇筑时侧模板不牢靠,模板走形或模板间隙不严密,浇筑时漏浆严重,混凝土表面呈现蜂窝麻面。
3.维护管理方面
1)长期超负荷运营。大件车、集装车、超重车的出现加重了桥梁的负荷,加快了桥梁损坏的进程。另外车辆超重、超载超限现象已较严重。使得桥梁长期处于超负荷工作状态 2) 大自然风、霜、雨、雪的侵蚀,环境污染的日益加重,造成桥梁的自身老化、破损,使得桥梁“寿命”缩短。3)养护不当产生的裂缝。冗陷、空洞、裂缝等毛病在日常养护中没有及时修补,造成混凝土剥落、钢筋外露锈蚀。
二、混凝土裂缝的修补方法
裂缝产生了,解决它的方法自然而然也随之产生。随着施工经验的发展,现在混凝土裂缝修补的方法有很多:如表面修补法、灌浆嵌缝封堵法、结构加固法、混凝土置换法、电化学防护法、仿生自愈合法等等,其中灌浆嵌缝封堵法又可分为压力注浆法、开槽填补法和涂膜封闭法三种。
1.低压注浆法适用于宽度为0.2~0.3mm的混凝土裂缝修补。修补工序如下:裂缝清理—粘贴注浆和封闭裂缝—试漏—配制注浆液—压力注浆—二次注浆—清理表面。
2. 开槽填补法适用于结构允许开槽而宽度较大但数量不多的裂缝,如墩台或路面混凝土的裂缝。工序为:开槽—涂刷界面处理浆—压抹聚合物砂浆—养护。
3.涂膜封闭法适用于宽度小于0.2mm的微细裂缝的修补,也可用于混凝土外表面的装饰和防水处理,以及防止混凝土保护层的炭化和有害离子对混凝土的腐蚀。工序为:清扫—刮腻子—涂刷底层涂料—涂刷主层涂料—涂罩面层。
混凝土表面裂缝、气孔和缺陷先用腻子(混凝土修补胶:粉料=1:1.8~2.0)填充补平,待干后用砂布磨平,再进行底层涂刷(混凝土修补胶:粉料=1:0.7~0.8),涂料在使用前要通过铁窗纱过滤,除去杂质和团块。主层涂料要涂刷三遍,每遍涂刷都要等上遍涂料干后再涂,且两次涂刷方向最好是相互垂直。
这三种方法可以单独使用,也可以同时使用。如桥梁裂缝的修补可先注浆,在涂膜封闭;而对于路面、墩台的粗大裂缝则采用开槽填补发为宜;为了防止钢筋锈蚀,混凝土受到有害离子的腐蚀,则可以采用涂膜防水处理。
三、几点体会
1.各种裂缝处理依据裂缝产生部位情况等分别对其进行处理:不影响结构正常使用的裂缝,处理时只是将裂缝填塞修补,防止水浸入及腐蚀入对钢筋产生进一步锈蚀;裂缝在.2mm~0.5 mm时不再扩展,用封缝胶封堵;裂缝在0.5 mm~1.5 mm时(或更宽的裂缝),用注胶封缝处理(封缝胶及注入胶液,有专门生产的科研机构,目前常用北京出的TCL系列修补剂)。
2.凡因为荷载作用产生的裂缝,应该采取合理的计算模型、限制施工机具的堆放、限制超过设计荷载的重型车辆过桥等方法避免。此类裂缝或正在发展的裂缝,建议使用粘贴碳纤维布或锚粘钢板处理。但不论用哪种方法,均需对原裂缝进行注胶封缝处理,不应出现只在裂缝外涂色,内部裂缝依旧的情况。
3.养护管理期间应对混凝土桥梁的裂缝病害及时检测,详细记录裂缝位置数量类型、分析原因、跟踪观察裂缝发展趋势,正确判定裂缝劣化程度。
4. 在运营管理过程中,进一步加强巡查和管理,及时发现和处理问题,也是相当重要的一个环节。比如,强化桥梁技术人员的培训,增添桥梁检查、检测仪器设备,确保桥梁安全正常的使用。
目前,学术界对混凝土桥梁裂缝的原因有不同的观点,只有通过正确的桥梁结构检查,加上及时准确的分析、判断结构的病害,采取正确的措施和方法,才是保持桥梁结构使用功能和寿命的重要手段。只有搞清楚了裂缝的机理,才能对症下药。所以,我们一定要要积极贯彻“建养并重”的方针,将桥梁的检测、检查、维修与养护、加固与改造工作列入议事日程。我相信只要施工人员本着一颗认真负责的心,严格按规定要求施工,严把质量关。就必定能防患于未来,尽可能地降低混凝土桥梁裂缝的出现。
Abstract: the bridge construction often appears in concrete cracks, the serious influence the service life of the bridge. To ensure the quality of bridge, in construction, must according to the construction requirements, control the temperature, cracks should be comprehensive analysis after the cause of the tear, time and take effective measures. This paper, from the load, temperature and material of concrete crack to the analysis of the causes of, and puts forward the control and repair measures.
Keywords: bridge construction; Concrete crack; Reason; measures
中图分类号:U445文献标识码:A 文章编号:
混凝土是桥梁建筑结构的重要组成部分,其质量好坏直接关系到桥梁的安全和使用寿命。目前填充桥梁存在多种桥梁开裂现象,为了杜绝和防止这种现象的发生,除了要对施工进行有效管理外,还要在设计和施工等阶段采取有效措施来进行有效预防和解决。本文通过对填充墙桥梁开裂的原因的原因进行分析,探讨了各种桥梁开裂现象,并提出相应解决策略。在施工中,由于受外界因素及施工质量影响,混凝土的强度和耐久性会大大削弱,导致裂缝出现。如果不采取有效的修补措施,定会对桥梁使用造成负面影响,关键部位出现裂缝甚至会危及桥梁结构,导致混凝土碳化严重,钢筋保护层脱落,腐蚀,从而引发桥梁垮塌等恶性事故。为了避免这一局面的发生,施工人员必须严格按设计规范,采取有效的控制手段,确保混凝土结构的正常使用。
一、裂缝的种类和成因
1、桥梁设计构造和施工不当造成裂缝
对于设计构造和施工不当造成的桥梁开裂现象主要由以下几方面原因造成:第一,选用的砖块的外形尺寸不规范或者砖块的砌筑规格与桥梁的尺寸不相匹配时,桥梁难以被完全填满,使得桥梁和框架结构的梁板柱之间存在太大的空隙而开裂。第二,如果应力集中区等部位没有采取有效的拉结等加强措施时,容易导致桥梁因为撞击振动而开裂。第三,砖块的养护龄期不能达到要求的28天,或者在阴雨天的时候进行砌墙,这样都会使砌砖的过大收缩变形而导致桥梁开裂。第四,设计和施工的时候未能考虑顶层气体的砂浆强度,将桥梁砂浆强度尽量降到最低。据相关检测鉴定结果显示,顶层砌筑砂浆强度应该采用M2.5,而实际施工却未达到M1.0,导致屋面热胀引起推力而使桥梁开裂。
2、凝土砌块和混凝土砌块产生收缩
凝土砌块和混凝土砌块是两种含水的硅酸盐制品,其产生是一个水分减少的过程。一方面,这两种砖块都经过带水的养护,从含水量较高逐渐降低到含水量平衡,并随着水分的减少而出现制品的收缩。另一方面,水化硅酸盐是一种不稳定的热力学物质,与空气中的二氧化碳发生接触能进行碳化反映,释放出水化产物中的水,也造成了制品的收缩。新型桥梁的砌筑用这两种砖块,容易在使用过程中产生收缩现象,使桥梁的两端都受到约束,造成桥梁的收缩。于是,桥梁内部就会产生拉应力,并且呈现两边拉应力小,中间拉应力大的现象。当桥梁和柱子之间的连接强度大于桥梁材料的抗拉强度时,桥梁的中间位置就会出现裂缝;反之,当桥梁和柱子之间的连接强度小于桥梁材料的抗拉强度时,桥梁的边界处就会出现裂缝。
二、混凝土裂缝的防治措施
(一)、建立健全桥梁混凝土施工操作管理流程
要想有效的防治混凝土裂缝产生,首先要建立健全桥梁混凝土施工操作管理流程,在工人中加强施工操作管理流程教育,树立严格按桥梁混凝土施工操作管理流程的施工思想意识,坚决抵制形式主义,要进度不要质量的错误思想。从主观上重视并做到认真执行管理流程,将大大降低裂缝产生的机率。
(二)、严把材料关
其次,有效消除效消除桥梁施工中混凝土裂缝产生,应选择合适的材料并把好质量。采购时要根据桥梁建筑的地质条件和环境特点,选择适合桥梁浇筑的材料,并严格按照材料质量检验程序,确保材料质量合格。举例说明:在施工中可采取选择低热矿渣水泥和硅酸盐水泥、减小水泥细度、掺加粉煤灰等方法来降低水化热。在施工选料时,细骨料要采用级配良好的中粗砂和中砂,洁净的中粗砂最好,粗骨料选择时要以粒径大为好。也可以通过在水泥中适当添加添加剂,改善混凝土的特性。如添加减水剂可提高混凝土强度,改善其和易性;添加引气剂可以提高混凝土持久性,改善其可泵性;添加缓凝剂延缓凝土放热峰值出现时间等,通过以上严把材料关及采用材料合理配比,可有效消除混凝土桥梁的裂缝产生。
(三)采用科学的施工方法
最后,有效消除桥梁施工中混凝土裂缝产生要采用科学的施工方法。第一,拌制时,要科学计算用料,准确下料,控制出级口温度。第二,浇筑及拆除模板时,要严格控制时间,确保浇筑质量。第三,采取合理措施,做好表层隔热保护工作。第四,通水、冷却要科学、合理。第五,合理安排养护时间、做好施工保养工作。
三、 裂缝修补
(一) 表面修补
表面修补是混凝土裂缝修补最常见的方法。通常用于修补表面及深度裂缝,一般不会影响桥梁结构的承载力。修补裂缝时,一般是将混凝土表面涂抹水泥浆,以起到修补裂缝的目的。也可以选用环氧胶泥对混凝土表面进行涂抹,如需要做防腐处理,则可以在涂浆后做刷漆处理。但仅仅表面涂抹水泥浆,无法消除因拉应力的存在而可能引发的混凝土再次开裂现象,因此可将玻璃纤维布置于裂缝上,使其与水泥浆粘附为一体,从而可有效预防混凝土裂缝的再次开裂。
(二) 灌浆法
当混凝土裂缝严重影到响桥梁结构或桥梁有防渗等技术要求时,单纯的表面修补已经不能满足要求,此时可采取灌浆修补裂缝法。简单的说就是通过真空压力设备将浆质材料直接压进桥梁裂缝,浆质材料硬化后与混凝土合为一体,组成整体结构,从而达到密封裂缝的效果。按裂缝的严重程度从轻到重,浆质材料可选用水泥浆、环氧聚合物、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等。
(三) 嵌缝法
嵌缝法是裂缝修补方法中非常有效的方法。所谓嵌缝法,即在混凝土的裂缝处开槽,在开好的槽内填充止水材料,这样既可对裂缝进行封堵,又有利于裂缝外观的平整。
结论:
对于目前来说,混凝土裂缝是桥梁施工中最常见的问题。然而,裂缝的产生对桥梁寿命的影响也是巨大的。在施工中,必须全面分析裂缝产生机理,控制施工温度,对于产生的裂缝必须采取积极有效的措施,这样才能确保桥梁质量。
作者简介:宋有志(1965-),男,汉族,籍贯:甘肃永昌人,单位:新疆天山水泥股份有限公司,学历:大专,职称:工程师,研究方向:水泥工艺
参考文献:
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前言
改革开放后道桥建设行业对桥梁有了更加深入和研究和时间,并在各地留下了各种类型的桥梁,成为历史和桥梁的鉴证。进入新的世纪,科技和经济得到了飞速地发展,各种大型桥梁、多功能型桥梁出现在人们关注的范围内,在更好地实现交通和交流功能的同时,也成为各地地标性建筑,发挥着各种作用和价值。当前桥梁施工中混凝土项目因为材料性质、施工技术、内外环境、管理方式等原因出现了裂缝问题,产生裂缝的桥梁不仅在结构上存在性能和安全上的隐患,更会在功能实现和外观上对桥梁带来负面影响,成为桥梁建设和发展的负担。防范桥梁工程混凝土部位的裂缝应该在详细了解和认真分析桥梁施工混凝土项目实际的基础上,展开对混凝土桥梁裂缝的全面思考,在合理划分桥梁混凝土裂缝类型的基础上,分析出产生混凝土桥梁产生裂缝的内外原因,形成桥梁施工中对裂缝预防的施工方法,总结出实际工作中对桥梁混凝土裂缝处理的技术要点,在技术的角度,从实际施工出发,形成控制桥梁混凝土裂缝的经验和指导体系,有效规范和指导桥梁混凝土施工实际,使桥梁更好地发挥出设计的功能,有效地支撑经济和社会的发展。
1 桥梁混凝土裂缝的概述
1.1 桥梁混凝土裂缝的种类
根据经验桥梁工程施工中常见的混凝土裂缝有如下三种:一是,荷载裂缝,就是有荷载过大或应力过大而产生的裂缝;二是,形变力裂缝,就是因温度、沉降、收缩、膨胀而引起形变力而出现的混凝土裂缝;三是,技术性裂缝,因为桥梁混凝土施工中因材料、工艺不当而产生的技术原因裂缝。
1.2 产生桥梁混凝土裂缝的原因
首先,桥梁设计阶段会因为设计的不合理和计算的失误,产生设计上的失误,在实际施工中导致桥梁混凝土裂缝的产生。其次,施工中如果不按照设计图纸施工,也会产生桥梁混凝土裂缝。其三,桥梁工程施工阶段,由于材料、工艺等原因会造成桥梁混凝土出现形变力裂缝和技术性裂缝。最后,桥梁运行时期,因荷载过大、交通事故、环境影响产生荷载裂缝、沉降裂缝和外力裂缝。
1.3 桥梁混凝土裂缝的危害
桥梁混凝土裂缝会引起桥梁内部钢筋的锈蚀,降低了桥梁的强度,影响了桥梁的功能。桥梁混凝土裂缝会对车辆行驶造成安全隐患,形成交通安全事故。桥梁混凝土裂缝还缩短的桥梁的使用年限,加大了维修费用的支出,降低了桥梁工程的综合效益。
2 施工中桥梁混凝土裂缝的控制方法
2.1 优化桥梁施工设计方案
优化措施的主要做法就是对于相关的计算进行严格的控制,可以适当的改善配筋,设计一些防裂筋、温度筋、抗裂筋等配筋来防止混凝土产生裂缝。
2.2 合理进行桥梁施工
桥梁施工的过程中一定要注意混凝土的结构立模、浇筑等过程必须合理,以防止由于施工的原因产生混凝土的裂缝。在布置相关的模板和支架时强度一定要保证,这样可以有效的防止沉降的原因产生的裂缝,而在混凝土的浇筑时一定要注意必须严格按照相关的浇筑规范进行。
2.3 控制混凝土的配合比
混凝土的配比过程中一定要注意选用水化热度小、收缩量小、高标号的优质水泥和吸水率小,收缩性较低的优质骨料,对于骨料还应该控制其含有的云母和有机质等物质的含量,以尽量降低其收缩性。
3 桥梁混凝土裂缝的技术处理
3.1 桥梁表面的修补
对于一些简单的桥梁混凝土裂缝,一般都采用这种表面的修补方法,经常适用于对桥梁的主体和承受力没有影响的混凝土裂缝,通常的处理措施就是在裂缝的表面继续涂刷水泥或者在混凝土的表面涂刷一些特殊的油漆等一些防腐材料,在防护了混凝土裂缝的同时也能有效的防止混凝土受其他因素的干扰继续开裂,引起更大的危害。
3.2 灌浆、嵌缝封堵法进行修补
灌浆、嵌缝封堵法和表面修补正好相反,如果裂缝比较深,甚至影响到了桥梁的主体就采用灌浆、嵌缝封堵的方法,一般灌浆、嵌缝封堵就是用能产生巨大压力的设备将胶结合等用于修补的材料压入混凝土的裂缝之中,而压入的胶结材料由于具有很强的粘性,在风干之后会与混凝土凝结在一起,有效的治理了混凝土的裂缝。
3.3 混凝土置换法进行修补
当桥梁混凝土结构的裂缝严重到无法用灌浆、嵌缝封堵法进行修补时,就可以考虑用混凝土置换的方法,凝土置换法的主要内容和关键环节就是替换掉已经损坏的混凝土,换上新的混凝土或者其他的替代品,此方法对于严重损坏的桥梁的混凝土是一种最有效的方法,值得推广和应用。
4 结语
总而言之,从过程上和系统上开桥梁混凝土裂缝的控制要走一条“从设计,到竣工”的技术路线,以技术的设计提高桥梁混凝土抵御裂缝的能力,以技术的手段划分桥梁混凝土裂缝的种类,以技术的探究发现桥梁混凝土裂缝产生的原因,以技术的措施强化桥梁混凝土项目施工,确保桥梁混凝土裂缝的方式,以技术的对策处理桥梁混凝土裂缝。总之,技术要贯穿和控制桥梁施工的每一个关键环节,这样才能把桥梁施工中混凝土裂缝产生的概率降低到最低,形成对桥梁施工质量的根本保证。混凝土裂缝的产生原因和种类还有很多,桥梁施工的方法也多种多样,因此控制桥梁混凝土裂缝要不拘泥于一种形式,还需要同仁在工作中进一步开发和丰富,以便发展桥梁混凝土裂缝预防和处理的技术体系。
参考文献:
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中图分类号: K928 文献标识码: A
引言
公路桥梁是我国的基础通枢纽,是维持我国的经济持续健康发展的重要的生命线。随着我国的桥梁工程项目不断增多,在建设的规模上也不断扩大,在桥梁工程的质量方面也就提出了更新、更高的要求。
一、桥梁施工中裂缝出现的主要原因
1、混凝土沉降的因素
混凝土会由于重力的因素,使得混凝土中一些较重的颗粒石子下沉,而水泥浆会出现上浮的现象,一些模板和钢筋会对颗粒的下沉有一定的约束,使得混凝土内部不平衡,就会形成裂缝。在混凝土强度增长过程中或未达到设计使用状态时,混凝土的支撑结构若出现一些不同程度的上升、下沉或水平方向的偏移,就会在混凝土内部出现附加应力,当附加应力大于混凝土的抗拉强度时,就会出现裂缝,从而影响工程质量和进度。
2、温度造成的裂缝
现阶段桥梁所使用的材料为钢筋混凝土材料,而混凝土的材料特性之一是温度传导速度慢,而混凝土在构建的过程中,外界温度发生变化时会发生热胀冷缩,引起变形,而内外温度变化的不协调会导致混凝土内外变形不一致,进而在结构内部产生一定的拉力。当混凝土构件中的拉力值超过了混凝土材料本身所具有的抗拉强度时, 就会导致桥梁产生裂缝。由于温度原因所导致的桥梁裂缝,区别于其他裂缝最为主要的一个特征是其会因为温度的高低进行扩张或合并。导致温度产生变化的原因主要包括以下两个方面。
(1) 材料内部水化热的施放
在进行道路桥梁的施工时,混凝土浇筑厚度超过了2.0m时,因为混凝土中水泥在浇筑的过程中会进行水化放热,其内部温度就会升高,而外部温度远远低于内部,这就造成了内外温度差,从而导致道路桥梁的表面因温度应力差出现裂缝。
(2) 外界温度变化
如在进行蒸汽养护时,由于混凝土在蒸汽养护时温度非常高,而一旦蒸汽养护停止了一段时间,冬天寒冷的空气就会导致混凝土温度骤然下降,形成内外温差,从而容易造成裂缝。
3、施工材料质量问题引起的桥梁裂缝
施工材料的质量直接决定着桥梁的建设质量,不合格的施工材料会直接影响桥梁的正常使用。混凝土主要是由水泥、沙子、石子、掺合料和外加剂拌合而成的,作为桥梁施工最主要的原材料,如果混凝土的质量不过关,将会给桥梁施工带来巨大的安全隐患。比方说,作为混凝土的组成材料之一,沙子的质量至关重要,不同的质量等级,与之对应的水泥和拌合水用量的多少也会不同,混凝土的强度和收缩抗压能力都会受到影响,如果在施工中使用粒径过小的不符合标准的特细沙,在桥梁在施工过程中就会出现大量的裂缝,对整个桥梁的施工质量造成影响。另外矿石中云母的含量也会对水泥和骨料的粘结力产生一定的影响,混凝土的强度也会因此受到一定程度的影响。
二、防止桥梁施工中裂缝出现的措施
1、改善混凝土的日常养护
做好混凝土日常的养护工作对于维持桥梁质量是至关重要的,随着桥梁使用年限的增长或是温度的急剧变化,桥梁的损坏程度会不断加深,尤其是混凝土桥面,要及时的对桥面进行检测,并采取适当的修理措施。在桥梁施工过程中,应该对混凝土维护工作予以重视,及时对混凝土表面进行清理,防止混凝土处于不利的环境条件下,有效的保护混凝土内部结构,保证工程使用寿命。
2、对温度进行控制
由于桥梁本身形态很大,大气温度又很难控制,因此大气温度对桥梁温度的影响很难改变。但是大气温度的变化过程比较缓慢,保证混凝土的强度,就可以有效避免裂缝产生,做好温度监测工作,对于气温变化较大的情况采取一定的保温措施即可,例如在气温骤降时,为了避免混凝土桥面温度急剧变化需要进行保温。对于桥梁温度的控制主要是在混凝土的浇筑阶段,参考混凝土的标准浇筑方法,浇筑的时候合理降低浇筑速度,增加浇筑面积,在混凝土内铺设冷水管,浇筑过程中用通水的方式维持混凝土结构的温度相对稳定。
3、选择合适的混凝土材料
在进行水泥的选择时,要考虑到水泥的水热化程度,尽量选取水热化低的水泥材料,并且限制水泥的单位用量,降低混凝土骨料的温度,采取合理有效的散热措施,以缩小温差,有效预防裂缝的生成。桥梁工程所用的粗骨料应是坚硬的碎石子,在不同的桥梁该工程中,根据钢筋的不同来选取不同粒径的粗骨料,为了保证粗骨料的质量,在采购时要对粗骨料进行碱活性监测。在桥梁工程中,一般选取的细骨料的粒径小于5毫米,一般采用河沙,不应使用海砂。对于级配高且颗粒中不含其它杂质的粗骨料来说,在使用前也要进行检验,确保工程质量。一般使用的拌合水中会含有一些有害物质,如糖类、游离酸类、盐类等,会影响水泥的硬化,所以需要选择合适的拌合水。在混凝土浇筑过程中,也可以根据外加剂的特点来选择合适的外加剂。水泥在混凝土结构中起着重要作用,在桥梁施工过程中要选择耐久性强,拟合性强的水泥,提高混凝土结构的坚固性。在混凝土配合比配制时,要考虑到影响混凝土结构的各种因素,选择合适的配合比,降低出现裂缝的几率。
4、做好裂缝修补工作
(1)做好不同裂缝状态下的修补工作
根据实际的裂缝状况,裂缝修补可分为活动与静止裂缝修补两种,其中,静止裂缝的修补办法为:裂缝宽度在0.3mm以内时,对于混凝土浅层,可使用水泥浆液或者环氧树脂浆液进行表面封闭,而对于深层混凝土修补,则可使用低粘度的环氧树脂浆液或者甲基丙烯酸脂浆液来浇灌;当裂缝宽度在0.3mm-1mm之间时,可采取环氧树脂浆液的方法进行灌注;当裂缝宽度在1.0mm以上时,对裂缝修补之前,要先在裂缝表面位置进行水泥浆界面剂的涂刷,同时,应用微膨胀的水泥砂浆液来修补。而活动裂缝的修补办法为:为防止裂缝进一步裂开,可采取静止裂缝的修补法来修补裂缝,当活动裂缝不能用静止裂缝法来修补时,可对混凝土结构进行限制,防止其变形,并用柔性材料处理裂缝。
(2)表面裂缝修补技术
在混凝土的裂缝修补中,表面裂缝修补是常用的修补技术,主要为表面涂浆,也就是在混凝土的裂缝表面进行水泥浆涂抹。对于一些桥梁工程,为了满足工程防腐的需求,可用环氧胶泥来涂抹表面,并在涂浆之后进行刷漆处理。混凝土表面的修补工作结束后,混凝土有时因应力原因会出现再开裂问题,为了保证混凝土裂缝的修补工作顺利完成,可将玻璃纤维布粘附于裂缝表面。
(3)灌浆法与嵌缝法工艺
对于桥梁工程来说,当裂缝危及桥梁结构时,再用表面修补就无法有效弥补裂缝了,这时可采取灌浆法来处理裂缝,灌浆法主要是指把浆质料运用真空压力设备压到裂缝当中,当浆质料硬化之后,为防止裂缝,使其具有密封性能,会与混凝土形成稳定的结构整体。在裂缝修补技术中,嵌缝法是比较有效的,为有效封堵裂缝,可在裂缝位置开槽,并向槽内进行止水材料填充,这种修补技术可使裂缝外观更为平滑。
(4)结构加固法与密封检查
对于道路桥梁来说,有些裂缝不仅影响桥梁外观,还会影响混凝土的结构性能,使得桥梁使用寿命缩短,为了规避这种裂缝问题,可运用结构加固的方法加固混凝土,通常结构加固的方法主要包含支点、预应力加固及加大截面面积等,以确保混凝土的加固补强。在裂缝封闭之后,可在裂缝处涂上层肥皂水,由灌浆嘴进行空气通入,若存在漏气位置,就对其进行修补,若无漏气现象就可判断为合格。而封口完成后,可采取空气压缩法来检查灌浆的密实度,在修补中,一旦发现问题,就及时进行补救,以确保裂缝修补的有效性,延长桥梁的使用寿命。
结束语
在桥梁施工当中,为了延长桥梁的使用寿命,加强裂缝问题的关注是必要的,其直接影响桥梁整体的施工质量与应用性能。为了有效防控裂缝问题的出现,在设计阶段,要做好荷载设计和应力计算工作;在施工阶段,应严格按照施工图纸和施工规范进行施工,亦应加强对混凝土材料及其配合比控制,提升混凝土的施工质量,同时,加强混凝土施工工序与养护的管理和监控工作,确保桥梁的整体质量;在使用阶段应及时进行混凝土的维护和清理工作,保证使用寿命。针对出现的裂缝问题,要采取合理的裂缝修补工艺进行及时修补,以确保桥梁工程的使用寿命。
参考文献
1 案例公路桥梁工程基本概况
某钢筋混凝土公路桥梁,结构类型是重力式桥墩、桥台和钢筋混凝土简支实心整体现浇板梁,该桥梁落成于1999年,目前桥梁出现总长度3149cm的裂缝,其中超限裂缝总长度为2319cm,裂缝位置处于桥梁的底板、桥台、边板、桥面,并伴随出现渗水现象,经调查分析,将裂缝产生的原因总结为以下几个方面:
(1)地基基础变形。公路桥梁工程的地基出现不均匀沉降,使得构件出现约束变形,产生的内部拉应力,远远大于混凝土内部抗拉强度,打乱桥梁底板和桥台内部的承受应力,从而导致底板和桥台沉降裂缝的出现。案例工程地基基础的变形,直接牵连到桥梁其他部位结构的稳定性,而工程现场的分析结果显示,以上这些裂缝产生主要是因为在桥梁在设计施工的时候,对工程现场地质的勘察工作不到位,遗漏很多地质方面不确定的因素,譬如软基因素、地下水因素、降水因素、外来荷载因素等,使得勘察钻孔之间的距离太大,而桥梁位于丘陵地带,地基的岩面起伏太大,河沟当中存在软土地基,使得地基土压缩性能差异性明显,这是引发不均匀沉降的“罪魁祸首”。
(2)钢筋锈蚀。在对存在钢筋锈蚀部位的混凝土进行严格检查之后,发现在混凝土施工的时候,钢筋附近没有形成足够厚的混凝土保护层,在桥梁投入使用之后,外界的氯化物不断渗透进钢筋混凝土保护层的间隙当中,不断销蚀钢筋表现的氧化膜,导致钢筋发生锈蚀反应,从而出现混凝土开裂和剥落的现象。据推测,如果没有采取措施进一步防止钢筋的锈蚀,可能会大范围产生混凝土膨胀应力,适时将导致桥梁断裂事故的发生。
(3)混凝土冻胀。案例公路桥梁工程所在区域的冬季气温低于零摄氏度,边板位置的混凝土吸水饱和,游离水结成冰,混凝土的体积膨胀了原来体积的9%左右,大大增加了混凝土内部的膨胀力,使得混凝土强度降低。经检验,发现桥梁所使用混凝土的骨料存在诸多空隙,这些空隙具有很强的吸水性,而且杂质含量超标,再加上施工振捣不密实和养护不周等,使得混凝土发生早期冻坏,形成现有的冻胀裂缝。
2 案例工程混凝土结构裂缝的修补措施
鉴于案例公路桥梁工程混凝土结构存在的裂缝病害,以及综合这些裂缝产生的原因,笔者将针对性提出裂缝修补的措施,具体内容如下:
2.1 地基基础变形裂缝修补
为避免工程的不均匀沉降,案例公路桥梁工程在现有岩盘位置重力式桩柱基础的基础上,适当加宽基础的宽度,并对基底的软土地基进行换填夯实,使得沉降区域均匀,在换填夯实的过程中,要检验不同位置的软土地基性质,从而更具针对性地采取施工措施,避免换填后地基出现不均匀的现象。同时要考虑基底受到冻胀土的影响,扩大刚性基础,并将其与现有基础的结构结合成整体。新建的桥梁地基基础,需要加强与原有基础的横向连接程度,并在允许范围内提高承载能力,以防止正在发生的不均匀沉降影响新旧基础的接缝受力。除此之外,公路桥梁上端位置在地基基础变形因素的影响下,其整体性发生变化,要求进一步增强桥面所铺装混凝土的刚度水平,必要时进行上部结构的重新设计,但需要综合考虑基础不均匀沉降的因素。
2.2 钢筋锈蚀裂缝修补
在修补钢筋锈蚀裂缝位置的时候,需要认真检查裂缝位置的锈蚀情况,分析锈蚀钢筋是否渗透到混凝土的内部,以及各个部位的锈蚀程度等。在修补裂缝的过程中,需要根据原公路桥梁施工的标准要求,计算钢筋混凝土保护层需要加厚厚度,以抑制锈蚀裂缝的进一步扩大。其中在进行混凝土保护层施工的时候,要对混凝土的水灰比、密实度等进行严格控制,尤其是水灰比,需要根据现场试验的数据进行调节,除此之外,还需要投加适量的外加剂和阻锈剂,将已经发生锈蚀钢筋表面的铁锈去除,然后将无法恢复原状的钢筋和混凝土清除干净,再行连接断裂钢筋和重新浇筑混凝土。在修补完裂缝位置之后,要加强该部位的养护工作,尤其是该部位的碱度、渗水等,如遇恶劣气候,要覆盖好修补位置,避免渗水继续侵蚀没有完全凝结的混凝土,从而造成第二次钢筋锈蚀。
2.3 冻胀裂缝修补
冻胀裂缝主要与桥梁所在区域气候因素相关,对冻胀裂缝的修补,需要结合基本的抗冻等级指标,采用合适的施工方法。实例工程的裂缝修补,如果施工时间为冬天,则可利用暖棚施工等方法,减少温度因素的影响,并在混凝土股当中适当加入不含氯盐的防冻剂,确保混凝土在低温和负温的环境中也能够有效凝结硬化。在裂缝修补期间,还要确保桥梁的排水系统正常运行,以免出现积水和渗水,从而影响裂缝的修补效果。总之,冻胀裂缝的修补要重点考虑气温的因素,在施工过程中采用仪器检测气候的变化情况,以便对工程施工的细节步骤进行调整,保证实现更好的修补效果。
3 结束语
通过上文的研究,我们可以看出公路桥梁混凝土结构的裂缝病害,对桥梁结构安全具有巨大的威胁性影响,裂缝诱因主要有地基基础的变形、钢筋锈蚀和冻胀因素,文章结合裂缝产生的原因,提出相应的裂缝修补措施,案例工程要求适当加宽基础的宽度,并对基底的软土地基进行换填夯实,并在补钢筋锈蚀裂缝位置的时候,需要认真检查裂缝位置的锈蚀情况,以便针对性修补,至于对冻胀裂缝的修补,需要结合基本的抗冻等级指标,采用合适的施工方法,除此之外,我们还要从施工的角度,探讨混凝土裂缝的防控措施,其中包括混凝土摊铺厚度控制、层间浇筑间隔时间控制、混凝土二次振捣、混凝土保温养护等措施,需要在以后的施工当中,予以进一步总结和完善。
【参考文献】
中图分类号:K928.78 文献标识码:A 文章编号:
1 概述
预防性养护在桥梁领域作为一个完整的概念于20世纪80年代提出。预防性养护产生的根本原因是日渐增长的养护费用和公众对桥梁系统的要求,迫使管理者寻求更具成本效益的管理方式,即用最佳成本效益的养护措施,充分实现公路桥梁的使用功能,并不断提高其服务水平。预防性养护有别于矫正性养护这一传统的养护理念,其主要有两个内涵:一是让状态良好的桥梁保持更长时间,延缓病害的出现;二是在恰当的时机,用最佳的方法对桥梁进行养护,也即在桥梁病害处在萌芽状态时,对桥梁采取的一系列有效延缓或阻止其出现严重病害的技术。
恰当的预防性养护技术措施将延长桥梁使用周期寿命,降低养护成本,从而促进节约型交通建设的快速发展。
2 桥梁预防性养护的必要性
桥梁预防性养护就是通过对桥梁的定期检测(专项检测)和经常性检查,系统掌握桥梁技术状况,及时发现缺陷、损坏等异常情况,在桥梁没有发生结构性破坏前,为了更好的保持桥梁的良好运营状态,延缓桥梁未来的破坏,获取桥梁生命周期内的最大效益,在不增加结构承载能力的前提下,针对桥梁出现或可能出现的病害,在适当时机,采取相应的养护措施,来改善桥梁的总体功能状况,提升桥梁服务水平。
目前我国虽然加固改建了一部分危桥旧桥,但仍有相当大数量的危桥还在使用中。如何养护管理好现有桥梁,保持桥梁的完好工作状态,延长其使用寿命,这一问题迫切要求各级公路管理部门及时做好预防性养护,确保桥梁的安全性,减少和预防不安全事故的发生。
3 桥梁预防性养护的内容
预防性养护是在没有发生明显病害的时候进行的养护,目的就是防止或减缓病害的发生,达到延长使用寿命的目的。
对已建成的桥梁,其内在因素已经成型,设计施工中的缺陷已经存在,为了达到耐久的目的,就必须针对已经存在的问题可能的发展趋势进行预防性养护。
桥梁预防性养护的内容主要包括以下内容:
① 裂缝封闭;② 构件表面防水处理;③ 混凝土缺陷修补。④ 对桥梁易受污染的构件进行日常清理;⑤ 泄水管处防水处理。⑥ 对钢结构及金属构件的清洁和油饰。⑦ 对斜拉桥、悬索桥等特殊结构桥梁的锚头进行维护。
限于篇幅,本文仅对裂缝封闭、混凝土缺陷修补及混凝土构件表面防水处理进行介绍。
3.1 裂缝封闭
根据混凝土裂缝产生的原因主要有以下四种情况:
① 温度变化引起的裂缝;② 混凝土收缩引起的裂缝;③ 荷载作用引起的裂缝;④ 钢筋锈蚀引起的裂缝。
对于这些裂缝的处理,目前有以下方法:
混凝土密实性差,裂缝在0.25mm以下可以直接用涂料处理。使用带有一定延度的聚合物基成膜型弹性涂装材料直接封闭。这类涂料因具有一定的弹性,当裂缝稍有扩展也不会破坏涂层,其主要作用是防水和抗氧气和二氧化碳的渗透能力。
水泥基渗透结晶型涂料封闭。这类产品的作用机理是材料中的活性化物质通过载体向混凝土内部渗透,遇水以后在混凝土的孔隙里形成憎水结晶,从而堵塞了孔道和裂缝,可以使裂缝自行弥合。
大于0.25mm的裂缝,可用同类型的腻子处理,然后再涂涂料。当裂缝大于0.8mm且已经不再发展,可以将裂缝清理干净后注入补缝胶封闭。
3.2 构件表面防水处理
桥梁构件表面使用防水密封剂和涂装材料有很多意义。首先,事实证明,影响桥梁混凝土结构的水主要来源于降雨,因此对钢筋混凝土桥梁进行防水是降低钢筋锈蚀速度的基本手段。其次,保护密封剂和涂装材料还可以减少氧气的渗透,减缓混凝土碳化反应的进程。第三,保护密封剂和涂装材料能有效地抵御化冰盐、空气中的二氧化碳和其它有害化学物质对混凝土结构的侵蚀,延缓各类病害发生发展的速度。总之,采取必要的保护措施对整个结构进行保护,可以长期地解决混凝土的病害问题,有效延长混凝土的使用寿命,延长维修周期,节省维修成本。
3.3 混凝土缺陷修补
在使用过程中,混凝土受撞击或由于钢筋锈胀会产生缺损,受到水损害后更会发生腐蚀现象,这就需要及时修补,否则将引起更大的病害,影响桥梁使用寿命。修复用混凝土与原混凝土如何结合好是修复质量的关键,新补的混凝土与原混凝土收缩不一致会造成结合不良,起不到修复的作用。因此需要用无收缩结合牢固的混凝土。
⑴ 无收缩水泥加固料:是一种高强、早强、免振、自密实、高流态的水泥基复合材料,具有很强的粘结性、耐久性、抗渗性及力学强度。加固料硬化后,均匀密实,强度高。体积稳定,密实度好,不收缩,不产生裂缝,可抵御恶劣环境和腐蚀性介质的侵蚀破坏,大大延长混凝土结构的使用寿命。
⑵ 聚合物水泥复合补强砂浆:是近年来兴起的一种新型多功能的水泥基复合材料。它是以特种水泥、超细矿粉、精选骨料、高聚物辅以各种助剂经独特的物理化学复合改性制成,该体系充分发挥了水泥水化物及高聚物各自的性能优势,使产品既具有水泥类材料的耐久性,又具有一定适应基材变形的柔韧性,克服了传统水泥脆性大的特点,体现出抗渗、不收缩、耐高低温、耐腐蚀,抗冻融、高粘结强度等性能优势。这种材料可作为新旧混凝土耐腐蚀保护层使用。自然条件恶劣及长期浸泡污水中的混凝土结构部分,用涂抹聚合物修补浆外加防腐保护层的方法,可有效地延长维修周期。
⑶ 喷射混凝土修补:对大体积维修应该使用喷射混凝土方法进行,有干喷和湿喷两种,干喷是将水泥骨料和外加剂事先进行混合,并在喷嘴处加水以高速喷射到修补面上。湿喷是将修补砂浆预先用水调好,然后用喷枪喷射到修补面上。干喷和湿喷都可以获得理想的效果。
纤维增强是另一项喷射混凝土的新技术,通过加入纤维可以提高抗弯、抗张和抗开裂的能力。纤维的增强效果与所使用的纤维的弹性模量有直接关系,弹性模量越高,效果越好。
⑷ 建筑于跨海、海岸和临海的钢筋混凝土与预应力混凝土桥梁,由于环境介质中的氯离子或混凝土原材料中的氯离子渗入到钢筋周围,达到一定浓度后破坏钢筋的钝化膜,引起钢筋锈蚀,削减其有效截面,降低其粘结强度等受力性能,使混凝土保护层顺筋胀裂,是影响桥梁耐久性的主要病害。
对于此类由于钢筋锈蚀引起混凝土缺陷的情况,为了保证修补的有效性和耐久性,在修补的同时应该采用构件表面防腐涂装处理,同时对已锈蚀钢筋进行除锈、防锈处理,保证修补质量。
4 结语
预防性养护作为桥梁日常养护的关键技术,同时又是桥梁经常性、周期性的保养措施,应引起足够的重视。在应用桥梁传统预防性养护技术的同时,应该针对可能出现的桥梁病害、缺陷的类型和损害程度,大力研发桥梁预防性养护新技术,这对延长桥梁使用寿命和节约养护费用等方面具有重要的意义。
参考文献
(1)胡善华,浅谈桥梁预防性养护技术及其发展应用,华东公路,2010年2月,第1期。
最近几年来,我国桥梁工程的发展举世瞩目,但是交通的发展更加迅速,交通运输给桥梁带来了很大压力,因此桥梁的问题就越来越严重,大幅度加重了桥梁维护改造的工作量和成本。因此,相关单位和研究人员对桥梁检测分析逐渐重视,并且进一步研究桥梁维护加固技术,不断改善桥梁的承载力和牢固性。
1 桥梁检测和维护加固的目的和意义
桥梁检测的意义十分重要,主要包含以下几点:检测能够对重大桥梁进行评定,对竣工后的工程质量进行判定,确定桥梁工程是否可靠;通过检测,判定桥梁是否需要加固,因为目前的车辆载重不断增大,交通量也呈上涨趋势,按照原有标准制定的荷载设计的桥梁是否能够承受现代交通的压力;通过检测,判定桥梁的各个部位的沉降、裂缝等情况是否能够承受实际承载,判断是否需要加固措施;通过检测,判断桥梁采用新型结构建造的可靠性和实践性,更好的为新型结构设计理论进行改善;通过检测确定集装箱或大型工厂设备等超重车辆通过时,桥梁是否能够承受其负载,是否需要采取临时加固措施;对于已经采取加固措施的桥梁的施工质量进行检查,判定将技术是否可靠并合理。
桥梁维护加固技术在如今交通运输量的大幅增加下尤为重要,相关部门一定要保证桥梁工程的完整、安全、耐久和适用,不断提高桥梁的承载能力和运行能力。因此桥梁维护加固就要做到以下几点:维护加固设计和施工尽量保留有价值的构件,避免大面积的更换或拆除,尽量对原结构不进行损伤;维护加工的设计要和施工结合,将新结构和原有结构协同工作;在对大型桥梁进行加固时,加固方案最少要保证两个,还要对加固方案进行对比和评价;桥梁加固后的结构寿命要达到原有桥梁的寿命;如果桥梁结构的主要结构损伤或失效,经过评估后无法满足结构安全的要求,就需要立刻进行加固措施,具体加固范围和内容要通过评估委员提出的要求确定,判定是对整座桥梁加固还是某个区段或构件加固;桥梁加固过程要采取适当的安全措施,保证结构安全和人员安全;桥梁加固施工中尽最大能力降低对行人和车辆的干扰,以及对环境的污染。
2 桥梁维护加固技术
2.1 桥梁结构裂缝修补
桥梁混凝土结构的裂缝情况是很普遍的,也是无可避免的问题,主要和材料伸缩性质相关。裂缝后的混凝土和二氧化碳反应,修补不及时就会继续恶化,最终导致桥梁结构安全隐患。引起桥梁出现裂缝情况的原因很多,主要有温度裂缝、收缩裂缝、剪切裂缝、大负荷造成的弯曲裂缝等。裂缝主要的修补方式有表面粘贴修补、表面封闭和压力灌浆三种方法,其中压力灌浆修补的方法效果很好,对于裂缝宽度超过0.25毫米的桥梁混凝土结构,按照灌浆材料的不同,可以分为化学灌浆修补和水泥灌浆修补两种方法。
混凝土表面出现缺陷主要表现为磨损、麻面、露筋、空洞或剥落等。大多数的缺陷都是和气候因素或设计相关,其修补方式先将受损部分铲除,然后再进行修补,一般使用混凝土、环氧树脂粘结材料和水泥砂浆,但是环氧树脂粘结材料的成本很高,应用的范围也没有混凝土广泛,所以下文主要对混凝土和水泥砂浆修补的注意事项进行说明。利用混凝土修补时,混凝土的级配要高于或等于原来的混凝土级配,水灰的配置也应该较小,并且加入适当减水剂,可以采取直接浇筑、压浆或喷射三种方法,要保证新旧混凝土的结合面附近喷涂封闭浆液,浆液要喷射两层。修补位置如果比较深,使用的材料和原来的混凝土类型一致,可以适当添加骨料降低砂浆的干缩性,提高强度,但是配合比要适当,方法可以为机械喷浆或者人工涂抹,对于面积较小的可以使用人工涂抹,而面积大的使用接卸喷浆,更好的保证强度和密实度,在接合面之间形成耐久度高和强度高的结构。
2.2 桥梁结构加固技术
桥梁结构的加固主要有主梁加固、主梁负弯矩加固、主拱圈加固和悬臂孔主梁加固。
主梁加固技术:在挑梁顶中间设置伸缩缝,在挑梁上铺装行车道;人行道梁在挑梁悬臂部分假设,一端假设在路堤支墩处,另一端架设在边蹲挑梁上。
主梁负弯矩的加固主要对纵向受拉钢筋进行思考,布置在原来的铺装层内,采用浇筑钢纤维砼对负弯矩桥面进行铺装,并且保证和梁顶翼缘板保证整体性和牢固性。
主拱圈加固技术:横系梁尺寸在桥梁上都很小,所以横向联系偏差。所以在主拱圈加固过程中,可以利用对横系梁截面尺寸进行加大,用横隔板代替横系梁,这样能够提高横向整体性。另外,也可以利用拱肋或拱波外包钢筋网,然后喷射混凝土的方法,这样也能提高整体的承载能力和刚度。
悬臂孔主梁加固技术:牛腿在悬臂量桥梁中作用显著,其受力情况复杂,而目前的理论结果都是近似值。目前对于悬臂梁路桥的牛腿部分的加固主要采取两种方法:第一,挂梁的两个支点改成多个支点;第二,牛腿处原来的混凝土更换成浇筑刚纤维混凝土,并且使用环氧砂浆进行黏结。
2.3 桥梁维修加固工程举例
在这里以重庆市省某公路桥梁的加固工程举例说明。这座桥梁修建于1987年,因为时间较长也没有适当维护,桥梁结构出现了一定的问题。这些问题主要是桥梁边板混凝土脱落,中板有缝隙,底板露出钢筋。在对这座桥梁加固维修时,初步计划的准则是尽可能降低原来结构的损坏,以保证桥梁适应公路运输的承受力和耐用性的规定。主要的施工方案如下:
2.3.1 对混凝土桥面的维修加固。除去已经坏掉的桥面上混凝土,对钢筋做除锈工序。根据桥梁的损坏程度采用适当的方式进行维修。
2.3.2 中板及台帽裂缝的维修。对露在外部的钢筋进行除锈处理,对裂缝位置进行浇筑封胶处理。此时应该注意:使用钢丝对表面松散层进行清理同时用丙酮清洗。
2.3.3 其他细节注意。应该合理选择维修加固施工材料。施工中使用的纤维材料、树脂类粘结材料应该符合工程需要。3 结语
总之,桥梁的全面检测和维护加固是十分复杂的,但同时也很重要,相关部门和单位要及时对桥梁进行全面检测,采取一定的维护加固措施。保证桥梁的安全性和可靠性,首先就要意识到桥梁检测的重要性,并且掌握桥梁的维护加固技术和措施,因此对桥梁检测和加固技术还需要进一步探讨和研究,保证桥梁事业的更好发展。
参考文献