劉銘煒

摘 要：目前國(guó)內(nèi)大部分橋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，隨著運(yùn)營(yíng)年限的增長(zhǎng)，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁時(shí)常會(huì)出現(xiàn)各種裂縫病害。為了使橋梁加固方案更科學(xué)、合理、安全、經(jīng)濟(jì)，更能有效提高橋梁壽命，本文將深入探討預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫成因及預(yù)防加固措施。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力;混凝土;橋梁;裂縫

0 引言

基于建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)的背景下，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已成為實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的重要抓手之一。目前國(guó)內(nèi)已建或在建的大部分橋梁均為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，但隨著運(yùn)營(yíng)年限的增長(zhǎng)，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁時(shí)常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的病害，如裂縫病害、跨中下?lián)?、支座病害及橋梁鋪裝病害等，其中預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的裂縫病害尤為普遍及嚴(yán)重。為了能為橋梁維修加固設(shè)計(jì)人員提供橋梁加固設(shè)計(jì)理念、思路和方法，使橋梁加固設(shè)計(jì)方案科學(xué)、合理、安全、經(jīng)濟(jì)，能有效提高橋梁壽命，文章以混凝土裂縫成因?yàn)槌霭l(fā)點(diǎn)，著重分析了相關(guān)的預(yù)防及加固措施，希望能夠給相關(guān)技術(shù)人員提供參考依據(jù)。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫的種類

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫的種類主要有結(jié)構(gòu)性裂縫以及非結(jié)構(gòu)性裂縫兩種。其中，結(jié)構(gòu)型裂縫主要表現(xiàn)在：它可以造成裂縫形成各種不同的形狀，如：八字型裂縫、水平型裂縫以及垂直型裂縫。而非結(jié)構(gòu)型裂縫主要表現(xiàn)為收縮型裂縫、溫度型裂縫以及塑性型裂縫。裂縫的產(chǎn)生的原因各式各樣，因此，在橋梁維修加固設(shè)計(jì)中必須針對(duì)橋梁構(gòu)件常見(jiàn)病害進(jìn)行成因分析。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫成因分析

2.1 設(shè)計(jì)方面

橋梁結(jié)構(gòu)受力分析是橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要保障。但由于計(jì)算模型中對(duì)結(jié)構(gòu)受力的假設(shè)與實(shí)際受力并不完全符合，在計(jì)算過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)橋梁荷載模擬不精確，出現(xiàn)少算、漏算的情況，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠;或者在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)忽略規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造要求，導(dǎo)致截面尺寸不足，從而使結(jié)構(gòu)剛度不足;或者鋼筋設(shè)置偏少及布置不合理，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮施工可行性，導(dǎo)致施工與設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差。以上種種原因都可能導(dǎo)致后期預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫。

2.2 施工方面

施工隊(duì)伍在進(jìn)場(chǎng)后，未充分領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)圖紙意圖，不了解橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，不按設(shè)計(jì)圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式等問(wèn)題是導(dǎo)致后期預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫病害的重要原因之一。

此外在施工階段，將不合理的施工機(jī)具或材料堆放在橋梁上，預(yù)制結(jié)構(gòu)的安裝不妥當(dāng)，也會(huì)造成結(jié)構(gòu)受力不合理，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。對(duì)于現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，若現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，施工車輛超載行駛會(huì)導(dǎo)致橋梁混凝土內(nèi)部應(yīng)力過(guò)大，進(jìn)而造成裂縫。

2.3 運(yùn)營(yíng)方面

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大型車輛越來(lái)越多，交通壓力也越來(lái)越大，導(dǎo)致超出設(shè)計(jì)荷載的重型車輛在路上頻繁出現(xiàn)，橋梁裂縫病害也隨之暴露。此外，在橋梁運(yùn)營(yíng)階段，也時(shí)常會(huì)受車輛、船舶等的接觸和撞擊或者發(fā)生地震、爆炸等引起的震動(dòng)，這也成為橋梁裂縫出現(xiàn)的又一原因。

2.4 其他方面

2.4.1 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形受到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。大跨度橋梁，其溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超過(guò)活載產(chǎn)生的應(yīng)力。

溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。引起溫度變化主要因素有：（1）年溫差：一年中四季溫度不斷變化，但變化相對(duì)緩慢，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導(dǎo)致橋梁的縱向位移，一般可通過(guò)橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時(shí)才會(huì)引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋等。（2）日照：橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽(yáng)曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。（3）驟然降溫：突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對(duì)較慢而產(chǎn)生溫度梯度。其中日照和驟然降溫是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見(jiàn)原因。

2.4.2 應(yīng)力原因

在道路橋梁施工中，應(yīng)力也是造成混凝土產(chǎn)生裂縫的原因之一。其主要表現(xiàn)：在進(jìn)行混凝土施工的過(guò)程中，混凝土?xí)M(jìn)行散熱與硬化，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)不同程度的收縮現(xiàn)象。如收縮的應(yīng)力過(guò)大超過(guò)混凝土最大的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土的結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)收縮性質(zhì)的裂縫，從而影響到整個(gè)道路橋梁的質(zhì)量與使用壽命。因此，在具體的實(shí)踐過(guò)程中，一定要對(duì)混凝土的應(yīng)力問(wèn)題進(jìn)行有效的解決。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫預(yù)防及修補(bǔ)加固措施

3.1 設(shè)計(jì)階段裂縫預(yù)防措施

在橋梁設(shè)計(jì)階段，必須嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)規(guī)范及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸，準(zhǔn)確模擬橋梁荷載并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)化分析。在經(jīng)濟(jì)合理的情況下，盡可能提高結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，嚴(yán)格控制裂縫寬度。做到盡可能在源頭上防止橋梁裂縫病害的出現(xiàn)。

3.2 施工階段裂縫預(yù)防措施

施工隊(duì)伍在進(jìn)場(chǎng)后，須充分理解設(shè)計(jì)圖紙意圖，充分了解橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙及施工順施工。在施工過(guò)程中，嚴(yán)禁將不合理的施工機(jī)具或材料堆放在橋梁上，以及嚴(yán)禁施工車輛超載行駛在橋梁上。

鑒于道路橋梁施工過(guò)程中出現(xiàn)的混凝土溫度裂縫問(wèn)題，首先，施工人員須先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)等方面進(jìn)行全面的勘查，確定好水泥以及粉煤灰等的使用材料，將混凝土粗集料最大粒徑加以把控，加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)工序的關(guān)注，有效控制混凝土配合比，從根本上降低溫度裂縫的發(fā)生;其次，在施工人員進(jìn)行混凝土攪拌環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)該做好時(shí)間的控制工作，避免攪拌周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致表面較多的水分流失，進(jìn)而引發(fā)裂縫現(xiàn)象;再者，施工人員須合理地引進(jìn)及應(yīng)用先進(jìn)的施工工藝，維持整個(gè)施工工作能夠高效開(kāi)展，秉持分層或者是分塊的處理模式，使保結(jié)構(gòu)表面存在的熱量能夠在最短的時(shí)間內(nèi)散去，盡可能的降低后期結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的可能性。

3.3 營(yíng)運(yùn)階段裂縫修補(bǔ)及加固措施

對(duì)應(yīng)后期橋梁出現(xiàn)裂縫后的修補(bǔ)及加固措施主要有：

（1）對(duì)梁底彎曲裂縫和沿預(yù)應(yīng)力筋的縱向裂縫，可采用粘貼鋼板、粘貼纖維復(fù)合材料的方法加固，也可采用增大截面法加固。增加鋪裝層厚度，加大截面受壓區(qū)面積可提高抗彎強(qiáng)度和剛度，直接提高截面抗彎能力和剛度。但因增加的重量會(huì)抵消部分抗力，因此提高截面高度有限。（2）對(duì)于腹板上的斜裂縫，可在與裂縫反向并近似與水平線成45°，即大致正交于斜裂縫的方向粘貼鋼板或纖維復(fù)合材料;對(duì)梁高度較矮，鋼板或纖維錨固長(zhǎng)度不足時(shí)，可粘貼成U形箍和加壓條的形式。（3）對(duì)于腹板上的收縮裂縫和錨固區(qū)的裂縫，視縫寬大小可采用環(huán)氧膠封閉或灌縫處理。（4）對(duì)橋面縱向裂縫，可結(jié)合鋪裝層改造增加厚度和橫向配筋，或者增加、加大橫隔板。（5）對(duì)病害較多、較重的某一單片梁，條件許可時(shí)，可采用更換新梁的方法進(jìn)行加固，然后重新澆筑整體化層。

3.4 道路橋梁的后期保養(yǎng)

在橋梁交工驗(yàn)收或維修加固后，為了避免裂縫的產(chǎn)生及擴(kuò)散，養(yǎng)護(hù)人員需加強(qiáng)對(duì)橋梁的后期保養(yǎng)和逐漸優(yōu)化改進(jìn)，定期檢查混凝土材料構(gòu)造的損害程度以及保養(yǎng)和修補(bǔ)。后期保養(yǎng)程度及效果能夠直接對(duì)整個(gè)工程造成影響，因此，養(yǎng)護(hù)單位應(yīng)科學(xué)地去規(guī)劃道路橋梁的后期保養(yǎng)，這樣才能有效提高橋梁壽命。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫的成因和預(yù)防加固措施進(jìn)行了深入分析，橋梁產(chǎn)生裂縫的原因有很多，但可以從設(shè)計(jì)階段、施工階段及營(yíng)運(yùn)階段采取相應(yīng)的措施，有效提高橋梁使用壽命。

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