市政桥梁结构裂缝及加固技术处理探索

俞民荣　蒋增良　胡金平

【摘要】近几年来，随着我国社会经济的不断发展和科学技术的不断进步，我国的交通行业获得了日新月异的变化，随之而来的是人们对市政桥梁额要求变得越来越高，特别是对于市政桥梁中存在的结构裂缝问题，这些结构裂缝严重影响了市政桥梁的质量，导致市政桥梁存在着严重的安全隐患。针对这个问题，本文对市政桥梁结构裂缝的产生原因进行了详细的分析，并进一步的提出了相应的加固技术处理措施。

【关键词】市政桥梁；结构裂缝；加固；技术处理

引言

众所周知，桥梁是城市交通中的重要连接枢纽，市政桥梁建设的好坏直接与城市的长期发展密切相关。在现阶段，市政桥梁正发挥着不可或缺的作用，但是市政桥梁的结构裂缝也同样成为一个严重的问题，越来越受到人们的广泛关注。所以为了有效的解决市政桥梁中出现的结构裂缝问题，我们就必须对引起市政桥梁出现结构裂缝的原因进行探究，只有这样才能避免在市政桥梁建设时出现大量结构裂缝的现象，才能采取科学合理的加固技术处理市政桥梁的结构裂缝问题。

一、市政桥梁产生结构裂缝的原因

（一）荷载引起的裂缝

荷载引起的裂缝主要可以分为直接应力裂缝和次应力裂缝两种形式。直接应力裂缝的产生主要是市政桥梁在设计阶段时漏算或错算一部分的荷载，这样就会产生一定的结构应力，在这些结构应力的影响下，市政桥梁就会出现直接应力裂缝。另外，对于直接应力的产生原因还有以下几个方面：第一，在桥梁设计期间，对桥梁结构的设计没有综合考虑施工的实际情况或者设计的桥梁断面不足。第二，市政桥梁的施工期间，在有关的构件上不合理的放置各种施工材料或者施工设备。第三，市政桥梁在使用的过程中，长时间的承受超过自身承载能力的重型车辆或者受到大风、大雪等恶劣天气的影响，这些现象都会导致市政桥梁出现直接应力裂缝。而次应力裂缝的产生原因则主要是因为市政桥梁在建设完毕后，因为实际情况的需要，往往会在桥梁结构中进行凿槽、开洞或者设置牛腿。对于这些工作来说一般很难通过具体的数据来模拟计算，所以这就导致了桥梁经过挖孔后内部的“力流”会发生“绕射”现象，在开凿的孔周围会聚集巨大的应力，在这些应力的影响下就会导致市政桥梁出现次应力裂缝。

（二）温度变化造成市政桥梁出现结构裂缝

通常情况下，如果桥梁结构裂缝是由温度变化引起的，那么桥梁表面裂缝的走向一般是没有规律的，但是如果是桥梁内部产生裂缝，那么这些裂缝往往会与主筋的走向相平行，并且裂缝的宽度也各不相同，其规律一般是热窄冷宽。经过长期的研究，我们发现，造成该种裂缝产生的因素主要有日照、降温、水化热以及采用蒸汽进行养护。首先，日照对温度变化的影响主要表现在市政桥梁施工后桥梁的面板以及侧面受到太阳光的暴晒后温度相比于其他部位来说会急剧上升，所以桥梁内部的混凝土就会出现温度梯度这些温度梯度一般是呈非线性分布的，在这些温度梯度的影响下，混凝土内部的拉应力就会逐渐的增大，如果混凝土内部的拉应力超过自身所能承受的最大应力，其内部就会产生裂缝。其次，对于市政桥梁来说，当突降大雨后，桥梁表面的温度会急剧的下降，而内部的温度相对于外部温度来说下降的比较慢，所以混凝土的内外部同样也会产生温度梯度，从而使混凝土在一定程度上发生变形，当混凝土的变形受到约束后就会产生一定的结构内应力，当这些内应力超过混凝土自身的抗拉极限后就会出现一定的结构裂缝。再次，在市政桥梁施工时，混凝土浇筑水泥后由于发生水化热反应就会使其温度急剧的上升，最终会由于温度梯度的原因产生结构裂缝。最后，市政桥梁在冬天进行蒸汽养护时，由于养护结束后，桥梁表面的温度下降较快，而内部的温度下降较慢，所以在市政桥梁的内外部就会产生温度差，在这些温差的影响下，市政桥梁就会出现一定的结构裂缝。

（三）收缩裂缝

一般情况下，收缩裂缝主要包括塑性收缩、失水收缩、自生收缩以及炭化收缩四个类型。其中塑性收缩主要是因为混凝土在浇筑后发生水化热反应，从而在内部逐步形成分子链，然后由于沁水和水分的蒸发就会导致混凝土内部严重的失水，从而产生收缩裂缝。失水裂缝的产生原因是因为混凝土在变硬之后内部的水分会逐渐的蒸发，从而引起温度降低、体积变小。但是由于混凝土表面的水分蒸发快而内部的水分蒸发慢，所以这就导致了混凝土内外部的收缩量存在着很大的差异，造成混凝土出现不均匀收缩的现象。同时，由于混凝土表面收缩在受到内部混凝土的约束之后会造成混凝土受到较大的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时就会产生结构裂缝。自身收缩是指混凝土在硬化的过程中由于发生水化反应从而造成了自身发生收缩，随着自身收缩的不断增大，市政桥梁产生结构裂缝的几率就会大大增加。炭化收缩是由于水泥水化产物与二氧化碳之間发生化学反应，在这种化学反应下，混凝土就会出现一定程度的收缩。通常情况下，炭化收缩在湿度为百分之五十的条件下发生最为明显，并且还会随着二氧化碳的浓度增加而加快。

（四）钢筋锈蚀

在市政桥梁中，混凝土的保护层厚度不足或者混凝土的保护层由于与二氧化碳发生炭化反应而造成桥梁中钢筋周围的混凝土的碱度降低，而周围环境中含氯化合物的介入也会造成钢筋周围混凝土中的氯离子含量上升而使钢筋的表面形成一层氧化膜，然后生成的铁离子会与水和氧气发生化学反应，最终生成氢氧化铁化合物，氢氧化铁化合物的体积相对于原来的钢筋体积来说会增大2～4倍，所以这就造成了钢筋对周围的混凝土的膨胀力急剧的增大，严重的就会导致钢筋表面的保护层发生破裂或者沿着钢筋的表面产生纵向的裂缝。除此之外，由于钢筋发生锈蚀，其有效的断面面积也会减小，钢筋和混凝土之间的粘结力也会随之下降，同时还会降低桥梁结构的承载能力导致多种结构裂缝的同时产生。

（五）材料因素

在市政桥梁建设的过程中，材料的使用不恰当同样也是产生结构裂缝的主要原因之一，而影响市政桥梁出现结构裂缝的材料主要有水泥、骨料以及外渗剂等。首先，如果市政桥梁建设中使用的水泥安定性不合格或者水泥中游离的氧化钙的含量超过标准值，那么水泥在凝结的过程中水化速度就会相应的变慢，所以这就造成一些在凝结完毕后仍然发生水化作用的混凝土会破坏已经硬化完毕的混凝土，这种现象会严重的降低混凝土的抗拉强度，从而增加市政桥梁产生结构裂缝的几率。另外，如果市政桥梁建设中使用的骨料粒径不合理、级配不精确或者空隙率过大，那么就会大大的增加拌合用水和水泥的使用量，相应的也会增加混凝土后期的收缩量。最后，在混凝土搅拌过程中添加的外渗剂中通常含有大量的氯离子，大量的氯离子会对市政桥梁的钢筋产生严重的腐蚀现象，进行造成严重的裂缝问题。

二、市政桥梁结构裂缝加固技术处理的措施

（一）对市政桥梁结构裂缝进行有效的处理

通常情况下，对于市政桥梁结构裂缝的处理方式主要有表面封闭修补法、压力灌浆修补法以及填充钢板法三种方法。通过上边分析我们可以知道，市政桥梁出现裂缝的原因是多种多样的，所以我们在进行市政桥梁结构裂缝的处理时，必须严格的按照市政桥梁结构裂缝的实际情况选择最佳的处理方法进行操作。其中，表面封闭修补法是在混凝土出现裂缝的表面上铺设一层比较薄的薄膜材料，然后在施工的时候用刷子对混凝土的表面进行打毛处理，然后将混凝土表面的裂缝处理平整，使用表面封闭修补法也可以利用沥青进行修补，但是沥青相对于其他的材料来说比较难灌入。所以说表面封闭修补法适合在裂缝不深的市政桥梁中使用，也就是说市政桥梁的内部没有裂缝，只是在表面出现了一些细小的裂缝。同时，表面封闭修补法还可以利用石灰或者混凝土进行填充，也可以在结构裂缝的表面进行抹灰处理。这几种方法的操作比较简单，并且工程量也不大，通过表面封闭修补法可以有效的组织市政桥梁结构裂缝发生扩大，有效的避免因为裂缝加深而造成桥梁内部的钢筋发生腐蚀，从而出现深层裂缝的现象。压力灌浆法根据灌浆物的不同可以分为水泥灌浆、石灰灌浆、沥青灌浆以及化学物质灌浆等多种类型。喷浆修补是将结构裂缝的表面经过处理后，在裂缝上喷射一层水泥砂浆作为保护层，从而达到封闭裂缝的效果但是要注意的是在进行喷浆之前，必须将结构裂缝的表面处理干净，并且还要用水进行适当的冲洗，在开始喷浆之前将发生结构裂缝的基层湿润，然后才可以进行喷浆修补。所以水泥灌浆法主要适合裂缝分布不均匀的桥梁。填充钢板法则是指当钢筋混凝土发生拉应力裂缝时，在对裂缝进行初步的处理之后，在发生结构裂缝的部位粘接一块钢板，然后利用膨胀螺栓将钢板进行压固，同时要注意保证钢板的粘合方向与结构裂缝的方向相垂直。

（二）利用梁式结构加固增强技术

在市政桥梁的加固技术处理中，梁式结构加固增强技术是应用比较广泛的一种方法。采用梁式结构加固时通常根据桥梁的实际承受情况，综合考虑桥梁承载力的程度和长期的使用要求，然后再选取不同的加固方式。通常情况下，利用梁式结构加固增强技术进行市政桥梁的加固处理时，一般都会采取扩大原结构构件的截面的方法，从而提高整体结构的刚度以及强度；改变原有结构的受力体系；采用新型的结构替代原先的抗力不足的旧结构。这些措施都可以有效的提高市政桥梁的强度和刚度，从而有效的解决市政桥梁的加固问题。

（三）结构补强

对于市政桥梁的结构补强主要包括增加构建截面、增设构建加固、粘贴加固以及施加体外预应力。其中增加构件截面又可以分为增加混凝土截面补強和增加主筋补强两种方式。如果桥梁的地基具有较好的承载力，那么就可以选择增加主梁加固的方式。通常情况下，人们一般将新增的主梁放置在原有主梁的两侧。在增设主梁时，可以在应该增设的位置凿开一个凹槽，同时将原横隔梁切断，然后将新增的主梁利用原结构设置悬挂后进行混凝土的浇筑。在粘贴加固中，通常是将钢板、钢筋或者玻璃钢利用环氧树脂胶液粘贴在结构的薄弱环节或者其受拉或受压的部位。最后，采用施加体外预应力的方式是在原来桥梁的体外侧的受拉区域设置一个预应力筋，这样就可以保证桥梁在张拉的过程中产生偏心预压力，从而有效的减小荷载的挠度和桥梁的受力状态。

结语

总而言之，在实际的市政桥梁建设中，我们很难避免出现结构裂缝的问题。而市政桥梁出现结构裂缝原因不仅仅是由于施工引起的，同时还受到多种因素的影响。所以这就要求我们要加强对影响市政桥梁出现结构裂缝的因素的研究，只有这样才能有针对性的提出合理的解决措施，科学合理的进行市政桥梁的加固技术处理。从而有效的解决因为结构裂缝带来的危害，保证我国市政桥梁结构的稳定性，促进我国交通行业的平稳发展，最终实现社会将经济的更好发展。

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