浅谈桥梁结构裂缝分析及加固技术处理

　　摘要：对于砖、石和混凝土结构物来说，产生裂缝几乎是不可避免的。这就需要我们对桥梁结构裂缝进行分析并及时进行加固技术处理。
　　关键词：桥梁结构，裂缝分析，加固处理
　　一、引言
　　桥梁结构在施工和营运使用过程中。常常会出现各种不同形式的裂缝。其中，由砖、石和混凝土构筑而成的桥梁结构物，由于砖石砌体及材料的抗拉能力较弱，稍微受拉就会产生裂缝。因此，对于砖、石和混凝土结构物来说，产生裂缝几乎是不可避免的。这就需要我们对桥梁结构裂缝进行分析并及时进行加固技术处理。
　　二、桥粱结构常规裂缝机理分析
　　桥梁结构常规裂缝机理的产生相当复杂，单因素裂缝是很少的。但是，一般说来，裂缝主要是由一种或几种因素引起的，其它因素只是起了裂缝主要是由一种或几种因素引起的，其它因素只是起了裂缝继续发展或加剧劣化的作用。因此，在分析裂缝产生的原因时，可以将裂缝形式与单因素或主要的两、三种因素一一对应起来，这种分析方法是最简单、最直接，也是很有效的方法。
　　1、混凝土结构裂缝的认识
　　混凝土是当今桥梁结构中使用最广泛、应用量最大的一种材料。因为它可以配制成不同强度、不同性能和不同形状的各种混凝土结构物，并有效好的耐久性，除非受到侵蚀性环境的化学腐蚀或者遭到物理破坏，混凝土几乎具有无限的生命潜力。但大多混凝土都是带裂缝工作的，有的裂缝并不影响混凝土的使用，但涉及结构强度裂缝的存在和发展，将使相应部位构件的承载力受到一定程度的削弱，同时裂缝还会引起保护层剥落、钢筋锈蚀、混凝土碳化、持久强度低等，甚至危害桥梁的正常运行和缩短其使用寿命。
　　2、混凝土结构裂缝的处理原则
　　工程实践经验和理论分析说明，混凝土结构的裂缝是不可避免的，只是有些裂缝是无害的或可控制的。如果对建筑物的抗裂要求过严，必将付出太大的经济代价，甚至无法实现。科学的要求应是将裂缝的有害程度控制在允许范围之内。笔者认为我国的设计规范规定的应灵活一些，对荷载产生的裂缝规定宽度限制，设计方法可由设计人员选取。
　　3、混凝土结构的微观裂缝与宏观裂缝
　　微观裂缝的特点是细而短，肉眼不可见。一部分微裂缝存在于砂浆中；一部分存在于骨料与砂浆的界面上。这种裂缝一般产生于混凝土结硬化时，由于内应力或应力流的转向而致，它可用混凝土的构造理论加以解释。
　　荷载试验表明，当混凝土受压时，荷载在30％的极限强度以下时，微裂几乎不变动，在30％一70％极限强度时，微裂开始扩展并增加，到70％一90％极限强度时，微裂显著扩展并迅速增多，其微裂之相互串联起来，直至完全破坏，可以说小于0.05mm的不可见裂缝为“微观裂缝”，大于等于0.05mm的可见裂缝为“宏观裂缝”。混凝土裂缝是微裂的扩展．在建筑结构中对使用无重大危害。
　　三、桥梁结构常规裂缝机理的综合分析
　　1、根据初步调查的结果，归纳出裂缝产生的原因属以下哪类或者是以下哪几类的共同作用的：
　　a．材料使用不当b．施工质量低劣；c．使用环境及外界环境的不良影响；d．结构设计及外力作用。
　　2、按裂缝形态、混凝土级配、气候条件等要素分类以及根据设计图、计算书等分类，对开裂原因进行分析，找出各种分析中的共同原因，据此确定结构开裂的真正原因。
　　3、着根据初步调查的结果找不出开裂的共同原因或主要原因，则在可能引起开裂的有关原因的小范围内进行详细调查，并根据详细调查结果，进一步筛选，综合分析，推断开裂的真正原因。
　　4、若前面两个步骤还找不出确切的开裂原因，则应聘请对混凝土结构，尤其是被鉴定结构有较高理论水平及丰富实践经验的专家，进行高水平的综合分析判断。
　　四、桥梁加固工作程度
　　桥梁在使用过程中，随着使用年限的增加，其结构性能逐渐退化，出现各种损伤，为保证其安全性，就需要经常进行维修来满足其使用功能并延长其使用寿命。
　　桥梁结构加固的工作程序为：
　　桥梁检定——确定加固方案——施工图设计——施工组织设计——施工一一工程验收。对桥梁结构加固方案的选择十分重要，方案的优劣不仅影响资金的投人，而且将影响桥梁加固的质量。合理的加固方案应该达到加固效果好，对使用性能影响小，技术可靠，施工简便和经济合理。
　　五、桥槊结构裂缝加固处理技术
　　l、裂缝修补技术
　　裂缝修补的目的在于恢复结构物的防水性和耐久性，以及起到修饰美观的作用。结构有较严重的病害时，需要在加固前或在实施加固技术的过程中进行裂缝的修补。裂缝补的主要技术有：
　　(1)面处理法
　　这是一种在微裂缝(一般宽度小于0．2mm)的表面涂抹填料及防水材料，以提高其防水性和耐久性为目的的方法。这种方法的缺点是修补工作无法深入到裂缝内部，以及对延伸性裂缝难于追踪其变化。因此，对于宽度发生变化的裂缝，要设法使用有伸缩性的材料。表面处理方法所用材料视修补目的及其结构物所处环境不同而异，通常使用弹性涂膜防水材料(如玻璃布)、聚合物水泥膏及水泥填料等。
　　(2)注浆法
　　该方法系在裂缝中注入树脂或水泥类材料，以提高其防水性及耐久性。注浆法的主要注浆材料是环氧树脂，以往均采用手动或脚踏式输液泵注入浆液；但存在无法控制注入量。对于不贯通的裂缝难于将浆液注入到内部，注入压力太大有可能使裂缝宽度扩大等问题。所以，现在多采用低压低速注入法。此法具有易于控制注入量且可注入到裂缝深部的优点。当灌浆材料采用环氧树脂时，应该注意到，由于环氧树脂的粘度不同，有时浆液无法充分注人裂缝，但增加溶剂量又会降低粘性而达不到预期的目的；对于延伸性裂缝，环氧树脂的变形跟踪性较差(环氧树脂的变形量约为2％)，所以，对这类裂缝，应该使用可挠性环氧树脂。另外，环氧树脂与钢抓钉并用可使得裂缝部位加固后更具有整体性，是一种防止裂缝继续发展的好办法。
　　(3)充填法
　　这是一种适合于修补较宽裂缝(0.5mm以上)的方法，具体做法是沿裂缝凿一条深槽，然后在槽内嵌补各种粘结材料，如水泥砂浆、环氧砂浆、膨胀水泥砂浆、环氧树脂混凝土、沥青及各种化学补强剂等。对钢筋混凝土结构而言．这种修补方法视钢筋是否锈蚀而异。当钢筋未锈蚀时，沿裂缝处以大约l0mm左右的宽度将混凝土凿成U型或V型，在开槽处充填密封材料以修补裂缝；当钢筋已经锈蚀时，将混凝土凿除到能够充分处置已经生锈的钢筋部分．先对钢筋除锈，然后在钢筋上涂抹防锈底涂料，再充填密封材料。
　　(4)表面喷涂法
　　喷浆修补是一种在经凿毛处理的裂缝表面，喷射一层密实而且牯度高的水泥砂浆保护层，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。
　　(5)粘结钢板封闭法
　　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。钢板粘结合方向应和裂缝方向垂直。
　　(6)混凝土因碱骨料而开裂的裂缝修补
　　因碱骨料反应产生的裂缝，一般为延伸性的，特别是钢筋用量较少时，对膨胀的约束较小，于是裂缝宽度显著变大。对这种裂缝，可以注入环氧树脂或涂抹防水材料，防止水分由外部浸入，从而控制碱骨料反应。
　　2、梁式结构加固增强技术
　　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。粱式桥上部结构加固增强技术主要有加大截面加固法、外部粘贴加固法、外部预应力加固法、改变结构体系加固法、增设纵粱加固法等方法。
　　六、结语
　　桥梁裂缝产生的原因复杂、种类繁多，如果不对裂缝进行系统全面的分析和研究，就很难提示出桥梁病害产生的内涵和机理。因此，对桥梁裂缝的分析和研究不仅阐明了裂缝形成机理、裂缝危害性评定等问题，还直接为今后桥梁病害的综合治理提供技术前提和决策依据，这正是桥梁裂缝分析和研究的目的。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。