混凝土橋面鋪裝裂縫成因分析

李 存，孔凱歌，石忠利

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)普遍存在的現(xiàn)象，一類是由外部荷載作用引起的，稱之為結(jié)構(gòu)裂縫或受力裂縫，表示結(jié)構(gòu)承載能力相對不足或者存在結(jié)構(gòu)上的缺陷問題，此類裂縫一般在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)加以考慮是可以防止或控制在允許范圍內(nèi)的[1]；另一類則是由溫度變化、混凝土收縮等引起的，稱之為非結(jié)構(gòu)裂縫，是由于混凝土抗拉能力小造成的。

水泥混凝土橋面鋪裝層是公路橋梁常用的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)形式，近年來在采用裝配式梁板結(jié)構(gòu)的非高速公路項(xiàng)目上運(yùn)用較多(主要考慮路面結(jié)構(gòu)的一致性)。其主要功能為：聯(lián)結(jié)各梁板作為整體受力、承受并分散車輪垂直荷載、保證行車平順、防水等作用，其施工質(zhì)量的好壞將直接影響到橋梁的使用性能和耐久性。

1 項(xiàng)目概況

昆侖連接線LK0+162.5段的昆侖分離式立交橋是柳州經(jīng)合山至南寧高速公路昆侖連接線上的一座高架橋，橋長182.5 m，交角為90°，單幅設(shè)置，橋?qū)?7 m，最大墩高約19.1 m。上部結(jié)構(gòu)采用(3×25 m+4×25 m)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁，其中1～3孔為第一聯(lián)，4～7孔為第二聯(lián)，分別在0#臺(tái)、3#墩和7#臺(tái)處各設(shè)一道伸縮縫。

橋梁上部構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)橫斷面采用6梁式小箱梁組合斷面，梁高150 cm，梁間距為280 cm，梁間濕接縫寬度為40 cm，橋梁凈寬為1 600 cm。橋面采用15 cm厚C50混凝土鋪裝(內(nèi)設(shè)D12鋼筋焊接網(wǎng))，如圖1～2所示。小箱梁采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(先簡支后連續(xù))體系，按預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，混凝土鋪裝層不參與結(jié)構(gòu)受力，僅當(dāng)二期恒載考慮。

圖1 上部構(gòu)造橫斷面圖(cm)

圖2 橋面鋪裝鋼筋布置示意圖(cm)

2 現(xiàn)場裂縫分布情況

據(jù)現(xiàn)場查勘和檢測單位出具的檢測(驗(yàn))報(bào)告，該橋左右兩側(cè)橋面鋪裝均檢測出裂縫，主要為橫橋向裂縫(縫長3.5～8 m，即貫通橋面半幅寬度，最大裂縫為0.26 mm)，少量縱向裂縫(縫長1.95～5.95 m，最大裂縫為0.2 mm)，左右兩側(cè)裂縫分布類似，每跨有4～6道橫向裂縫，裂縫分布均勻，縱向裂縫基本為沿橫向裂縫展開。

為了進(jìn)一步掌握裂縫深度發(fā)展情況，在全橋選取了裂縫分布較多的2個(gè)位置進(jìn)行鉆芯取樣比對，鉆芯位置ZK1、ZK2分別為搭板處中線位置和第4跨距3#墩頂10 m，橫向距中線1.5 m處。

3 裂縫成因分析

根據(jù)本橋橋面鋪裝出現(xiàn)裂縫的情況，結(jié)合裂縫處鉆芯取樣以及結(jié)構(gòu)復(fù)算分析，得出裂縫產(chǎn)生原因如下：

(1)鋪裝層鋼筋網(wǎng)保護(hù)層過厚

橋面鋼筋網(wǎng)在進(jìn)行綁扎和澆筑水泥混凝土過程中，受到施工人員及施工機(jī)具的荷載作用和水泥混凝土的自重壓力，定位筋或墊塊失去作用[2]，鋼筋網(wǎng)下沉，保護(hù)層過厚，削弱了鋼筋對鋪裝層混凝土的約束作用，從而在混凝土質(zhì)量相對較弱的區(qū)域和拉應(yīng)力大的區(qū)域產(chǎn)生溫度裂縫、收縮裂縫。ZK1、ZK2均顯示鋼筋網(wǎng)有下沉。

(2)鋪裝層混凝土與預(yù)制梁頂間連接不良

橋面混凝土鋪裝施工前，如果梁頂表面的松散混凝土、浮漿、泥(油)污等清除不徹底，梁頂面未鑿毛或鑿毛的密度和深度不夠[3]，以及預(yù)制梁架設(shè)完成后橋面行車，使得預(yù)制梁頂部預(yù)埋的與鋪裝相連的門式鋼筋被壓倒，而后期澆筑橋面鋪裝時(shí)未對其進(jìn)行修復(fù)等，都會(huì)直接影響橋面混凝土鋪裝層與預(yù)制梁頂部之間的結(jié)合效果，使得鋪裝混凝土直接承受車輪的作用，從而可能在相對薄弱的部分因薄板受力產(chǎn)生裂縫。

(3)鋪裝層混凝土厚度不足

采用預(yù)制安裝的預(yù)應(yīng)力小箱梁，由于縱向預(yù)應(yīng)力的張拉影響以及施工期對梁頂標(biāo)高控制不夠。通過觀察ZK1和ZK2發(fā)現(xiàn)，橋面混凝土鋪裝層最薄處僅10 cm，與原設(shè)計(jì)15 cm相差33.3%。由于鋪裝層混凝土厚度不足，使得橋面因無法承受相應(yīng)的車輛荷載而被破壞，呈現(xiàn)出不規(guī)則橋面裂縫，在橋跨的跨中部更為突出。

(4)橋面鋪裝混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)不到位

橋面鋪裝層混凝土在早期施工期間產(chǎn)生的收縮、溫度等細(xì)小裂紋，在后期尚未養(yǎng)護(hù)到位即開放交通，會(huì)因汽車荷載的沖擊作用，裂紋繼續(xù)增大，出現(xiàn)啃邊現(xiàn)象，最終產(chǎn)生較大、較深的裂縫。

(5)墩頂負(fù)彎矩影響

由于該橋梁結(jié)構(gòu)為先簡支后連續(xù)，墩頂存在負(fù)彎矩，且因負(fù)彎矩的存在，在鋪裝和梁體頂部連接不良，鋪裝厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求以及鋼筋網(wǎng)片下沉?xí)r，會(huì)對混凝土橋面鋪裝的裂縫產(chǎn)生更加不利的影響。尤其在開放交通后受到活荷載加載，裂縫開裂加劇、深度加深。

4 結(jié)語

通過對昆侖分離式立交橋梁混凝土鋪裝裂縫產(chǎn)生原因的分析，得出以下主要結(jié)論和建議：

(1)混凝土橋面鋪裝防裂鋼筋對防裂起到重要作用，在施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照防裂鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行布設(shè)，以確保其發(fā)揮較好的防裂作用。

(2)根據(jù)該橋梁每4～6 m左右出現(xiàn)一道橫向裂縫的規(guī)律，建議對類似結(jié)構(gòu)連續(xù)的混凝土鋪裝增加裂縫數(shù)量，沿跨徑方向每5 m左右設(shè)置一道裂縫，同時(shí)裂縫的切割應(yīng)在混凝土終凝后及時(shí)跟進(jìn)，以降低混凝土的收縮和溫度裂縫的開裂。

(3)施工過程要嚴(yán)格控制混凝土配合比，確?；炷翝仓|(zhì)量。鋪裝澆筑完成后及時(shí)做好相應(yīng)養(yǎng)護(hù)工作。

(4)通過該結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁和類似結(jié)構(gòu)簡支橋梁的對比發(fā)現(xiàn)，同等跨徑、類似墩高的簡支橋梁基本未見混凝土橋面鋪裝開裂現(xiàn)象。因此建議對后續(xù)類似混凝土橋面鋪裝的橋梁設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用簡支結(jié)構(gòu)體系，降低墩頂負(fù)彎矩對裂縫產(chǎn)生的影響。