謝立安

（山西省交通科學(xué)研究院 橋梁工程防災(zāi)減災(zāi)山西省重點實驗室黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，山西 太原 030006）

0 引言

橋面鋪裝主要用于保護上部結(jié)構(gòu)主梁不受行車荷載直接磨耗、免受雨水侵蝕和保證行車舒適等，而混凝土橋面鋪裝還可起到分散車輛荷載和參與結(jié)構(gòu)受力等作用，此外橋面鋪裝還作為公眾接觸和判斷橋梁質(zhì)量狀況最直接的分項工程，其施工質(zhì)量將直接影響到公眾對橋梁質(zhì)量的評價[1-2]。然而近年來，隨著我國公路交通事業(yè)的快速發(fā)展，新建橋梁越來越多，特別是大跨徑橋梁所占比例越來越大，在各種因素的綜合影響下，橋面鋪裝經(jīng)常會出現(xiàn)早期開裂現(xiàn)象，破壞橋面鋪裝的整體性，并直接影響到橋面鋪裝的使用性能和橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性等[2-3]。本文以某連續(xù)剛構(gòu)橋為依托工程，運用理論分析、敲擊試驗、鉆芯試驗、滲水試驗、查閱設(shè)計文件、施工記錄、施工監(jiān)控報告和動靜載試驗報告等方法，針對水泥混凝土橋面鋪裝裂縫成因進行了較為詳細(xì)的分析研究，并提出針對性處治措施。

1 工程概況

某連續(xù)剛構(gòu)橋，上部結(jié)構(gòu)為五跨預(yù)應(yīng)力混凝土單箱單室變截面連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑組合為67 m+5×124 m+67 m，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用雙肢薄壁墩或雙肢薄壁墩與空心薄壁墩的組合墩，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)。水泥混凝土橋面鋪裝設(shè)計厚度為8 cm，實際施工時間為當(dāng)年8月上旬至10月上旬，但由于瀝青混凝土橋面鋪裝施工的需要，水泥混凝土橋面鋪裝施工養(yǎng)護完成后即開放交通，因此開放交通較早。

當(dāng)年10月中旬，水泥混凝土橋面鋪裝施工養(yǎng)護完成后，發(fā)現(xiàn)存在少量裂縫，且極其細(xì)小，很不明顯，并開放交通。當(dāng)年12月初，由于水泥混凝土收縮徐變的持續(xù)發(fā)展及開放交通較早等多種因素的影響，加劇了裂縫的發(fā)展，裂縫已初步顯現(xiàn)出來，引起各參建單位的高度重視，并利用裂縫觀測儀及塞尺等儀器設(shè)備對裂縫發(fā)展變化情況進行跟蹤觀測。次年4月中旬，通過對裂縫觀測數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)裂縫發(fā)展變化已處于穩(wěn)定狀態(tài)，且較為明顯。

通過現(xiàn)場察看后，發(fā)現(xiàn)混凝土橋面鋪裝裂縫總體呈現(xiàn)出由墩頂向跨中部位逐漸減少的規(guī)律，基本呈橫橋向線狀及輻射向網(wǎng)狀分布，如圖1所示。

圖1 混凝土橋面鋪裝裂縫分布圖

2 裂縫成因分析

裂縫發(fā)展變化穩(wěn)定后，建設(shè)單位立即組織各參建單位和相關(guān)專家進行分析，主要開展工作如下。

2.1 現(xiàn)場試驗

a）現(xiàn)場察看 通過現(xiàn)場察看裂縫開展?fàn)顩r后，發(fā)現(xiàn)混凝土橋面鋪裝裂縫總體呈現(xiàn)出由墩頂向跨中部位逐漸減少的規(guī)律，基本呈橫橋向線狀及輻射向網(wǎng)狀分布，但局部并無明顯規(guī)律性，初步判定橫橋向線狀裂縫是由于開放交通較早及重型車輛行駛造成的，而輻射向網(wǎng)狀裂縫則基本屬收縮裂縫或溫差裂縫。

b）鉆芯試驗 在混凝土橋面鋪裝典型裂縫開展部位處進行鉆芯后，發(fā)現(xiàn)裂縫實際最大開展寬度不超過3 mm，實際最大延伸深度至橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)片位置處，并未延伸至鋼筋網(wǎng)片以下，且鋼筋網(wǎng)片位置與設(shè)計圖紙基本相符。鉆取芯樣密實完整、外觀較好、骨料分布均勻，底部與梁頂結(jié)合較好，并無明顯松散、軟弱及浮漿層，如圖2所示。

圖2 鉆取芯樣及裂縫性狀圖

c）敲擊試驗 在混凝土橋面鋪裝典型裂縫開展部位頂面及芯孔側(cè)面進行敲擊后，并未發(fā)現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。

d）芯孔滲水試驗 向鉆芯孔內(nèi)注水后，并未發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

2.2 查閱相關(guān)文件

a）查看施工監(jiān)控報告，發(fā)現(xiàn)主梁變形及內(nèi)力始終處于控制范圍內(nèi)，節(jié)段懸臂澆筑過程中及全橋合龍后監(jiān)控數(shù)據(jù)表明，主梁線形及內(nèi)力均滿足設(shè)計與規(guī)范要求，整個施工過程中并未出現(xiàn)影響主梁受力安全的任何異常情況。

b）查看靜載試驗報告，發(fā)現(xiàn)主梁實測撓度及應(yīng)力值均小于理論撓度及應(yīng)力值，表明主梁整體剛度及截面強度均滿足規(guī)范要求。同時卸載后相對殘余變形也滿足規(guī)范要求，表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

c）查看動載試驗報告，發(fā)現(xiàn)實測基頻值均大于理論基頻值，表明結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。

2.3 成因分析

在上述工作完成后，由混凝土橋面鋪裝裂縫局部開展分布無明顯規(guī)律性、實際最大延伸深度并未延伸至鋼筋網(wǎng)片以下、裂縫開展部位無空鼓現(xiàn)象和鉆芯孔內(nèi)無滲水現(xiàn)象等試驗結(jié)果，結(jié)合施工監(jiān)控和動靜載試驗檢測結(jié)果，可以判定混凝土橋面鋪裝裂縫不是由主梁變形和受力引起的。再結(jié)合實際工程情況，混凝土橋面鋪裝出現(xiàn)裂縫的主要可能原因有：

a）由于混凝土橋面鋪裝與主梁混凝土齡期相差較大，混凝土橋面鋪裝施工時主梁混凝土收縮已基本完成，且在主梁頂面與混凝土橋面鋪裝之間設(shè)置了連接筋，使混凝土橋面鋪裝與主梁混凝土之間形成較好的黏結(jié)，致使混凝土橋面鋪裝底面收縮將受到主梁混凝土的限制，而橋面鋪裝頂面則處于自由變形狀態(tài)，從而形成沿混凝土橋面鋪裝豎向收縮變形的不一致，而收縮應(yīng)力的正常釋放會造成混凝土橋面鋪裝表面開裂。

b）由于混凝土橋面鋪裝設(shè)計用材料為C55防水混凝土，為確保混凝土強度滿足要求，混凝土水泥用量高達(dá)500 kg/m3，已達(dá)到規(guī)范規(guī)定的最大水泥用量限值[4]，而拌制混凝土?xí)r水泥用量越大，混凝土凝結(jié)時產(chǎn)生的水化熱量越大，導(dǎo)致混凝土收縮變形越大，從而容易產(chǎn)生收縮裂縫，造成混凝土橋面鋪裝表面開裂。

c）混凝土澆筑后存在原生裂縫，由于施工養(yǎng)護措施不當(dāng)和區(qū)域內(nèi)風(fēng)力較大，混凝土表面水分散失較快，極易產(chǎn)生由上而下、由表及里的干縮裂縫，再加上晝夜溫差較大，在混凝土后期強度形成和收縮過程中，已存在的原生裂縫也會進一步擴展并顯現(xiàn)出來。

d）水泥混凝土橋面鋪裝施工養(yǎng)護完成后，由于瀝青混凝土橋面鋪裝施工的需要，開放交通較早，加上重型車輛的行駛和沖擊作用，加劇了裂縫的發(fā)展。

3 混凝土橋面鋪裝開裂對橋梁結(jié)構(gòu)的影響分析

a）通過咨詢設(shè)計單位，發(fā)現(xiàn)混凝土橋面鋪裝主要起調(diào)平作用。設(shè)計計算時是按二期恒載計入主梁結(jié)構(gòu)所承受的荷載中，而橋面鋪裝本身不參與結(jié)構(gòu)受力計算，構(gòu)造處理上則采用預(yù)埋在主梁頂面的連接筋來加強橋面鋪裝與主梁結(jié)構(gòu)的整體連接，以保證橋面鋪裝本身的穩(wěn)固性。

b）通過查看施工記錄，發(fā)現(xiàn)混凝土橋面鋪裝施工前，施工單位曾先后3次用電錘、風(fēng)鎬并配合人工清理過主梁頂面，鑿毛較好，連接筋布置得當(dāng)，混凝土橋面鋪裝與主梁黏結(jié)較好，可與主梁結(jié)構(gòu)共同受力，即混凝土橋面鋪裝原始施工質(zhì)量較好，完全可以滿足設(shè)計與規(guī)范要求。

c）混凝土橋面鋪裝開裂后，如不及時進行有效處理，當(dāng)橋面積水下滲至裂縫后，無疑會造成橋面鋪裝局部早期破損，進而影響橋面鋪裝的耐久性及使用功能，甚至還會影響主梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

d）在裂縫較寬且較密集的部位，橋面鋪裝整體性能將受到影響，從而加劇橋面鋪裝早期破損。

e）由于混凝土橋面鋪裝本身不參與結(jié)構(gòu)受力計算，因此其開裂也不會影響到整個橋梁結(jié)構(gòu)的受力安全。

f）由于混凝土橋面鋪裝裂縫基本屬收縮裂縫和溫差裂縫，在開裂一定時段后，混凝土橋面鋪裝中積聚的收縮應(yīng)力和溫差應(yīng)力已基本釋放完畢，裂縫趨于穩(wěn)定，在采取有效的封閉處治措施后，其向上發(fā)展輻射的可能性將極其微小，基本不會對后續(xù)施工的瀝青混凝土鋪裝產(chǎn)生危害影響。

4 處治措施

基于上述裂縫成因分析及其對橋梁結(jié)構(gòu)影響的分析，參建單位應(yīng)對混凝土橋面鋪裝裂縫進行有效處治，以避免橋面鋪裝早期破損質(zhì)量通病的發(fā)生。同時提出針對性處治措施如下：

a）由于在混凝土橋面鋪裝與主梁頂面之間設(shè)置了連接筋，若將橋面鋪裝全部鑿除，勢必會對主梁造成損傷，且耗時廢料，因此不建議將混凝土橋面鋪裝全部鑿除并重新澆筑。

b）對于寬度大于等于0.2 mm的裂縫，進行灌注結(jié)構(gòu)膠填充，恢復(fù)混凝土橋面鋪裝的整體性；對于寬度小于0.2 mm的裂縫，采用結(jié)構(gòu)膠進行封閉處理。

c）在對裂縫進行封閉和灌注結(jié)構(gòu)膠后，再采用適應(yīng)變形能力強、高延展性和高黏結(jié)性的防水材料做好橋面防水層。

d）對于局部開裂或網(wǎng)裂嚴(yán)重的部位，應(yīng)根據(jù)實際情況鑿除并重新澆筑。

e）加強瀝青混凝土鋪裝的施工控制，確?？?jié)B性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求，必要時可在瀝青混凝土鋪裝施工完成后噴灑滲透性較強的改性乳化瀝青，增強橋面抗?jié)B能力。

f）做好橋面排水工作，在易積水地段加密泄水孔，確保橋面不積水。

5 結(jié)論

本文以某連續(xù)剛構(gòu)橋為依托工程，運用理論分析、敲擊試驗、鉆芯試驗、滲水試驗、查閱設(shè)計文件、施工記錄、施工監(jiān)控報告和動靜載試驗報告等方法，針對水泥混凝土橋面鋪裝裂縫成因進行了較為詳細(xì)的分析研究，并提出針對性處治措施，實踐證明，該橋水泥混凝土橋面鋪裝裂縫問題通過處治后取得了很好的效果。研究成果對于確保同類橋梁水泥混凝土橋面鋪裝施工質(zhì)量具有重要的工程實際意義。