姚利郎，黃中峰

（山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢(xún)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012）

1 概況

近年來(lái)，在高速公路建設(shè)中，大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁，因行車(chē)舒服、美觀大方、工程造價(jià)較低、結(jié)構(gòu)剛度大、施工技術(shù)成熟、后期養(yǎng)護(hù)量小的特點(diǎn)，被廣泛采用。橋面混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)層受力特性與路基上混凝土面板不同，尤其大跨徑橋面混凝土面板，其在施工及運(yùn)營(yíng)中受力更為復(fù)雜，容易出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。大跨徑結(jié)構(gòu)混凝土裂縫幾乎成為該類(lèi)型橋梁技術(shù)難題，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫小則影響使用耐久性，大則危及結(jié)構(gòu)安全。混凝土裂縫可以分為荷載形裂縫和變形裂縫兩類(lèi)，研究表明荷載形裂縫占20%，變形裂縫占80%。在采用復(fù)合結(jié)構(gòu)大型橋面結(jié)構(gòu)中，通常是混凝土做持力基層，瀝青混凝土做功能結(jié)構(gòu)層，混凝土持力層在施工過(guò)程經(jīng)常出現(xiàn)變形裂縫，裂縫如果不能有效消除，運(yùn)營(yíng)在重復(fù)荷載作用下，裂縫將反射到瀝青面層，且伴有滲水風(fēng)險(xiǎn)，滲水銹蝕構(gòu)造鋼筋，路面反射裂縫影響行車(chē)舒適，降低了橋梁的使用壽命。

2 工程特點(diǎn)

晉蒙黃河大橋工程位于神河高速K103+196.5處，上部結(jié)構(gòu)布設(shè)8×50 m 先簡(jiǎn)后連混凝土T 梁+（82.68+4×152+82.8）m+（82.8+3×152+82.72）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁- 連續(xù)剛構(gòu)組合體系+30 m 先簡(jiǎn)后連混凝土T 梁，橋梁全長(zhǎng)2 133 m，下部構(gòu)造主墩采用空心薄壁墩，引橋連續(xù)T 梁承臺(tái)左右幅分別布置，主橋連續(xù)剛構(gòu)承臺(tái)左右幅整體布置，樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。連續(xù)梁- 連續(xù)剛構(gòu)組合體系橋是連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)的組合體系，通常是中間跨且橋墩較高的數(shù)孔采用墩梁固結(jié)的剛構(gòu)體系，邊上幾孔則采用連續(xù)體系。主橋橋面采用8 cm 鋼筋、鋼釬維雙鋼混凝土+6 cm AC-20 改性瀝青混凝土+4 cm SMA-13 瀝青瑪蹄組合結(jié)構(gòu)。

3 技術(shù)參數(shù)控制

根據(jù)設(shè)計(jì)文件結(jié)合混凝土橋面板特征，8 cm 薄板結(jié)構(gòu)，縱向約束橫向自由，下承層為非等截面箱梁結(jié)構(gòu)，動(dòng)載作用下豎向變形響應(yīng)不同，經(jīng)專(zhuān)題研討，橋面剛性鋪裝層采用高性能混凝土。

a）混凝土配合比控制，試驗(yàn)確定C50 高性能混凝 土 配 合 比mc：mf：ms：mg：mw：ma：m纖維=389 ∶81 ∶835 ∶941 ∶174 ∶5.25 ∶40，W/B=0.37，W/C=0.45，ρf=17%，ρa(bǔ)=1.0%，水泥采用天皓P.O42.5 混凝土抗壓強(qiáng)度7 天R7=51.9 MPa，28 天R28=60.5 MPa。

b）鋼纖維質(zhì)量控制，為提高面板的抗彎拉性能，配合比中摻加水容性黏排彎鉤形鋼纖維，方便混凝土中分散均勻，抗拉強(qiáng)度等級(jí)1 000 MPa，摻量40 kg/m3，經(jīng)拌合樓大樣驗(yàn)證，檢驗(yàn)混凝土彎拉強(qiáng)度和拌合均勻情況，試件抗彎拉強(qiáng)度達(dá)到6.3～6.5 MPa，鋼纖維用量誤差4.6%，表征均勻性偏差系數(shù)為4.35%。

c）混凝土塌落度控制，嚴(yán)格控制混凝土出拌合機(jī)塌落度不大于200 mm，是控制離析減少浮漿有效措施，考慮用罐車(chē)運(yùn)輸可實(shí)施性，塌落度不宜太小。對(duì)厚度小于10 cm 的混凝土結(jié)構(gòu)，振搗密實(shí)宜采用振動(dòng)梁與振搗棒組合方式，振搗棒重點(diǎn)加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)片搭接部位振實(shí)。

d）鋼筋網(wǎng)片位置控制，采用鋼筋段支撐定位，定位鋼筋用φ12 的鋼筋，長(zhǎng)度約6～12 cm，雙向間距約75 cm。定位鋼筋一端預(yù)埋在主梁頂板中，另一端與鋼筋網(wǎng)焊接，對(duì)鋼筋網(wǎng)實(shí)行多點(diǎn)支撐。

e）施工工藝控制，高性能混凝土在混凝土施工過(guò)程，容易出現(xiàn)早期凝結(jié)塑性裂縫，進(jìn)而作為應(yīng)力集中點(diǎn)，伴隨混凝土自收縮、干燥收縮產(chǎn)生表面裂縫。解決措施塑性階段采取二次收面工藝[1]，有效彌合表面裂縫，消除應(yīng)力集中。二次收面時(shí)不得灑水提漿，保持混凝土表面微觀粗燥，減少表面水泥漿水化應(yīng)力集中而產(chǎn)生開(kāi)裂。

f）混凝土養(yǎng)生控制，經(jīng)過(guò)混凝土強(qiáng)度形成機(jī)理分析，施工階段造成裂縫包括3 個(gè)方面：（a）混合料從加水拌合到混凝土終凝的塑性階段，塑性變形產(chǎn)生表面裂縫，建議應(yīng)對(duì)措施終凝前二次抹面；（b）混凝土從終凝到結(jié)構(gòu)骨架形成階段，強(qiáng)度增長(zhǎng)到標(biāo)準(zhǔn)值70%，水泥水化反應(yīng)致混凝土自身體積縮小，即混凝土自收縮，應(yīng)對(duì)措施摻加礦物摻和料，保證養(yǎng)生濕度，必要時(shí)配合比摻加聚丙烯纖維；（c）從骨架形成到混凝土水化反應(yīng)基本完成，強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值90%以上。該階段混凝土齡期一般從30～90 d，該階段導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形主要為環(huán)境濕度偏低，混凝土表面干燥缺水，引起干燥收縮，同時(shí)因環(huán)境溫差導(dǎo)致溫度應(yīng)力疊加，使混凝土應(yīng)力與抗拉強(qiáng)度趨近產(chǎn)生表面裂縫。

4 質(zhì)量問(wèn)題分析及處置

a）河曲岸引橋8×50 m T 梁，于2017年9月中旬開(kāi)始10 cm 鋼纖維混凝土橋面施工，采用罐車(chē)運(yùn)輸，天泵布料，三輥軸機(jī)具鋪裝，鋪裝完成用透水土工布覆蓋保水養(yǎng)生，14 d 后方放行施工車(chē)輛通行。養(yǎng)生結(jié)束進(jìn)入自然養(yǎng)生階段，混凝土橋面板沒(méi)有出現(xiàn)變形裂縫，預(yù)期效果良好。

b）主橋連續(xù)剛構(gòu)混凝土橋面于2018年3月25日至5月28日施工，施工措施及工藝參數(shù)與引橋相同，從K102+534 到K103+929 先左幅再右幅，分幅施工。由于橋上風(fēng)力偏大，給土工布保水覆蓋造成較大麻煩，時(shí)常出現(xiàn)土工布局部被掀開(kāi)表面干燥現(xiàn)象。施工期檢查，第一聯(lián)（K102+534—K103+307）橋面混凝土面板出現(xiàn)13 道橫向變形裂縫，裂縫分布見(jiàn)圖1；第二聯(lián)（K103+307—K103+929）橋面混凝土面板出現(xiàn)11 道（包括1 道施工縫）橫向變形裂縫，裂縫分布見(jiàn)圖2。用北京海創(chuàng)HC-CK102 型裂縫寬度測(cè)試儀對(duì)縫寬檢測(cè)，縫寬在0.16～0.50 mm 之間，裂縫深度測(cè)試采用鉆芯量測(cè)，芯樣直徑50 mm，裂縫深度有小于30 mm 淺表裂縫，也有30～50 mm 較深裂縫，且深度較深裂縫一般伴有與主梁混凝土結(jié)合松散空鼓現(xiàn)象（見(jiàn)表1、表2）。

圖1 主橋第一聯(lián)裂縫分布示意圖

圖2 主橋第二聯(lián)裂縫分布示意圖

表1 主橋第一聯(lián)裂縫狀態(tài)檢測(cè)表 mm

表2 主橋第二聯(lián)裂縫狀態(tài)檢測(cè)表 mm

通過(guò)對(duì)面板裂縫位置分析總結(jié)以下特點(diǎn)：（a）在主跨的跨中區(qū)域30 m 范圍，容易出現(xiàn)變形裂縫，裂縫寬度較寬，在0.3～0.5 mm 范圍；（b）交界墩（8 號(hào)墩、14 號(hào)墩）附近出現(xiàn)裂縫與混凝土澆筑施工方向有關(guān)，從交界墩開(kāi)始鋪裝層施工，容易出現(xiàn)變形裂縫[2]，縫寬在0.2 mm 左右；（c）有空鼓地方，取芯驗(yàn)證，空鼓絕大部分分布在鋼筋網(wǎng)片搭接區(qū)段。針對(duì)裂縫問(wèn)題，對(duì)混凝土配合比進(jìn)行了調(diào)整，在原配合比中摻加體積率0.1%（0.9 kg/m3） 聚丙烯纖維，在YK103+600—YK103+929 主線段進(jìn)行驗(yàn)證，橫向裂縫減少為1 道，預(yù)期效果良好。

c）內(nèi)蒙岸11×30 m 引橋，于2018年7月中旬開(kāi)始橋面混凝土鋪裝，針對(duì)主橋出現(xiàn)裂縫的質(zhì)量缺陷，結(jié)合對(duì)鋼筋網(wǎng)片在結(jié)構(gòu)層中位置檢測(cè)，表明施工中由于混凝土自重和施工機(jī)具對(duì)鋼筋網(wǎng)片下壓影響，網(wǎng)片位置平均下移15～20 mm，見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 保護(hù)層厚度測(cè)量示意圖

圖4 鋼筋位置實(shí)測(cè)圖

采取以下技術(shù)措施：（a） 結(jié)構(gòu)層中φ10CRB 100×100 鋼筋網(wǎng)片，定位采用φ12 短鋼筋焊接網(wǎng)片，初始定位增加施工預(yù)沉量15 cm，按鋼筋頂?shù)交炷另斆?5～20 mm 控制放樣；（b）選擇代表性跨，對(duì)配合比進(jìn)行優(yōu)化，將鋼纖維摻量提高到體積摻量1.0%（78 kg/m3），進(jìn)行施工驗(yàn)證，見(jiàn)圖5；（c）在原配合比中摻加體積率0.1%（0.9 kg/m3）聚丙烯纖維，適當(dāng)降低混凝土彈性模量，增大混凝土極限韌性，提高抗裂性能[3]，有效控制變形裂縫，見(jiàn)圖6。

圖5 鋼纖維混凝土拌合鋪裝效果圖

圖6 PP 纖維混凝土鋪裝表面效果圖

通過(guò)以上措施實(shí)施，混凝土施工性能可以滿足工程需求，養(yǎng)生14 d 后，放行施工車(chē)輛通行，施工過(guò)程沒(méi)有出現(xiàn)變形裂縫。

d）裂縫處置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)芯樣及空鼓聲擊測(cè)試結(jié)果可知，ZK102+860 裂縫寬度0.24 mm，深度50 mm，有空鼓；ZK103+455 裂縫寬度0.32 mm，深度44 mm，有空鼓；ZK103+336 裂縫寬度0.28 mm，深度50 mm；ZK103+605 裂縫寬度0.50 mm，深度40 mm，有空鼓；ZK103+635 裂縫寬度0.38 mm，深度40 mm；ZK103+770 裂縫寬度0.50 mm，深度50 mm；YK103+152 裂縫寬度0.26 mm，深度45 mm。其余裂縫寬度較小為0.15～0.20 mm，深度18～35 mm（見(jiàn)圖1、圖2）。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合專(zhuān)家建議，確定處理方案為：（a）對(duì)ZK102+860、ZK103+455、ZK103+605 有空鼓裂縫，找出空鼓范圍，鑿除返工處理；（b）對(duì)于寬度大于0.2 mm 的裂縫，采用低黏度環(huán)氧樹(shù)脂灌縫膠進(jìn)行密封[4]；（c）對(duì)寬度小于0.2 mm淺表裂縫，結(jié)合熱熔橡膠瀝青同步碎石防水層施工對(duì)裂縫同步封閉，不再單獨(dú)處理。

5 試驗(yàn)結(jié)論

a）對(duì)跨徑不大于50 m 連續(xù)梁橋的橋面混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)，采用外摻40 kg/m3鋼釬維高性能混凝土，可以滿足施工過(guò)程裂縫控制要求。

b）對(duì)于跨徑較大的連續(xù)剛構(gòu)橋橋面混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)，施工荷載有通過(guò)左右幅一體性承臺(tái)對(duì)施工段主梁的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，導(dǎo)致塑性狀態(tài)混凝土擾動(dòng)，致使混凝土結(jié)構(gòu)受拉表面更容易出現(xiàn)變形裂縫，建議采用外摻0.9 kg/m3聚丙烯纖維的高性能混凝土，用于提高混凝土本身極限應(yīng)變，達(dá)到改善混凝土韌性，避免施工過(guò)程裂縫的產(chǎn)生。

c）對(duì)左右幅承臺(tái)一體的大跨徑橋面混凝土施工，考慮施工荷載動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)塑性混凝土的影響，建議橋面混凝土鋪裝層施工從主墩向交界墩組織施工，減少施工荷載對(duì)混凝土內(nèi)部受力影響。

d）建議增加伸縮縫設(shè)置，在橋面鋪裝完24 h內(nèi)，在縱向跨中區(qū)域用混凝土切割機(jī)切出假縫，用高彈性瑪蹄脂灌縫處理，用于吸收混凝土溫度收縮應(yīng)力，防止溫度收縮和干燥收縮裂縫的出現(xiàn)，預(yù)防對(duì)上層瀝青層反射裂縫。

6 應(yīng)用展望

在剛構(gòu)橋面混凝土鋪裝過(guò)程，因裂縫出現(xiàn)相對(duì)滯后，加之混凝土裂縫為質(zhì)量通病難于避免的認(rèn)識(shí)，混凝土保水養(yǎng)生過(guò)程，受施工荷載影響，裂縫不斷增加，才引起重視，進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)研究。對(duì)配合比進(jìn)行了調(diào)整優(yōu)化，在鋼釬維混凝土中加入聚丙烯纖維，在大跨徑主橋橋面及30 m 連續(xù)梁橋橋面進(jìn)行了驗(yàn)證，取得滿意效果。