封閉式路塹路面裂紋的成因與處理

羅振亞 上海鐵路局阜陽工務段

1 工程基本情況

阜陽市潁東路下穿京九鐵路立交工程中心里程對應京九線上行K844+651，是阜陽市繞城三環路的重要控制點，立交全長743 m，雙向6個機動車道、2個非機動車道、2個人行道，穿越京九線上下行、阜淮貨物線上下行、京九客車聯絡線、阜陽市外貿專用線、機車走行線共計7條鐵路線。

2011年8月18日工程批準施工，先期進行土方開挖、止水維幕封閉等工作，封閉式路塹工程在2012年3月12日正式施工，封閉式路塹分左右幅，每幅封閉式路塹由38節封閉式路塹組成，每節封閉式路塹寬21.6 m，長10 m，高（3～9）m不等，每節封閉式路塹商砼用量（130～890）m3不等、鋼筋用量（31～91）t不等、底板厚（0.4～1.6）m不等。每幅封閉式路塹分人行道、非機動車道、機車道，本文只討論機動車道路面裂紋問題。

2 現場施工工藝

（1）封閉式路塹按節施工，交替進行，全部是立、扎、焊好雙層鋼筋后，再立模板、澆注商砼做成。

（2）按抄平資料計算，在封閉式路塹上先鋪（100～140）mm的找平商砼層，按設計要求每5 m切割成1塊，切深在（40～60）mm。

（3）在找平層上面再鋪260 mm的商砼路面，路面按5×5 m尺寸切割，切深（40～60）mm，在2節封閉式路塹結合部的路面，增設鋼筋網以補強拉伸力。每幅封閉式路塹機動車道路面分成左、中、右3個縱向板塊，先立鋼模施工中間的板塊，每次施工長度不超過40 m，中間板塊施工結束后，再分別按同樣方法施工左、右縱向的板塊。非機動車道路面施工在封閉式路塹上鋪水泥穩定層后進行，鋪C30商砼做為路面；人行道施工是先鋪水泥穩定層，再鋪路面花磚做為路面。

（4）至2012年11月 28日，封閉式路塹主體工程全部完成；機動車道商砼路面在2012年11月28日開始施工，至2013年3月26日全部施工完畢。

為加快整體工程施工進度，以鐵路線為界分東、西兩側2個工作面同時施工。

（5）施工方案、保護措施都經監理書面認可確認。

（6）施工嚴格按施工設計要求進行，每道程度結束，都經過監理確認、并達到設計要求后，才進行下道施工程序。

（7）鐵路兩側施工用料商砼、鋼筋都是廠家統一、集中提供，廠方都有相關的合格證書，并經監理確認認可。

3 發現問題

2012年12月7日，現場人員發現封閉式路塹路面出現裂紋，并承現以下特點：

（1）橫向裂紋全部集中在2節封閉式路塹結合部分的路面上，多是貫通三塊路面裂紋。

（2）2012年12月31日與2013年 1月31日2次現場觀測的結果顯示，裂紋寬度在逐步增大，從最初目測看不清的裂紋（只有隱約裂紋透出的水漬）發展到（0.3～1.0）mm。

（3）裂紋的數量在增加，2012年12月31日現場發現39處，至2013年1月9日裂紋發展到45處，到1月31日，全部76節封閉式路塹路面有74處產生裂紋。

（4）垂直橋下機動車道與非機動車道的分隔墻1處貫通裂開。

（5）非機動車道路面在切縫處也產生裂紋。

4 裂紋原因分析及處置措施

（1）施工工藝、材料嚴格按設計要求進行，并全部經過監理確認后才進行下道工序施工。

（2）封閉式路塹每節商砼用量最小130方，最大890方，鋼筋用量每節最少31 t，最多91 t，商砼在澆注后隨時間的推移產生徐變，這是一個較長的時間過程，工程上常常以20年作為計算周期，商砼的收縮一般在前1個月就能達到20年總收縮量的50%左右，以后收縮逐漸變小，封閉式路塹施工后最早的在4月份完成，最遲在11月份完成，收縮量在逐漸減少。封閉式路塹施工結束后，分別澆注商砼找平層、路面，路面、找平層、封閉式路塹的商砼已形成整體，因為封閉式路塹與封閉式路塹有1層木模板隔離分開的，而找平層、路面商砼層是連續的，封閉式路塹徐變產生的拉力，只能由封閉式路塹結合部對應的路面商砼層來分擔。

（3）找平層、路面商砼本身在凝固過程中，同樣產生收縮，形成拉伸力，雖然找平層、路面每5 m有（40～60）mm深的切割縫，但找平層、路面已同封閉式路塹形成一個整體，收縮產生的拉力不可能把含有鋼筋層的封閉式路塹拉開，只能由封閉式路塹結合部對應的路面商砼層來承擔拉力。路面切割縫不與封閉式路塹結合部對應的伸縮縫重合，路面的裂紋仍對應封閉式路塹間的伸縮縫，而不是在路面的切割縫處產生裂紋。

鐵路西側找平層、路面的切割縫基本同封閉式路塹間的伸縮縫重合，裂紋恰與封閉式路塹間的伸縮縫重合，只在靠近封閉式路塹的一側的路面產生縫紋。

（4）封閉式路塹本身也產生微量下沉，同樣在封閉式路塹結合部引起路面錯動,產生裂紋。

（5）本工程使用的是C30商砼,抗壓強度是20.1 MPa,抗拉強度是2.01 MPa,彈性模量是30 000 MPa,商砼的抗拉力難以平衡封閉式路塹收縮產生的拉力。

（6）施工工藝存在一定的缺陷。

（7）裂紋理論分析

根據王鐵夢教授實踐得出的裂紋長度理論公式：

ξs（ht）是干燥時間為t(d)的 收縮，3.24×10-3是標準狀態下商砼的最終收縮,用 ξs（hu）表示；M1M2M3…Mn是各種非標準狀態下的修正系數。

考慮求出各種非標準狀態下的修正系數比較困難，ACI209委員會建議用公式（2）計算裂紋長度：

Ns是達到一半收縮量的時間d，一般取35;

（8）現場裂紋寬度理論計算：

①右幅裂紋寬度計算

右幅封閉式路塹施工時間：從2012年4月21日第一節完成，2012年9月24日最后一節結束。右幅路面施工時間：2012年11月28開始，2012年12月08日結束。

2012年11月28日右幅路面商砼澆注開始前，第一節收縮時間是7個月，最后一節收縮時間是2個月，收縮時間取平均時間135天，右幅封閉式路塹沿封閉式路塹表平面的收縮量是：

至2013年01月31日，右幅路面商砼澆注結束54天，右幅封閉式路塹沿封閉式路塹表平面的收縮量應是：

在右幅路面商砼澆注54天后，右幅封閉式路塹收縮量是 2.73－2.57＝0.16 mm，0.16 mm產生的拉力由路面商砼層承受。

至2013年01月31日，右幅路面商砼澆注結束54天，右幅路面商砼收縮量應是：

右幅路面商砼層在澆注54天后，路面商砼層應承受封閉式路塹和路面1.97+0.16＝2.13mm裂紋產生的拉力。

②右幅裂紋寬度計算

左幅封閉式路塹施工時間：從2012年5月26日開始，2012年11月28日結束。左幅路面施工時間：2012年12月10開始，2012年12月24日結束中間縱向條塊，左、右2條塊在2013年3月09日開始，2013年3月15日結束。

2012年12月10日左幅路面商砼澆注開始前，第一節收縮時間是6個月，最后一節收縮時間是13天，收縮時間取平均時間96天，左幅封閉式路塹沿封閉式路塹表平面的收縮量是：

至2013年02月24日，左幅路面中間長塊商砼澆注結束62天，右幅封閉式路塹沿封閉式路塹表平面的收縮量應是：

在左幅路面中間長塊商砼澆注62天后，左幅封閉式路塹收縮量是2.65－2.37＝0.28 mm，0.28 mm產生的拉力由路面商砼層承受。

至2013年02月24日，左幅路面中間長塊商砼澆注結束62天，左幅路面中間長塊商砼層收縮量應是：

左幅路面中間長塊商砼澆注結束62天后，路面中間商砼層應承受封閉式路塹和路面2.07+0.28=2.35 mm裂紋產生的拉力。

考慮現場施工不可能與實驗室各種條件相同，裂縫寬度理論計算結果與現場觀測結果大體相符。

從理論計算同樣得出封閉式路面收縮變形是路面出現裂紋的主要原因，路塹商砼收縮是次要因素。

現場處理措施：

經設計單位、監理、施工單位相關專家到現場檢查分析，決定采取如下措施：

（1）按裂紋級別規定，裂紋小于3 mm的屬于輕微裂縫，本工程裂紋在（0.1～1.5）mm間，屬于輕微裂縫。本工程裂紋寬度小于1 mm的，取用環氧樹脂材料或經乳化反應過的環氧樹脂乳液灌漿處理。

（2）對既有切縫全部補切深度，切深達到60 mm。

（3）施工結束未地段，路面商砼一定要對應封閉式路塹結合部進行切縫，切縫深度不少于60 mm，切割時間要及時，不能推遲。

經過以上處理，控制住了既有裂紋不在發展，新鋪設的路面商砼沒有出現裂紋。

另：對施工未結束地段，也嘗試過在路面找平層與封閉式路塹之間鋪設1～2層（0.2～0.5）mm厚的塑料膜，但效果不明顯，裂紋同樣出現。

以后施工建議：

（1）封閉式路塹商砼施工結束后，至少停1個月再進行找平層商砼澆注。

（2）對應封閉式路塹結合部的路面商砼一定要有切縫，切深不少于路面厚度的1/4。封閉式路塹結合部的路面商砼加設鋼剪銷。

（3）路面每3 m切1次縫，切縫深度不小于路面厚度的1/4。

（4）最好采用柔性路面。

（5）商砼材料要嚴格按設計標準，尤其是水泥用量要控制好。

（6）做好商砼早期的保溫、保濕，防止有害的冷縮和干縮。