鐵路立交工程封閉式路塹施工路面裂紋的成因與處理

郭斌

? 摘要：現代土木建筑工程，以混凝土結構占主導地位?；炷潦┕み^程中由于施工外界條件和自身強度在提升過程中發生變形、約束等因素的影響，會出現不同程度、不同形式的裂縫，是一個相當普遍和常見的現象，在大體積混凝土施工中表現尤為突出。本文主要介紹合肥市肥東縣四頂山路下穿淮南鐵路線立交工程封閉式路塹大體積混凝土施工路面裂縫產生的原因及整治處理措施。

Abstract： Modern civil engineering works are dominated by concrete structures. During the concrete construction process， due to the external conditions of the construction and the deformation and constraints of the strength during the lifting process， there will be different degrees and different forms of cracks. It is a quite universal and common phenomenon， and it is particularly prominent in the mass concrete construction. This paper mainly introduces the causes and treatment measures of cracks in the mass concrete construction pavement of the closed road cutting of the Huainan Railway Line Interchange Project under the Sidingshan Road of Feidong County， Hefei City.

關鍵詞：路塹路面;混凝土;裂縫;措施

Key words： cutting road;concrete;crack;measure

中圖分類號：U213.1+2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）19-0153-04

0 ?引言

混凝土是由膠凝材料將骨料膠結成整體的工程復合材料的統稱。材料中結構相近、性質相同的均勻部分稱為相，由兩相或兩相以上的物質組成的材料稱為復合材料。復合材料的性能是由它的化學組成、礦物組成、相組成、結構和構造來決定。由于混凝土這種復合材料組成材料的多樣、多變，致使混凝土的物理力學性能與很多因素有關，且具有許多特性。如：凝結前具有良好的可塑性，凝結硬化后具有抗壓強度高和耐久性良等。但混凝土也存在抗拉強度低，易開裂的缺點，也可以說裂縫是混凝土的通病。裂縫一般有3種狀態：靜止裂縫，活動裂縫，正在發展的裂縫。

合肥市四頂山路下穿淮南鐵路立交工程，是典型的涉鐵下穿既有線工程。本工程2017年2月20日批準開工。2017年4月16日至2017年11月26日封閉式路塹主體工程使用泵送商品混凝土澆筑完成，其中封閉式路塹路面（俗稱U型槽路面）澆筑量多達25757.3m3，屬于大體積混凝土施工，且處于冬季施工。機動車道路面混凝土澆注一段時間后，路面出現0.3～1.5mm的裂紋。

通過現場觀測、數理推導、分析研究，找到了裂紋產生的主要原因，并采取對應措施，收到了較好的效果。本文只討論機動車道路面裂紋產生的原因及整治處理措施。

1 ?工程概況

四頂山路下穿鐵路立交橋位于淮南鐵路橋頭集站與撮鎮站間區間線路上，立交橋中心位于淮南線下行線K112km+104m，鐵路為雙線曲線段，無縫線路區段。鐵路等級：國鐵I級，雙線電氣化，設計速度：120km/h，鋼軌為60kg/m，軌枕為混凝土Ⅲ型枕。

本工程道路設計全長460m（道路設計里程K3+740～K4+200），含主體框架、引道、路基、路面、排水、照明、綠化及泵站一座。道路分別下穿淮南鐵路112km+104m（下行線）、合肥二電廠專用線1km+422.7m（單線），由主體框架和引道組成。引道分為U型槽段和路基段，其中U型槽段引道長368.6m（電廠線北側48m，兩鐵路間230.6m，淮南線南側90m），路基段引道長50.1m。

1.1 下穿鐵路情況

四頂山路框架橋由南向北下穿淮南鐵路下上行線（線間距為4.3m）、合肥二電廠鐵路專用線。該線路段：正線圖定列車每天120對，二電廠線專用線，平均每天不足3列。

1.2 框架橋結構

1#橋下穿二電廠專用線，與鐵路斜交4°，交叉處為直線段非電氣化鐵路，框架采用6孔分離式結構形式，凈跨（6+4×8.5+6）m，并列等高布置，總寬度為54.6m。新建框架箱橋長8m，兩側帶5mU型槽。（圖1）

2#橋下穿淮南鐵路正線，與鐵路斜交24°，交叉處為曲線段電氣化鐵路（曲線半徑2000m），框架采用6孔分離式結構形式，凈跨（6+4×8.5+6）m，并列等高布置，總寬度為59.7m。新建框架箱橋長13.3m，兩側帶5mU型槽。（圖2）

⑤收縮徐變是混凝土材料本身所固有的特性。混凝土澆筑后，收縮徐變一般在28天可完成50%左右，以后收縮逐漸變小，最長徐變完成時間可達20年。本工程U型槽路塹、找平層和路面層混凝土是按順序逐層分步澆筑，當最后層路面層澆筑完成后，各層的混凝土已形成整體。而每段封閉式路塹之間設有隔板分開，找平層、路面層混凝土是不采用隔板分開，這樣一來最先澆筑的封閉式路塹徐變產生的拉力，就只能由封閉式路塹結合部對應的最后澆筑的路面層混凝土來分擔。

⑥找平層、路面層混凝土本身在凝固過程中，同樣產生收縮，形成拉伸力，雖然找平層及路面層每5m有50～60mm深的切割縫，但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已形成整體的最后澆筑的路面層混凝土來承擔。

⑦本工程使用的是C30混凝土，抗壓強度是20.1MPa，抗拉強度是2.01MPa，彈性模量是30000MPa，混凝土的抗拉力難以平衡封閉式路塹收縮產生的拉力。

⑧冬季大體積混凝土施工控制措施不到位。如水化熱溫度，當水泥水化熱形成的內、外部溫差較大時，會造成混凝土內、外部脹縮的程度不同，引起非均勻變形，使混凝土表面產生一定的拉應力，當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產生裂縫。這種裂縫多發生在混凝土施工中后期，高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫通常是中間粗兩端細。

⑨施工工藝執行存在一定的誤差。由于現場條件、作業者自身素質、管理上的缺位等，將會產生混凝土的拌合時間過長或攪拌不均勻、運送不當、澆注速度快、振搗不密實或漏振及養護不及時等一系列問題的發生。這方面也是導致水泥混凝土產生裂紋的原因之一。

⑩裂紋出現的理論分析。

根據王鐵夢教授實踐得出的裂紋長度理論公式：

ξsh（t）=3.24×10-3（1-e-0.01t）M1M2M3…Mn ?（1）

ξsh（t）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ξsh（u）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：

ξsh（t）=t×ξsh（u）/（Ns+t） ? ? ? （2）

Ns是達到一半收縮量的時間d，一般取35。

1）上行路面混凝土澆注開始前，第一節封閉式路塹收縮用時和最后一節收縮用時不等，且時間差距較大，兩者合計收縮歷時為9個月，平均收縮時間取135天，那么上行封閉式路塹沿封閉式路塹表平面的收縮量：

ξsh（135）=135*ξsh（u）/（35+135）=2.57mm

2017年12月8日上行路面施工結束至2018年1月31日這段時間，上行封閉式路塹沿封閉式路塹表平面的收縮量為：

ξsh（189）=189*ξsh（u）/（35+189）=2.73mm

這段時間上行路面混凝土收縮量應是：

ξsh（54）=54*ξsh（u）/（35+54）=1.97mm

因此，路面混凝土層應承受的拉力為封閉式路塹和路面裂紋產生的拉力。即1.97+（2.73-2.57）=2.13mm裂紋產生的拉力。

2）下行封閉式路塹沿封閉式路塹表平面的收縮量和路面混凝土收縮量，計算方式同上行。下行路面混凝土層應承受的拉力，同樣為下行封閉式路塹和路面裂紋產生的拉力。

依據理論計算、現場實測及綜合分析研判，本人判定封閉式路面收縮變形是本工程路面出現裂紋的主要原因，路塹混凝土收縮是次要因素。

5 ?現場處理措施

依據裂縫寬度、深度（表面、淺層、深層和貫穿）、是否伸縮、是否不再活動、裂縫產生原因及裂縫未來的變化（數值和方向）如何等方面進行綜合分析研判，并經設計單位到現場確認，決定采取如下措施：

①樹脂灌注法。本工程裂紋屬于輕微裂縫，且屬于不伸縮的、不再活動的裂縫。采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嵌逢封堵法：對路面大于1mm，小于3 mm的裂紋，采用“打針”方法，沿著裂紋走向每10cm打一根鋼針，利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個有機整體，從而起到封堵加固的目的。

③對既有切縫全部補切深度，切深達到60mm。

6 ?結束語

通過對四頂山路下穿鐵路立交工程大體積混凝土施工，對裂縫形成的原因和預防措施的初步探討，對地方涉鐵下穿立交U型槽混凝土工程施工提出如下幾點建議，可供類似工程項目設計、施工參考。

①混凝土應采用自動計量拌和站拌合。澆筑施工中應有專業技術人員在生產過程嚴格監督生產質量。澆筑后及時做好混凝土早期的保溫、保濕，防止有害的冷縮和干縮。

②涉及鐵路線路的下穿立交U型槽混凝土施工，建議使用C35商砼。

③封閉式路塹混凝土施工結束后，至少停28天再進行找平層混凝土澆注。

④施工結束未地段，路面混凝土層一定要對應封閉式路塹結合部進行切縫，切縫深度不少于60mm。切割時間要及時，一般當強度達到1.2MPa以上時，即可進行切割，不易推遲。

⑤路面每3m切1次縫，切縫深度不小于路面厚度的1/4。

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