混凝土橋面鋪裝裂縫成因分析

李 存，孔凱歌，石忠利

(廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

裂縫是混凝土結構普遍存在的現象，一類是由外部荷載作用引起的，稱之為結構裂縫或受力裂縫，表示結構承載能力相對不足或者存在結構上的缺陷問題，此類裂縫一般在結構設計時加以考慮是可以防止或控制在允許范圍內的[1]；另一類則是由溫度變化、混凝土收縮等引起的，稱之為非結構裂縫，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構形式，近年來在采用裝配式梁板結構的非高速公路項目上運用較多(主要考慮路面結構的一致性)。其主要功能為：聯結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，其施工質量的好壞將直接影響到橋梁的使用性能和耐久性。

1 項目概況

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°，單幅設置，橋寬17 m，最大墩高約19.1 m。上部結構采用(3×25 m+4×25 m)預應力混凝土連續小箱梁，其中1～3孔為第一聯，4～7孔為第二聯，分別在0#臺、3#墩和7#臺處各設一道伸縮縫。

橋梁上部構造標準橫斷面采用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(內設D12鋼筋焊接網)，如圖1～2所示。小箱梁采用后張法預應力混凝土連續梁(先簡支后連續)體系，按預應力A類構件進行設計，混凝土鋪裝層不參與結構受力，僅當二期恒載考慮。

圖1 上部構造橫斷面圖(cm)

圖2 橋面鋪裝鋼筋布置示意圖(cm)

2 現場裂縫分布情況

據現場查勘和檢測單位出具的檢測(驗)報告，該橋左右兩側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。

為了進一步掌握裂縫深度發展情況，在全橋選取了裂縫分布較多的2個位置進行鉆芯取樣比對，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

根據本橋橋面鋪裝出現裂縫的情況，結合裂縫處鉆芯取樣以及結構復算分析，得出裂縫產生原因如下：

(1)鋪裝層鋼筋網保護層過厚

橋面鋼筋網在進行綁扎和澆筑水泥混凝土過程中，受到施工人員及施工機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]，鋼筋網下沉，保護層過厚，削弱了鋼筋對鋪裝層混凝土的約束作用，從而在混凝土質量相對較弱的區域和拉應力大的區域產生溫度裂縫、收縮裂縫。ZK1、ZK2均顯示鋼筋網有下沉。

(2)鋪裝層混凝土與預制梁頂間連接不良

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]，以及預制梁架設完成后橋面行車，使得預制梁頂部預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未對其進行修復等，都會直接影響橋面混凝土鋪裝層與預制梁頂部之間的結合效果，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生裂縫。

(3)鋪裝層混凝土厚度不足

采用預制安裝的預應力小箱梁，由于縱向預應力的張拉影響以及施工期對梁頂標高控制不夠。通過觀察ZK1和ZK2發現，橋面混凝土鋪裝層最薄處僅10 cm，與原設計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的車輛荷載而被破壞，呈現出不規則橋面裂縫，在橋跨的跨中部更為突出。

(4)橋面鋪裝混凝土澆筑質量及養護不到位

橋面鋪裝層混凝土在早期施工期間產生的收縮、溫度等細小裂紋，在后期尚未養護到位即開放交通，會因汽車荷載的沖擊作用，裂紋繼續增大，出現啃邊現象，最終產生較大、較深的裂縫。

(5)墩頂負彎矩影響

由于該橋梁結構為先簡支后連續，墩頂存在負彎矩，且因負彎矩的存在，在鋪裝和梁體頂部連接不良，鋪裝厚度達不到設計要求以及鋼筋網片下沉時，會對混凝土橋面鋪裝的裂縫產生更加不利的影響。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 結語

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

(1)混凝土橋面鋪裝防裂鋼筋對防裂起到重要作用，在施工時應嚴格按照防裂鋼筋保護層厚度進行布設，以確保其發揮較好的防裂作用。

(2)根據該橋梁每4～6 m左右出現一道橫向裂縫的規律，建議對類似結構連續的混凝土鋪裝增加裂縫數量，沿跨徑方向每5 m左右設置一道裂縫，同時裂縫的切割應在混凝土終凝后及時跟進，以降低混凝土的收縮和溫度裂縫的開裂。

(3)施工過程要嚴格控制混凝土配合比，確保混凝土澆筑質量。鋪裝澆筑完成后及時做好相應養護工作。

(4)通過該結構連續橋梁和類似結構簡支橋梁的對比發現，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象。因此建議對后續類似混凝土橋面鋪裝的橋梁設計時盡量采用簡支結構體系，降低墩頂負彎矩對裂縫產生的影響。