橋面混凝土調平層開裂原因及其處理預防措施

李明博

（山西省交通建設工程質量檢測中心（有限公司），山西 太原 030032）

0 引言

近年來我國交通運輸業(yè)蓬勃發(fā)展，橋梁工程作為重要的一環(huán)，發(fā)揮了至關重要的作用。調平層作為橋梁上部結構重要的一環(huán)，起到承上啟下的作用，上承橋面鋪裝，下接預制梁，既起到調整控制標高的作用，又有傳遞壓力，防水防腐的作用，是影響橋梁耐久性的一個重要因素[1]。在運營的公路中，橋面混凝土調平層被橋面鋪裝覆蓋著，其裂縫往往被忽視；在施工過程中，混凝土調平層開裂已經(jīng)非常普遍，尚未引起監(jiān)管部門的重視。該文對某在建高速公路橋梁的混凝土調平層開裂情況進行調查，對其開裂原因進行分析并提出合理的處理方案和預防措施。

1 工程背景

某新建高速公路橋梁100余座，總長40.8 km，設計橋面調平層為厚度10 cm的C40混凝土。混凝土原材料包括：金鷹牌P·O42.5R水泥，細度模數(shù)為2.75的河砂，級配良好的5～10 mm和10～20 mm石灰?guī)r碎石。配合比為水泥∶砂∶10～20 mm碎石∶5～10 mm碎石∶水∶減水劑=459∶734∶846∶211∶170∶5.05，實測坍落度170 mm，和易性良好，滿足現(xiàn)場施工要求。成型混凝土試件，經(jīng)過室內標準養(yǎng)護，7 d抗壓強度為46.3 MPa，28 d抗壓強度49.1 MPa，強度滿足設計要求。

2 混凝土調平層裂縫調查及檢測

對某在建高速公路新建橋梁混凝土調平層進行調查，發(fā)現(xiàn)混凝土調平層開裂非常普遍。根據(jù)裂縫類型，可以分為橫向裂縫、縱向裂縫和網(wǎng)狀裂縫。其中60%的裂縫為寬度小于0.5 mm的裂縫，需要仔細觀察才能發(fā)現(xiàn)，這類裂縫分布廣泛，在跨中和端部均有分布；40%的裂縫為大于0.5 mm的無規(guī)則裂縫，灑過水后非常明顯，且這些裂縫長度較長，主要集中在梁的端部，見圖1。

圖1 混凝土調平層網(wǎng)狀裂縫

為深入分析混凝土調平層開裂的原因，對混凝土調平層強度進行檢測，并通過取芯查看裂縫深度和內部鋼筋位置。

2.1 混凝土調平層混凝土強度檢測

a）為檢測混凝土調平層強度，在調平層施工過程中現(xiàn)場取樣混凝土并成型試塊，標準養(yǎng)護28 d后進行抗壓強度檢測，檢測結果顯示，調平層混凝土試塊抗壓強度滿足C40設計要求。

b）對混凝土調平層表面進行回彈強度檢測（齡期超過28 d），尤其是混凝土開裂位置的周邊。該文選取6處裂縫寬度大于0.5 mm位置進行回彈檢測，檢測結果經(jīng)過換算后分別為：46.8 MPa、43.9 MPa、42.6 MPa、44.7 MPa、45.8 MPa、41.2 MPa。檢測結果顯示，混凝土調平層回彈強度滿足C40設計要求。

2.2 混凝土調平層裂縫取芯

選取其中5座大橋6處代表性裂縫位置鉆取芯樣（梁的端部位置），芯樣見圖2。用鋼尺測量裂縫深度及鋼筋位置，具體檢測結果見表1。

圖2 交叉開裂和貫通開裂芯樣圖

表1 混凝土調平層芯樣檢測結果匯總表

由表1可知：

a）6個芯樣厚度與設計要求偏差較大，混凝土調平層厚度嚴重不均勻。

b）裂縫開裂深度（裂縫平均深度與芯樣厚度的比值） 分別是：80%、100%、100%、73.3%、67.5%、66.7%，其中兩個芯樣貫通開裂，其他4個芯樣開裂深度均大于60%，整體平均開裂深度為81.2%。

c）芯樣的鋼筋高度遠遠低于設計要求，設計要求6.4 cm，實測平均高度3.1 cm。

d）芯樣圖2的a～c圖，底部平整，芯樣與梁頂分離，梁頂浮漿較厚，未嚴格鑿毛。

3 混凝土調平層開裂原因分析

3.1 混凝土調平層厚度不均勻

箱梁或T梁在梁場預制時，不能保證梁高度完全一樣，尤其在張拉后預制梁存放梁場時間不同，導致預制梁上拱值差距較大。在混凝土調平層施工時，考慮調坡以及標高因素，使得混凝土調平層厚度不均勻，在薄厚交界處形成薄弱斷面，混凝土收縮時產(chǎn)生拉應力容易在薄弱面開裂[2]。該文鉆取的芯樣中，最小厚度僅7.5 cm，最大厚度為14 cm，混凝土調平層厚度相差較大，很容易產(chǎn)生不規(guī)則裂縫。

3.2 混凝土調平層與梁頂黏結弱

施工單位在施工混凝土調平層時，沒有按要求在梁頂拉槽或鑿毛，導致梁頂存在浮漿或油污，新、舊混凝土沒有黏結好，破壞了水泥混凝土的整體性，受到車輪的沖擊荷載容易產(chǎn)生裂縫。該次混凝土調平層芯樣中，就有3個芯樣底部平整，可以看到明顯的分離，與梁頂沒有緊密黏結。

3.3 混凝土調平層鋼筋網(wǎng)放置不當

鋼筋網(wǎng)在施工時要全橋綁扎，然后用墊塊將鋼筋墊起。若墊塊布置不均，間距較大，使部分鋼筋網(wǎng)緊貼梁頂，或沉到混凝土調平層底部，甚至有鋼筋網(wǎng)未設置定位鋼筋，在施工過程中因人機踩踏或者拌和物自重導致混凝土調平層內鋼筋網(wǎng)偏移，鋼筋不能發(fā)揮作用進而使混凝土調平層開裂。該文混凝土調平層抽取的芯樣，鋼筋高度設計要求為6.4 cm，但實測鋼筋高度普遍低于4.0 cm，平均高度為3.1 cm。

3.4 早期荷載對裂縫發(fā)展有重大影響

橋梁施工存在一個普遍的問題，因為工期壓力過早開放交通?；炷琳{平層往往養(yǎng)護7 d就會開放交通，有的甚至不到7 d，就允許施工車輛通過，施工車輛大部分為滿載的罐車或卡車，這給混凝土調平層帶來了致命的破壞。過大的荷載造成混凝土調平層局部應力增大，從而產(chǎn)生開裂或者促使裂縫不斷發(fā)育。

選取該高速的其中10座主線上在建橋梁，其中前5座因為路面施工工期壓力，養(yǎng)護7～15 d就允許水穩(wěn)運料車等重型車通過，后面5座養(yǎng)護7～15 d未開放交通，直至兩個月后才有重車通過。對這10座主線橋梁混凝土調平層裂縫調查發(fā)現(xiàn)：前5座橋梁裂縫較多基本覆蓋整個混凝土調平層，且裂縫寬度大于0.5 mm，很多裂縫已經(jīng)貫通開裂，見圖1和圖2；后5座橋梁裂縫數(shù)量較少，局部發(fā)現(xiàn)裂縫寬度大都小于0.5 mm，鉆取芯樣發(fā)現(xiàn)裂縫僅停留在表面未深入下去，見圖3所示，裂縫深度僅2.3 cm。

圖3 細小裂縫芯樣圖

3.5 梁的端部負彎矩影響

混凝土調平層在梁的端部位置受負彎矩的影響，使得混凝土調平層上部受拉，進而導致混凝土調平層開裂。

4 調平層開裂處理及預防措施

4.1 混凝土調平層開裂處理方案

針對該文混凝土調平層開裂情況提出處理方案，具體如下。

4.1.1 細小裂縫封閉處理

對于寬度小于0.5 mm裂縫，一般都是干縮裂縫，開裂方向不規(guī)則，開裂深度較淺，可以只進行表面封閉處理。處理前將混凝土調平層裂縫周邊清掃干凈，然后在表面撒一層熱瀝青，起到防水作用，并延緩混凝土調平層裂縫向瀝青面層反射。

4.1.2 較大裂縫注漿處理

對于寬度大于0.5 mm的裂縫，采用改性環(huán)氧樹脂進行注漿處理，用鋼絲刷清除裂縫周邊并用高壓氣筒清除裂縫內的灰塵，保持其干燥，再用小針管吸取配置好的改性環(huán)氧樹脂進入注射，每道裂縫注射3次，每次注射使樹脂從裂縫溢出，注射時間間隔15 min，確保裂縫內注漿充滿密實[3]。

4.1.3 貫通裂縫返工處理

針對裂縫較寬的網(wǎng)狀開裂，且范圍較長的裂縫，經(jīng)過取芯判定已經(jīng)貫穿開裂，直接鑿除返工處理。

4.2 混凝土調平層開裂預防措施

針對該文裂縫產(chǎn)生的原因，提出預防混凝土調平層開裂的措施，具體如下：

a）澆筑調平層混凝土前應認真鑿毛，清除干凈梁頂?shù)母{和油污，以保證新、老混凝土良好結合。

b）鋼筋網(wǎng)在混凝土調平層中起到傳遞荷載和防裂的作用，施工過程中設置定位鋼筋，保證鋼筋網(wǎng)片的保護層厚度。

c）改進混凝土，采用抗拉性能較好的鋼纖維混凝土，可有效抑制裂縫的發(fā)展。

d）嚴格落實混凝土養(yǎng)生措施，保證混凝土施工質量。

e）加強交通管控，嚴禁重型車過早通行。

5 結語

一直以來，混凝土調平層開裂情況較為普遍，卻沒有得到重視?；炷琳{平層的裂縫如果任由其發(fā)展，在公路運營過程中會逐漸反射到橋面鋪裝層導致路面開裂，使得后期維修養(yǎng)護費用增加，所以在施工階段采取相關措施，在一定程度上可以有效降低運營成本，延長橋面使用壽命。