羅振亞 上海鐵路局阜陽工務(wù)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(yīng)京九線上行K844+651，是阜陽市繞城三環(huán)路的重要控制點，立交全長743 m，雙向6個機(jī)動車道、2個非機(jī)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(lián)絡(luò)線、阜陽市外貿(mào)專用線、機(jī)車走行線共計7條鐵路線。

2011年8月18日工程批準(zhǔn)施工，先期進(jìn)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(jié)封閉式路塹組成，每節(jié)封閉式路塹寬21.6 m，長10 m，高（3～9）m不等，每節(jié)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(jī)動車道、機(jī)車道，本文只討論機(jī)動車道路面裂紋問題。

2 現(xiàn)場施工工藝

（1）封閉式路塹按節(jié)施工，交替進(jìn)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(shè)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(jié)封閉式路塹結(jié)合部的路面，增設(shè)鋼筋網(wǎng)以補(bǔ)強(qiáng)拉伸力。每幅封閉式路塹機(jī)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(jié)束后，再分別按同樣方法施工左、右縱向的板塊。非機(jī)動車道路面施工在封閉式路塹上鋪水泥穩(wěn)定層后進(jìn)行，鋪C30商砼做為路面；人行道施工是先鋪水泥穩(wěn)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(jī)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(jìn)度，以鐵路線為界分東、西兩側(cè)2個工作面同時施工。

（5）施工方案、保護(hù)措施都經(jīng)監(jiān)理書面認(rèn)可確認(rèn)。

（6）施工嚴(yán)格按施工設(shè)計要求進(jìn)行，每道程度結(jié)束，都經(jīng)過監(jiān)理確認(rèn)、并達(dá)到設(shè)計要求后，才進(jìn)行下道施工程序。

（7）鐵路兩側(cè)施工用料商砼、鋼筋都是廠家統(tǒng)一、集中提供，廠方都有相關(guān)的合格證書，并經(jīng)監(jiān)理確認(rèn)認(rèn)可。

3 發(fā)現(xiàn)問題

2012年12月7日，現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)封閉式路塹路面出現(xiàn)裂紋，并承現(xiàn)以下特點：

（1）橫向裂紋全部集中在2節(jié)封閉式路塹結(jié)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(xiàn)場觀測的結(jié)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(fā)展到（0.3～1.0）mm。

（3）裂紋的數(shù)量在增加，2012年12月31日現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)39處，至2013年1月9日裂紋發(fā)展到45處，到1月31日，全部76節(jié)封閉式路塹路面有74處產(chǎn)生裂紋。

（4）垂直橋下機(jī)動車道與非機(jī)動車道的分隔墻1處貫通裂開。

（5）非機(jī)動車道路面在切縫處也產(chǎn)生裂紋。

4 裂紋原因分析及處置措施

（1）施工工藝、材料嚴(yán)格按設(shè)計要求進(jìn)行，并全部經(jīng)過監(jiān)理確認(rèn)后才進(jìn)行下道工序施工。

（2）封閉式路塹每節(jié)商砼用量最小130方，最大890方，鋼筋用量每節(jié)最少31 t，最多91 t，商砼在澆注后隨時間的推移產(chǎn)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(dá)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(jié)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(xù)的，封閉式路塹徐變產(chǎn)生的拉力，只能由封閉式路塹結(jié)合部對應(yīng)的路面商砼層來分擔(dān)。

（3）找平層、路面商砼本身在凝固過程中，同樣產(chǎn)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(chǎn)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(jié)合部對應(yīng)的路面商砼層來承擔(dān)拉力。路面切割縫不與封閉式路塹結(jié)合部對應(yīng)的伸縮縫重合，路面的裂紋仍對應(yīng)封閉式路塹間的伸縮縫，而不是在路面的切割縫處產(chǎn)生裂紋。

鐵路西側(cè)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(cè)的路面產(chǎn)生縫紋。

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

（5）本工程使用的是C30商砼,抗壓強(qiáng)度是20.1 MPa,抗拉強(qiáng)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(chǎn)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(jù)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下商砼的最終收縮,用 ξs（hu）表示；M1M2M3…Mn是各種非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的修正系數(shù)。

考慮求出各種非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的修正系數(shù)比較困難，ACI209委員會建議用公式（2）計算裂紋長度：

Ns是達(dá)到一半收縮量的時間d，一般取35;

（8）現(xiàn)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(jié)完成，2012年9月24日最后一節(jié)結(jié)束。右幅路面施工時間：2012年11月28開始，2012年12月08日結(jié)束。

2012年11月28日右幅路面商砼澆注開始前，第一節(jié)收縮時間是7個月，最后一節(jié)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(jié)束54天，右幅封閉式路塹沿封閉式路塹表平面的收縮量應(yīng)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(chǎn)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(jié)束54天，右幅路面商砼收縮量應(yīng)是：

右幅路面商砼層在澆注54天后，路面商砼層應(yīng)承受封閉式路塹和路面1.97+0.16＝2.13mm裂紋產(chǎn)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(jié)束。左幅路面施工時間：2012年12月10開始，2012年12月24日結(jié)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(jié)束。

2012年12月10日左幅路面商砼澆注開始前，第一節(jié)收縮時間是6個月，最后一節(jié)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(jié)束62天，右幅封閉式路塹沿封閉式路塹表平面的收縮量應(yīng)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(chǎn)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(jié)束62天，左幅路面中間長塊商砼層收縮量應(yīng)是：

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

考慮現(xiàn)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(jié)果與現(xiàn)場觀測結(jié)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(xiàn)裂紋的主要原因，路塹商砼收縮是次要因素。

現(xiàn)場處理措施：

經(jīng)設(shè)計單位、監(jiān)理、施工單位相關(guān)專家到現(xiàn)場檢查分析，決定采取如下措施：

（1）按裂紋級別規(guī)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(huán)氧樹脂材料或經(jīng)乳化反應(yīng)過的環(huán)氧樹脂乳液灌漿處理。

（2）對既有切縫全部補(bǔ)切深度，切深達(dá)到60 mm。

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

經(jīng)過以上處理，控制住了既有裂紋不在發(fā)展，新鋪設(shè)的路面商砼沒有出現(xiàn)裂紋。

另：對施工未結(jié)束地段，也嘗試過在路面找平層與封閉式路塹之間鋪設(shè)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(xiàn)。

以后施工建議：

（1）封閉式路塹商砼施工結(jié)束后，至少停1個月再進(jìn)行找平層商砼澆注。

（2）對應(yīng)封閉式路塹結(jié)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(jié)合部的路面商砼加設(shè)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(yán)格按設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，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。