封闭式路堑路面裂纹的成因与处理

罗振亚 上海铁路局阜阳工务段

1 工程基本情况

阜阳市颍东路下穿京九铁路立交工程中心里程对应京九线上行K844+651，是阜阳市绕城三环路的重要控制点，立交全长743 m，双向6个机动车道、2个非机动车道、2个人行道，穿越京九线上下行、阜淮货物线上下行、京九客车联络线、阜阳市外贸专用线、机车走行线共计7条铁路线。

2011年8月18日工程批准施工，先期进行土方开挖、止水维幕封闭等工作，封闭式路堑工程在2012年3月12日正式施工，封闭式路堑分左右幅，每幅封闭式路堑由38节封闭式路堑组成，每节封闭式路堑宽21.6 m，长10 m，高（3～9）m不等，每节封闭式路堑商砼用量（130～890）m3不等、钢筋用量（31～91）t不等、底板厚（0.4～1.6）m不等。每幅封闭式路堑分人行道、非机动车道、机车道，本文只讨论机动车道路面裂纹问题。

2 现场施工工艺

（1）封闭式路堑按节施工，交替进行，全部是立、扎、焊好双层钢筋后，再立模板、浇注商砼做成。

（2）按抄平资料计算，在封闭式路堑上先铺（100～140）mm的找平商砼层，按设计要求每5 m切割成1块，切深在（40～60）mm。

（3）在找平层上面再铺260 mm的商砼路面，路面按5×5 m尺寸切割，切深（40～60）mm，在2节封闭式路堑结合部的路面，增设钢筋网以补强拉伸力。每幅封闭式路堑机动车道路面分成左、中、右3个纵向板块，先立钢模施工中间的板块，每次施工长度不超过40 m，中间板块施工结束后，再分别按同样方法施工左、右纵向的板块。非机动车道路面施工在封闭式路堑上铺水泥稳定层后进行，铺C30商砼做为路面；人行道施工是先铺水泥稳定层，再铺路面花砖做为路面。

（4）至2012年11月 28日，封闭式路堑主体工程全部完成；机动车道商砼路面在2012年11月28日开始施工，至2013年3月26日全部施工完毕。

为加快整体工程施工进度，以铁路线为界分东、西两侧2个工作面同时施工。

（5）施工方案、保护措施都经监理书面认可确认。

（6）施工严格按施工设计要求进行，每道程度结束，都经过监理确认、并达到设计要求后，才进行下道施工程序。

（7）铁路两侧施工用料商砼、钢筋都是厂家统一、集中提供，厂方都有相关的合格证书，并经监理确认认可。

3 发现问题

2012年12月7日，现场人员发现封闭式路堑路面出现裂纹，并承现以下特点：

（1）横向裂纹全部集中在2节封闭式路堑结合部分的路面上，多是贯通三块路面裂纹。

（2）2012年12月31日与2013年 1月31日2次现场观测的结果显示，裂纹宽度在逐步增大，从最初目测看不清的裂纹（只有隐约裂纹透出的水渍）发展到（0.3～1.0）mm。

（3）裂纹的数量在增加，2012年12月31日现场发现39处，至2013年1月9日裂纹发展到45处，到1月31日，全部76节封闭式路堑路面有74处产生裂纹。

（4）垂直桥下机动车道与非机动车道的分隔墙1处贯通裂开。

（5）非机动车道路面在切缝处也产生裂纹。

4 裂纹原因分析及处置措施

（1）施工工艺、材料严格按设计要求进行，并全部经过监理确认后才进行下道工序施工。

（2）封闭式路堑每节商砼用量最小130方，最大890方，钢筋用量每节最少31 t，最多91 t，商砼在浇注后随时间的推移产生徐变，这是一个较长的时间过程，工程上常常以20年作为计算周期，商砼的收缩一般在前1个月就能达到20年总收缩量的50%左右，以后收缩逐渐变小，封闭式路堑施工后最早的在4月份完成，最迟在11月份完成，收缩量在逐渐减少。封闭式路堑施工结束后，分别浇注商砼找平层、路面，路面、找平层、封闭式路堑的商砼已形成整体，因为封闭式路堑与封闭式路堑有1层木模板隔离分开的，而找平层、路面商砼层是连续的，封闭式路堑徐变产生的拉力，只能由封闭式路堑结合部对应的路面商砼层来分担。

（3）找平层、路面商砼本身在凝固过程中，同样产生收缩，形成拉伸力，虽然找平层、路面每5 m有（40～60）mm深的切割缝，但找平层、路面已同封闭式路堑形成一个整体，收缩产生的拉力不可能把含有钢筋层的封闭式路堑拉开，只能由封闭式路堑结合部对应的路面商砼层来承担拉力。路面切割缝不与封闭式路堑结合部对应的伸缩缝重合，路面的裂纹仍对应封闭式路堑间的伸缩缝，而不是在路面的切割缝处产生裂纹。

铁路西侧找平层、路面的切割缝基本同封闭式路堑间的伸缩缝重合，裂纹恰与封闭式路堑间的伸缩缝重合，只在靠近封闭式路堑的一侧的路面产生缝纹。

（4）封闭式路堑本身也产生微量下沉，同样在封闭式路堑结合部引起路面错动,产生裂纹。

（5）本工程使用的是C30商砼,抗压强度是20.1 MPa,抗拉强度是2.01 MPa,弹性模量是30 000 MPa,商砼的抗拉力难以平衡封闭式路堑收缩产生的拉力。

（6）施工工艺存在一定的缺陷。

（7）裂纹理论分析

根据王铁梦教授实践得出的裂纹长度理论公式：

ξs（ht）是干燥时间为t(d)的 收缩，3.24×10-3是标准状态下商砼的最终收缩,用 ξs（hu）表示；M1M2M3…Mn是各种非标准状态下的修正系数。

考虑求出各种非标准状态下的修正系数比较困难，ACI209委员会建议用公式（2）计算裂纹长度：

Ns是达到一半收缩量的时间d，一般取35;

（8）现场裂纹宽度理论计算：

①右幅裂纹宽度计算

右幅封闭式路堑施工时间：从2012年4月21日第一节完成，2012年9月24日最后一节结束。右幅路面施工时间：2012年11月28开始，2012年12月08日结束。

2012年11月28日右幅路面商砼浇注开始前，第一节收缩时间是7个月，最后一节收缩时间是2个月，收缩时间取平均时间135天，右幅封闭式路堑沿封闭式路堑表平面的收缩量是：

至2013年01月31日，右幅路面商砼浇注结束54天，右幅封闭式路堑沿封闭式路堑表平面的收缩量应是：

在右幅路面商砼浇注54天后，右幅封闭式路堑收缩量是 2.73－2.57＝0.16 mm，0.16 mm产生的拉力由路面商砼层承受。

至2013年01月31日，右幅路面商砼浇注结束54天，右幅路面商砼收缩量应是：

右幅路面商砼层在浇注54天后，路面商砼层应承受封闭式路堑和路面1.97+0.16＝2.13mm裂纹产生的拉力。

②右幅裂纹宽度计算

左幅封闭式路堑施工时间：从2012年5月26日开始，2012年11月28日结束。左幅路面施工时间：2012年12月10开始，2012年12月24日结束中间纵向条块，左、右2条块在2013年3月09日开始，2013年3月15日结束。

2012年12月10日左幅路面商砼浇注开始前，第一节收缩时间是6个月，最后一节收缩时间是13天，收缩时间取平均时间96天，左幅封闭式路堑沿封闭式路堑表平面的收缩量是：

至2013年02月24日，左幅路面中间长块商砼浇注结束62天，右幅封闭式路堑沿封闭式路堑表平面的收缩量应是：

在左幅路面中间长块商砼浇注62天后，左幅封闭式路堑收缩量是2.65－2.37＝0.28 mm，0.28 mm产生的拉力由路面商砼层承受。

至2013年02月24日，左幅路面中间长块商砼浇注结束62天，左幅路面中间长块商砼层收缩量应是：

左幅路面中间长块商砼浇注结束62天后，路面中间商砼层应承受封闭式路堑和路面2.07+0.28=2.35 mm裂纹产生的拉力。

考虑现场施工不可能与实验室各种条件相同，裂缝宽度理论计算结果与现场观测结果大体相符。

从理论计算同样得出封闭式路面收缩变形是路面出现裂纹的主要原因，路堑商砼收缩是次要因素。

现场处理措施：

经设计单位、监理、施工单位相关专家到现场检查分析，决定采取如下措施：

（1）按裂纹级别规定，裂纹小于3 mm的属于轻微裂缝，本工程裂纹在（0.1～1.5）mm间，属于轻微裂缝。本工程裂纹宽度小于1 mm的，取用环氧树脂材料或经乳化反应过的环氧树脂乳液灌浆处理。

（2）对既有切缝全部补切深度，切深达到60 mm。

（3）施工结束未地段，路面商砼一定要对应封闭式路堑结合部进行切缝，切缝深度不少于60 mm，切割时间要及时，不能推迟。

经过以上处理，控制住了既有裂纹不在发展，新铺设的路面商砼没有出现裂纹。

另：对施工未结束地段，也尝试过在路面找平层与封闭式路堑之间铺设1～2层（0.2～0.5）mm厚的塑料膜，但效果不明显，裂纹同样出现。

以后施工建议：

（1）封闭式路堑商砼施工结束后，至少停1个月再进行找平层商砼浇注。

（2）对应封闭式路堑结合部的路面商砼一定要有切缝，切深不少于路面厚度的1/4。封闭式路堑结合部的路面商砼加设钢剪销。

（3）路面每3 m切1次缝，切缝深度不小于路面厚度的1/4。

（4）最好采用柔性路面。

（5）商砼材料要严格按设计标准，尤其是水泥用量要控制好。

（6）做好商砼早期的保温、保湿，防止有害的冷缩和干缩。