组合箱梁调平层施工质量及其裂缝控制
摘要：本文主要对目前高速公路广泛采用的预应力组合箱梁调平层在施工过程中产生裂缝原因的分析，提出了在施工过程中应重点重视的几个工艺环节，在今后调平层设计方面应作进一步完善，在此基上，提出解决调平层出现裂缝的解决方法与质量控制措施，对今后桥梁建设具有较好的借鉴和参考价值。
关键词：组合箱梁；调平层；裂缝防治
1 问题的提出
在高等级公路建设中，为了解决简支梁桥具有较多伸缩缝而影响行车舒适性问题，同时综合考虑梁桥跨径布设与投资关系，近年来在桥梁建设中出现较多的先简支后连续的体系结构桥梁，梁的结构型式有预应力空心板梁、预应力混凝土组合箱梁、T梁等，由于组合箱梁具有美观、经济、重量相对轻、跨径大等特点而被广泛采用，如京沪高速公路中沂淮、淮江段中，中等跨径的桥梁上部结构约70%采用25米或30米预应力混凝土组合箱梁结构，宁宿徐高速公路淮安段大、中桥梁约85%采用上述结构形式，为减少桥梁伸缩缝数量，提高行车的舒适性，这种形式的桥梁绝大部分采用先简支后连续的结构体系，桥面铺装采用和路面上、中面层相同的沥青混凝土形式。因此，预应力组合箱梁和桥面铺装之间设计一层调平层，该调平层厚度一般为5cm，它既起到调整与控制桥面高程作用，又起到防水防腐作用，所以，为确保桥梁使用安全、耐久，该调平层的施工质量显得尤为重要，但在实际施工中，调平层经常出现裂纹或裂缝，严重影响桥梁使用的耐久性和安全性，甚至造成桥面路面损坏。因此，如何控制调平层施工质量以及其裂缝预防与处理，则为本文探讨的重点。
2 工程概况
宁宿徐（南京-宿迁-徐州）高速公路盱靳段（盱眙-靳桥）全长102公里，设计行车速度为100km/h，该路线在K134 187处与淮河相交，淮河大桥起点位于该路线K133 907处，它跨越五条河流，大桥全长 6052米，是江苏省目前已建成的桥梁中最长的公路大桥，桥孔布置为：主桥50 3×80 50m单箱单室三向预应力混凝土变截面连续箱梁，引桥上部结构除37#-43#桥孔采用6×20m的预应力混凝土空心板梁外，其余均采用30m预应力混凝土组合箱梁，为确保行车的平顺舒适，减少桥梁伸缩缝， 20m预应力空心板梁和30m预应力组合箱梁分别采用4孔、5孔或6孔一联的先简支后连续的结构体系。组合箱梁顶面设置5cm混凝土调平层，桥面铺装采用4cm细粒式沥青混凝土 6cm中粒式沥青混凝土。考试考试网论坛
3 预应力混凝土组合箱梁顶面调平层的施工及其裂缝情况
引桥上部结构主要以30m预应力混凝土组合箱梁结构形式为主，采用5孔一联，先简支后连续的结构体系，30m组合箱梁分成四个场地进行预制，然后吊装到桥墩上，首先，浇筑孔与孔之间箱梁端横梁，其次，浇筑墩顶附近箱梁与箱梁之间的横向连接部分（主要指负弯区），张拉负弯矩钢束，最后，浇筑横向连接部分，待混凝土强度达到要求后，解除箱梁底部临时支座，箱梁支承到永久支座上，临时支座解除后，就可以浇筑箱梁上5cm调平层，5cm厚的调平层设计采用与箱梁同标号混凝土浇筑，内放一层Ф5mm钢筋网。调平层的施工工艺为：30m预应力混凝土组合箱梁顶面凿毛、润湿、测量放样、立模，然后在桥面两边缘各浇筑30cm宽条带状的调平层，主要用于控制桥面高程及横坡，待混凝土强度达到要求后，浇筑桥面调平层混凝土，其混凝土采用泵送混凝土，最后进行覆盖养生。
预应力混凝土组合箱梁顶面调平层裂缝情况：调平层混凝土养生结束后，经仔细检查发现绝大部分混凝土调平层表面无裂缝，部分调平层产生不规则的细小裂纹或裂缝，但局部也有少量较长裂纹，这些细小裂纹宽度均较小，须仔细观察才能发现，或者在桥面调平层上的雨水即将蒸发完时，裂纹比较清晰；在局部也有极少量调平层出现裂缝，裂缝宽度达0.1mm，为不规则裂缝，其裂缝深度较浅，还有一部分调平层起初无裂纹，经过2至3个月后，调平层上出现裂纹，裂纹宽度逐渐增大。上述大部分裂纹或裂缝分布呈不规则状，但也有少量横向和纵向裂缝存在。
4 产生裂缝原因分析
4.1 调平层厚度不均匀对裂缝的影响
首先，在施工图设计中，桥面横坡通过桥墩调整，设计要求箱梁顶面横坡与桥面横坡相同，但在箱梁预制时，为保证混凝土振捣密实，因此，很难保证箱梁顶面横坡与设计图纸规定的2.0%横坡相同，由此可能引起的最大高差为4.4cm；其次，由于组合箱梁为预应力混凝土结构，其拱度在预制时很难保证绝对一致，所以，箱梁与箱梁之间因拱度不一致而造成顶面高程存在差异。因此，5cm调平层厚度就很难控制一致，薄层混凝土厚度的不一致性，极易造成其产生不规则裂缝。
4.2 调平层与箱梁粘结效果对裂缝的影响
由于淮河大桥全长6052米，要大面积的施工调平层，施工单位难以保证把箱梁顶面的浮浆层全部凿除，这样就造成5cm混凝土调平层与箱梁存在隔离层， 即两者之间没有牢固粘结，在施工现场，用锤子敲击， 根据所发出的声音明显不同，可加以区别，如此薄的混凝土调平层，必然产生裂纹或裂缝；其次，按设计图纸要求，现浇箱梁上浇筑一层5cm的调平层，按常规施工工艺要求，浇筑调平层之前，应将其表面清污、凿毛、润湿后再浇筑调平层混凝土，但从现场凿毛工作来看，少部分凿毛工作不彻底，表现在部分裂缝处，用敲击方法可基本判断此处调平层混凝土与箱梁之间有"突空"现象存在，在反复外荷载以及温度应力作用下，对于周边固定又存在变形的溥板而言，最容易产生龟裂。来源:考试考试网网
4.3 调平层中的钢筋网安放不当对混凝土调平层裂缝的影响
本桥采用φ5焊接钢筋网，间距为10×10cm，网片之间搭接长度为25cm，净保护层厚度为2.5cm，网片下采用预制的砼块支垫，由于φ5焊接钢筋网刚度较小，这种施工方法不可避免地造成部分网片下落到箱梁表面而致使净保护层厚度增大；在网片搭接处，网片上翘，使净保护层太小；同时又不能保证焊接钢筋网的平整，从而削弱钢筋网应有的防裂作用。
4.4 调平层混凝土的养生对裂缝的影响
组合箱梁顶面调平层混凝土起初采用洒水养生，由于桥面横坡为2%，因此，用于养生而洒的水容易沿调平层顶面流失，这种方法对薄层混凝土养生极为不利，主要因为其保水功能差，养生期间缺水易引起混凝土开裂，经分析研究后，采用薄膜覆盖养生，其效果大为改善。
4.5 调平层混凝土的配合比不当引起混凝土的干缩裂缝
在混凝土中，水在其中是以化学结合水、层间水、物理吸附水状态存在，当这些水在混凝土硬化过程中失水时，水泥浆体就会收缩，从配合比来看，虽然混凝土的水泥用量、集料粒径、细集料含量等对混凝土的干缩有影响，但最重要的影响因素还是混凝土的单位用水量。混凝土的单位用水量越小，其自由收缩应变值越小，但在实际施工中，过小的单位用水量，往往满足不了混凝土施工要求，鉴于引桥均为高架，离地面距离约5米，施工中混凝土均采用泵送混凝土，坍落度较大，易引起混凝土开裂。
4.6 调平层混凝土碳化收缩引起混凝土表面龟裂
当混凝土的水泥用量较低、水灰比较大时，空气中的CO2易渗透到混凝土内，与其中的碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，混凝土的碳化引起的收缩仅限于混凝土表层，只产生混凝土的表面裂缝。
4.7在荷载反复作用下，混凝土调平层由原先裂缝较少、整体受压，后逐渐变为局部受压，出现应力集中，久而久之，裂缝数量和宽度将增加，这也是调平层施工结束后起初裂缝少，后期裂缝多的原因之一。
5 调平层混凝土裂缝防治措施
5.1 为预防调平层混凝土产生裂缝，施工中应重点控制如下几个方面
5.1.1 调平层与箱梁应严格按施工缝处理
施工中应采取多项措施确实做好组合箱梁表面浮浆等凿除工作，确保调平层厚度基本均匀，其中包括组合箱预拱度的控制、箱梁顶面2%横坡控制等，同时要注意调平层与组合箱梁粘结问题，即组合箱梁顶面一定要凿毛与润湿，润湿时应注意用水量的控制，过湿或过干都不利于调平层与组合箱梁的粘结。总而言之，一定要采取十分有效措施来保证调平层与组合箱梁很好的粘结以及其厚度基本均匀一致。
5.1.2 严格控制钢筋网在调平层中平整与位置的准确
钢筋网在调平层中主要起防裂以及传递荷载作用，因此，必须保证钢筋网片净保护层厚度，但由于调平层总厚度只有5cm，若钢筋网片直接安放在组合箱梁顶面或净保护层过小都起不到应有的防裂作用。为保证钢筋网片的平整，首先，在钢筋网片吊运过程中就必须采取相关措施，比较有效的做法是：起吊及运输过程中钢筋网片应支承在具有一定刚度的平板上，这样才能保证钢筋网片自身的平整，其次，在调平层混凝土浇筑过程中应采用合理的施工工艺来保证其平整，传统的做法是在钢筋网片下支垫混凝土块，但由于钢筋网直径较小，网片刚度弱，同时浇筑的混凝土摊放在钢筋网片上致使其发生一定的变形，因而钢筋网在调平层中的平整度较差。采用如下施工工艺，其效果较好，即根据设计图纸中净保护层厚度要求，先摊铺钢筋网片下混凝土，再安放钢筋网片，最后再摊铺钢筋网片上的混凝土，最后再用平板振捣器振捣，施工中应根据钢筋网净保护层厚度以及混凝土松铺厚度以及在振捣过程中钢筋网片的下沉量（可进行局部试验测得）等因素综合确定钢筋网片下的混凝土摊铺厚度。
5.1.3 严格控制调平层混凝土配合比及其养生
在调平层混凝土施工中，水灰比的控制应十分重视，水灰比太大极易产生调平层的干缩，因此，在满足施工的条件下，混凝土的坍落度应尽量小，同时应重视调平层混凝土的养生，根据部分试铺经验，宜采用薄膜覆盖养生，覆盖养生时间最好控制在5-6天，覆盖时间过短易产生龟裂。另外，在施工中应合理控制平板式振捣时间和移动速度，最后采用人工收浆时应加强对混凝土的搓揉，并要控制好搓揉时间和搓揉遍数。
5.2 调平层出现裂缝的处理方法
5.2.1 对于调平层与箱梁结合不牢的区域，调平层应全部凿除重新浇筑，重新浇筑时应注意处理好新老混凝土之间接缝问题；对于调平层上其它裂缝（裂缝宽度0.1-0.2mm，深度1-2mm）采用一种较稀的树脂类液体灌入裂纹中，以防止雨水下渗而影响桥梁使用寿命。这种树脂类液体采用EA改性环氧灌浆材料灌缝处理，该材料抗压强度15至40Mpa，抗拉强度3至7Mpa，粘结强度5至15Mpa，粘度20至100mPa.s，其施工工艺为：用钢丝刷清除裂纹表面，并用高压气筒清除裂纹内的灰尘，确保裂纹表面及缝隙内无灰尘，并保持其干燥，再用小针管吸取配制好的改性环氧灌浆材料沿裂纹注射浸渗，间隔15分钟再注射一次，每道裂纹必须注射浸渗3次，以确保裂纹内灌浆充分密实。
5.2.2 为进一步防止路面水的下渗，在调平层与沥青混凝土之间实施桥面防水层，借鉴以往高速公路桥面防水层实施经验，采用了FYT-I型防水层，即FYT-I型1号料涂2次，2号料再涂一次的施工方法，平均厚度0.5-0.6mm，涂料中沥青原料要求采用壳牌改性沥青。
5.3 今后组合箱梁调平层设计时完善的措施
调平层的设计可作进一步完善，由于预应力组合箱梁拱度很难控制一致，同时在混凝土浇筑振捣时，箱梁顶面横坡很难控制准确等原因，因此，在实际操作中，调平层5cm偏薄，给施工带来较大难度，所以，组合箱梁设计时可综合考虑多方面因素，将调平层厚度适当加厚，如将调平层厚度设计成7cm，对预防调平层产生裂缝将起良好作用，同时给施工方面带来了极大的方便，另一方面是否可以考虑在调平层中加入少量钢纤维，以增加混凝土的抗折强度，试验表明，参入一定量的钢纤维，可以使混凝土抗折强度提高30-40%，对防裂将起积极防治作用，这也是值得探讨和研究的问题；为确保桥面雨水不下渗到调平层混凝土内，设计时宜考虑在组合箱梁调平层顶面设置防水层，以确保桥面不致发生水毁破坏。
6 结束语
综上所述，通过对淮河大桥组合箱梁调平层施工中出现部分裂缝的原因分析，提出了在施工中应注意调平层与箱梁粘结效果、调平层厚度的均匀性、调平层中的钢筋网安放方法、调平层混凝土的配合比合理设计及其养生等方面控制；同时根据施工现场及设计情况，提出了今后组合箱梁调平层设计时应作进一步完善的措施；还介绍了调平层产生裂缝的处理方法，通过实践证明，这些方法的运用都比较成功，在今后的桥梁建设中具有一定的借鉴和参考价值。
参 考 文 献
[1] 范立础 . 预应力混凝土连续梁 . 北京：人民交通出版社，1988
[2] JTJ041-89公路桥涵施工技术规范 . 北京：人民交通出版社，1989
[3]《公路施工手册（桥涵）》（交通部第一工程局） . 人民交通出版社，1990
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