水泥混凝土桥面铺装裂缝成因及处治措施的分析研究

谢立安

（山西省交通科学研究院 桥梁工程防灾减灾山西省重点实验室黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室，山西 太原 030006）

0 引言

桥面铺装主要用于保护上部结构主梁不受行车荷载直接磨耗、免受雨水侵蚀和保证行车舒适等，而混凝土桥面铺装还可起到分散车辆荷载和参与结构受力等作用，此外桥面铺装还作为公众接触和判断桥梁质量状况最直接的分项工程，其施工质量将直接影响到公众对桥梁质量的评价[1-2]。然而近年来，随着我国公路交通事业的快速发展，新建桥梁越来越多，特别是大跨径桥梁所占比例越来越大，在各种因素的综合影响下，桥面铺装经常会出现早期开裂现象，破坏桥面铺装的整体性，并直接影响到桥面铺装的使用性能和桥梁结构的耐久性等[2-3]。本文以某连续刚构桥为依托工程，运用理论分析、敲击试验、钻芯试验、渗水试验、查阅设计文件、施工记录、施工监控报告和动静载试验报告等方法，针对水泥混凝土桥面铺装裂缝成因进行了较为详细的分析研究，并提出针对性处治措施。

1 工程概况

某连续刚构桥，上部结构为五跨预应力混凝土单箱单室变截面连续刚构桥，跨径组合为67 m+5×124 m+67 m，下部结构桥墩采用双肢薄壁墩或双肢薄壁墩与空心薄壁墩的组合墩，基础为钻孔灌注桩群桩基础。水泥混凝土桥面铺装设计厚度为8 cm，实际施工时间为当年8月上旬至10月上旬，但由于沥青混凝土桥面铺装施工的需要，水泥混凝土桥面铺装施工养护完成后即开放交通，因此开放交通较早。

当年10月中旬，水泥混凝土桥面铺装施工养护完成后，发现存在少量裂缝，且极其细小，很不明显，并开放交通。当年12月初，由于水泥混凝土收缩徐变的持续发展及开放交通较早等多种因素的影响，加剧了裂缝的发展，裂缝已初步显现出来，引起各参建单位的高度重视，并利用裂缝观测仪及塞尺等仪器设备对裂缝发展变化情况进行跟踪观测。次年4月中旬，通过对裂缝观测数据进行分析，发现裂缝发展变化已处于稳定状态，且较为明显。

通过现场察看后，发现混凝土桥面铺装裂缝总体呈现出由墩顶向跨中部位逐渐减少的规律，基本呈横桥向线状及辐射向网状分布，如图1所示。

图1 混凝土桥面铺装裂缝分布图

2 裂缝成因分析

裂缝发展变化稳定后，建设单位立即组织各参建单位和相关专家进行分析，主要开展工作如下。

2.1 现场试验

a）现场察看 通过现场察看裂缝开展状况后，发现混凝土桥面铺装裂缝总体呈现出由墩顶向跨中部位逐渐减少的规律，基本呈横桥向线状及辐射向网状分布，但局部并无明显规律性，初步判定横桥向线状裂缝是由于开放交通较早及重型车辆行驶造成的，而辐射向网状裂缝则基本属收缩裂缝或温差裂缝。

b）钻芯试验 在混凝土桥面铺装典型裂缝开展部位处进行钻芯后，发现裂缝实际最大开展宽度不超过3 mm，实际最大延伸深度至桥面铺装钢筋网片位置处，并未延伸至钢筋网片以下，且钢筋网片位置与设计图纸基本相符。钻取芯样密实完整、外观较好、骨料分布均匀，底部与梁顶结合较好，并无明显松散、软弱及浮浆层，如图2所示。

图2 钻取芯样及裂缝性状图

c）敲击试验 在混凝土桥面铺装典型裂缝开展部位顶面及芯孔侧面进行敲击后，并未发现空鼓现象。

d）芯孔渗水试验 向钻芯孔内注水后，并未发现渗水现象。

2.2 查阅相关文件

a）查看施工监控报告，发现主梁变形及内力始终处于控制范围内，节段悬臂浇筑过程中及全桥合龙后监控数据表明，主梁线形及内力均满足设计与规范要求，整个施工过程中并未出现影响主梁受力安全的任何异常情况。

b）查看静载试验报告，发现主梁实测挠度及应力值均小于理论挠度及应力值，表明主梁整体刚度及截面强度均满足规范要求。同时卸载后相对残余变形也满足规范要求，表明结构处于弹性工作状态。

c）查看动载试验报告，发现实测基频值均大于理论基频值，表明结构刚度满足要求。

2.3 成因分析

在上述工作完成后，由混凝土桥面铺装裂缝局部开展分布无明显规律性、实际最大延伸深度并未延伸至钢筋网片以下、裂缝开展部位无空鼓现象和钻芯孔内无渗水现象等试验结果，结合施工监控和动静载试验检测结果，可以判定混凝土桥面铺装裂缝不是由主梁变形和受力引起的。再结合实际工程情况，混凝土桥面铺装出现裂缝的主要可能原因有：

a）由于混凝土桥面铺装与主梁混凝土龄期相差较大，混凝土桥面铺装施工时主梁混凝土收缩已基本完成，且在主梁顶面与混凝土桥面铺装之间设置了连接筋，使混凝土桥面铺装与主梁混凝土之间形成较好的黏结，致使混凝土桥面铺装底面收缩将受到主梁混凝土的限制，而桥面铺装顶面则处于自由变形状态，从而形成沿混凝土桥面铺装竖向收缩变形的不一致，而收缩应力的正常释放会造成混凝土桥面铺装表面开裂。

b）由于混凝土桥面铺装设计用材料为C55防水混凝土，为确保混凝土强度满足要求，混凝土水泥用量高达500 kg/m3，已达到规范规定的最大水泥用量限值[4]，而拌制混凝土时水泥用量越大，混凝土凝结时产生的水化热量越大，导致混凝土收缩变形越大，从而容易产生收缩裂缝，造成混凝土桥面铺装表面开裂。

c）混凝土浇筑后存在原生裂缝，由于施工养护措施不当和区域内风力较大，混凝土表面水分散失较快，极易产生由上而下、由表及里的干缩裂缝，再加上昼夜温差较大，在混凝土后期强度形成和收缩过程中，已存在的原生裂缝也会进一步扩展并显现出来。

d）水泥混凝土桥面铺装施工养护完成后，由于沥青混凝土桥面铺装施工的需要，开放交通较早，加上重型车辆的行驶和冲击作用，加剧了裂缝的发展。

3 混凝土桥面铺装开裂对桥梁结构的影响分析

a）通过咨询设计单位，发现混凝土桥面铺装主要起调平作用。设计计算时是按二期恒载计入主梁结构所承受的荷载中，而桥面铺装本身不参与结构受力计算，构造处理上则采用预埋在主梁顶面的连接筋来加强桥面铺装与主梁结构的整体连接，以保证桥面铺装本身的稳固性。

b）通过查看施工记录，发现混凝土桥面铺装施工前，施工单位曾先后3次用电锤、风镐并配合人工清理过主梁顶面，凿毛较好，连接筋布置得当，混凝土桥面铺装与主梁黏结较好，可与主梁结构共同受力，即混凝土桥面铺装原始施工质量较好，完全可以满足设计与规范要求。

c）混凝土桥面铺装开裂后，如不及时进行有效处理，当桥面积水下渗至裂缝后，无疑会造成桥面铺装局部早期破损，进而影响桥面铺装的耐久性及使用功能，甚至还会影响主梁结构的耐久性。

d）在裂缝较宽且较密集的部位，桥面铺装整体性能将受到影响，从而加剧桥面铺装早期破损。

e）由于混凝土桥面铺装本身不参与结构受力计算，因此其开裂也不会影响到整个桥梁结构的受力安全。

f）由于混凝土桥面铺装裂缝基本属收缩裂缝和温差裂缝，在开裂一定时段后，混凝土桥面铺装中积聚的收缩应力和温差应力已基本释放完毕，裂缝趋于稳定，在采取有效的封闭处治措施后，其向上发展辐射的可能性将极其微小，基本不会对后续施工的沥青混凝土铺装产生危害影响。

4 处治措施

基于上述裂缝成因分析及其对桥梁结构影响的分析，参建单位应对混凝土桥面铺装裂缝进行有效处治，以避免桥面铺装早期破损质量通病的发生。同时提出针对性处治措施如下：

a）由于在混凝土桥面铺装与主梁顶面之间设置了连接筋，若将桥面铺装全部凿除，势必会对主梁造成损伤，且耗时废料，因此不建议将混凝土桥面铺装全部凿除并重新浇筑。

b）对于宽度大于等于0.2 mm的裂缝，进行灌注结构胶填充，恢复混凝土桥面铺装的整体性；对于宽度小于0.2 mm的裂缝，采用结构胶进行封闭处理。

c）在对裂缝进行封闭和灌注结构胶后，再采用适应变形能力强、高延展性和高黏结性的防水材料做好桥面防水层。

d）对于局部开裂或网裂严重的部位，应根据实际情况凿除并重新浇筑。

e）加强沥青混凝土铺装的施工控制，确保抗渗性能指标满足规范要求，必要时可在沥青混凝土铺装施工完成后喷洒渗透性较强的改性乳化沥青，增强桥面抗渗能力。

f）做好桥面排水工作，在易积水地段加密泄水孔，确保桥面不积水。

5 结论

本文以某连续刚构桥为依托工程，运用理论分析、敲击试验、钻芯试验、渗水试验、查阅设计文件、施工记录、施工监控报告和动静载试验报告等方法，针对水泥混凝土桥面铺装裂缝成因进行了较为详细的分析研究，并提出针对性处治措施，实践证明，该桥水泥混凝土桥面铺装裂缝问题通过处治后取得了很好的效果。研究成果对于确保同类桥梁水泥混凝土桥面铺装施工质量具有重要的工程实际意义。