铁路立交工程封闭式路堑施工路面裂纹的成因与处理

郭斌

  摘要：现代土木建筑工程，以混凝土结构占主导地位。混凝土施工过程中由于施工外界条件和自身强度在提升过程中发生变形、约束等因素的影响，会出现不同程度、不同形式的裂缝，是一个相当普遍和常见的现象，在大体积混凝土施工中表现尤为突出。本文主要介绍合肥市肥东县四顶山路下穿淮南铁路线立交工程封闭式路堑大体积混凝土施工路面裂缝产生的原因及整治处理措施。

Abstract： Modern civil engineering works are dominated by concrete structures. During the concrete construction process， due to the external conditions of the construction and the deformation and constraints of the strength during the lifting process， there will be different degrees and different forms of cracks. It is a quite universal and common phenomenon， and it is particularly prominent in the mass concrete construction. This paper mainly introduces the causes and treatment measures of cracks in the mass concrete construction pavement of the closed road cutting of the Huainan Railway Line Interchange Project under the Sidingshan Road of Feidong County， Hefei City.

关键词：路堑路面;混凝土;裂缝;措施

Key words： cutting road;concrete;crack;measure

中图分类号：U213.1+2                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）19-0153-04

0  引言

混凝土是由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。材料中结构相近、性质相同的均匀部分称为相，由两相或两相以上的物质组成的材料称为复合材料。复合材料的性能是由它的化学组成、矿物组成、相组成、结构和构造来决定。由于混凝土这种复合材料组成材料的多样、多变，致使混凝土的物理力学性能与很多因素有关，且具有许多特性。如：凝结前具有良好的可塑性，凝结硬化后具有抗压强度高和耐久性良等。但混凝土也存在抗拉强度低，易开裂的缺点，也可以说裂缝是混凝土的通病。裂缝一般有3种状态：静止裂缝，活动裂缝，正在发展的裂缝。

合肥市四顶山路下穿淮南铁路立交工程，是典型的涉铁下穿既有线工程。本工程2017年2月20日批准开工。2017年4月16日至2017年11月26日封闭式路堑主体工程使用泵送商品混凝土浇筑完成，其中封闭式路堑路面（俗称U型槽路面）浇筑量多达25757.3m3，属于大体积混凝土施工，且处于冬季施工。机动车道路面混凝土浇注一段时间后，路面出现0.3～1.5mm的裂纹。

通过现场观测、数理推导、分析研究，找到了裂纹产生的主要原因，并采取对应措施，收到了较好的效果。本文只讨论机动车道路面裂纹产生的原因及整治处理措施。

1  工程概况

四顶山路下穿铁路立交桥位于淮南铁路桥头集站与撮镇站间区间线路上，立交桥中心位于淮南线下行线K112km+104m，铁路为双线曲线段，无缝线路区段。铁路等级：国铁I级，双线电气化，设计速度：120km/h，钢轨为60kg/m，轨枕为混凝土Ⅲ型枕。

本工程道路设计全长460m（道路设计里程K3+740～K4+200），含主体框架、引道、路基、路面、排水、照明、绿化及泵站一座。道路分别下穿淮南铁路112km+104m（下行线）、合肥二电厂专用线1km+422.7m（单线），由主体框架和引道组成。引道分为U型槽段和路基段，其中U型槽段引道长368.6m（电厂线北侧48m，两铁路间230.6m，淮南线南侧90m），路基段引道长50.1m。

1.1 下穿铁路情况

四顶山路框架桥由南向北下穿淮南铁路下上行线（线间距为4.3m）、合肥二电厂铁路专用线。該线路段：正线图定列车每天120对，二电厂线专用线，平均每天不足3列。

1.2 框架桥结构

1#桥下穿二电厂专用线，与铁路斜交4°，交叉处为直线段非电气化铁路，框架采用6孔分离式结构形式，净跨（6+4×8.5+6）m，并列等高布置，总宽度为54.6m。新建框架箱桥长8m，两侧带5mU型槽。（图1）

2#桥下穿淮南铁路正线，与铁路斜交24°，交叉处为曲线段电气化铁路（曲线半径2000m），框架采用6孔分离式结构形式，净跨（6+4×8.5+6）m，并列等高布置，总宽度为59.7m。新建框架箱桥长13.3m，两侧带5mU型槽。（图2）

⑤收缩徐变是混凝土材料本身所固有的特性。混凝土浇筑后，收缩徐变一般在28天可完成50%左右，以后收缩逐渐变小，最长徐变完成时间可达20年。本工程U型槽路堑、找平层和路面层混凝土是按顺序逐层分步浇筑，当最后层路面层浇筑完成后，各层的混凝土已形成整体。而每段封闭式路堑之间设有隔板分开，找平层、路面层混凝土是不采用隔板分开，这样一来最先浇筑的封闭式路堑徐变产生的拉力，就只能由封闭式路堑结合部对应的最后浇筑的路面层混凝土来分担。

⑥找平层、路面层混凝土本身在凝固过程中，同样产生收缩，形成拉伸力，虽然找平层及路面层每5m有50～60mm深的切割缝，但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已形成整体的最后浇筑的路面层混凝土来承担。

⑦本工程使用的是C30混凝土，抗压强度是20.1MPa，抗拉强度是2.01MPa，弹性模量是30000MPa，混凝土的抗拉力难以平衡封闭式路堑收缩产生的拉力。

⑧冬季大体积混凝土施工控制措施不到位。如水化热温度，当水泥水化热形成的内、外部温差较大时，会造成混凝土内、外部胀缩的程度不同，引起非均勻变形，使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝。这种裂缝多发生在混凝土施工中后期，高温膨胀引起的混凝土温度裂缝通常是中间粗两端细。

⑨施工工艺执行存在一定的误差。由于现场条件、作业者自身素质、管理上的缺位等，将会产生混凝土的拌合时间过长或搅拌不均匀、运送不当、浇注速度快、振捣不密实或漏振及养护不及时等一系列问题的发生。这方面也是导致水泥混凝土产生裂纹的原因之一。

⑩裂纹出现的理论分析。

根据王铁梦教授实践得出的裂纹长度理论公式：

ξsh（t）=3.24×10-3（1-e-0.01t）M1M2M3…Mn  （1）

ξsh（t）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ξsh（u）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：

ξsh（t）=t×ξsh（u）/（Ns+t）       （2）

Ns是达到一半收缩量的时间d，一般取35。

1）上行路面混凝土浇注开始前，第一节封闭式路堑收缩用时和最后一节收缩用时不等，且时间差距较大，两者合计收缩历时为9个月，平均收缩时间取135天，那么上行封闭式路堑沿封闭式路堑表平面的收缩量：

ξsh（135）=135*ξsh（u）/（35+135）=2.57mm

2017年12月8日上行路面施工结束至2018年1月31日这段时间，上行封闭式路堑沿封闭式路堑表平面的收缩量为：

ξsh（189）=189*ξsh（u）/（35+189）=2.73mm

这段时间上行路面混凝土收缩量应是：

ξsh（54）=54*ξsh（u）/（35+54）=1.97mm

因此，路面混凝土层应承受的拉力为封闭式路堑和路面裂纹产生的拉力。即1.97+（2.73-2.57）=2.13mm裂纹产生的拉力。

2）下行封闭式路堑沿封闭式路堑表平面的收缩量和路面混凝土收缩量，计算方式同上行。下行路面混凝土层应承受的拉力，同样为下行封闭式路堑和路面裂纹产生的拉力。

依据理论计算、现场实测及综合分析研判，本人判定封闭式路面收缩变形是本工程路面出现裂纹的主要原因，路堑混凝土收缩是次要因素。

5  现场处理措施

依据裂缝宽度、深度（表面、浅层、深层和贯穿）、是否伸缩、是否不再活动、裂缝产生原因及裂缝未来的变化（数值和方向）如何等方面进行综合分析研判，并经设计单位到现场确认，决定采取如下措施：

①树脂灌注法。本工程裂纹属于轻微裂缝，且属于不伸缩的、不再活动的裂缝。采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嵌逢封堵法：对路面大于1mm，小于3 mm的裂纹，采用“打针”方法，沿着裂纹走向每10cm打一根钢针，利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个有机整体，从而起到封堵加固的目的。

③对既有切缝全部补切深度，切深达到60mm。

6  结束语

通过对四顶山路下穿铁路立交工程大体积混凝土施工，对裂缝形成的原因和预防措施的初步探讨，对地方涉铁下穿立交U型槽混凝土工程施工提出如下几点建议，可供类似工程项目设计、施工参考。

①混凝土应采用自动计量拌和站拌合。浇筑施工中应有专业技术人员在生产过程严格监督生产质量。浇筑后及时做好混凝土早期的保温、保湿，防止有害的冷缩和干缩。

②涉及铁路线路的下穿立交U型槽混凝土施工，建议使用C35商砼。

③封闭式路堑混凝土施工结束后，至少停28天再进行找平层混凝土浇注。

④施工结束未地段，路面混凝土层一定要对应封闭式路堑结合部进行切缝，切缝深度不少于60mm。切割时间要及时，一般当强度达到1.2MPa以上时，即可进行切割，不易推迟。

⑤路面每3m切1次缝，切缝深度不小于路面厚度的1/4。

参考文献：

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[5]王铁梦.桥梁工程[M].北京人民出版社，2005.

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