浅谈沥青混凝土桥面铺装病害原因

2022-09-16

桥面铺装层直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用, 其变形和应力特征与主梁及桥面板结构形式密切相关, 一方面可分散荷载并参与桥面板的受力, 另一方面起联结各主梁共同受力的作用;既是桥面保护层又是桥面结构的共同受力层, 所以具有足够的强度和良好的整体性, 并具有足够的抗裂、抗冲击、耐磨性能。

随着我国公路桥梁建设快速发展, 桥梁结构不断创新, 而桥面铺装的设计与施工仍沿用传统的习惯做法, 在桥梁结构设计时, 对桥面铺装层一般不作专门的计算分析。随着交通量和重型车辆的增加, 桥面铺装破坏问题越来越普遍。这不仅影响了桥面的美观, 更易造成交通事故, 也给维修工作带来了很大困难。

近年来, 人们对于因桥面铺装问题造成的直接和间接的经济损失给予了足够的重视。桥面铺装的损坏已成为影响高速公路使用功能的发挥和诱发交通事故的一大病害。而桥面柔性铺装能大大缓和行车对桥面板的冲击, 较易达到运营中平稳舒适的要求, 随着沥青材料性能的改进, 应用将更加广泛。但现行规范对沥青铺装结构的设计主要从所用材料、做法及厚度等方面作了指导性的说明, 关于具体的设计理论与方法方面上还是空白, 铺装层的设计无章可循。这就造成了在实际设计中, 桥面铺装层只作为桥梁工程的附属结构, 设计者对其甚少花费精力, 从而为桥面铺装的早期损坏埋下了隐患。

1 破坏形式及原因

(1) 铺装层内部产生较大的剪应力, 引起不确定破坏面的剪切变形。

(2) 由于铺装层与桥面板层间结合面粘结力差, 抗水平剪切能力较弱, 在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏, 产生推移、拥包等病害。

(3) 因温度变化并伴随桥面板或梁结构的大挠度而产生的裂隙。

(4) 在车辆或荷载及渗入的水的作用下产生面层松散和坑槽破坏。

(5) 设防水层的水泥混凝土桥桥面沥青混凝土铺装在行车荷载作用下的破坏形式一般为剪切破坏, 常表现为拥包和推移现象。剪切破坏有两种情况:一是桥面钢筋混凝土模量远大于沥青混凝土和防水层的模量, 加之沥青混凝土层厚度较薄, 沥青层内产生较大的剪应力而引起的无确定破坏而的剪切变形;二是防水层与沥青混凝土面层和桥面层间粘结力不足而发生的剪切破坏。因此, 剪切破坏是设防水层的水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装损坏的主要原因。

2 病害分析

2.1 结构理论与设计

(1) 桥梁的结构理论中对桥面铺装计算分析论述几近于零, 现行规范中只给定了厚度的推荐值工程界一直在各等级的公路中运用了几十年。随着交通量的增大, 现行铺装与重型、超重型汽车的增多和车速的增快已不相适应。桥面铺装层直接承受车轮荷载的冲击, 桥面铺装部分或全部参与了主梁结构的变形, 因此桥面铺装是一个受力复杂的动力体系, 各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。

(2) 从众多箱梁的设计来看, 大部分设计者对箱梁构件是按T形梁进行处理的。而箱梁的实际受力虽有近于T梁的一面, 又有异于T梁的一面, 对于连续箱差别更大。尤其是近年来箱梁的桥面越来越宽, 柳跨与桥宽之比越来越小, 箱梁仍按T梁那种长细杆件设计配筋, 就越来越不适宜了, 导致按T梁设计的箱梁骨架钢筋在实际受力状态下难以像T梁主筋那样发挥应有的作用。所以, 设计的假设状态与箱梁的实际受力状态不一样。

(3) 随着材料工业的发展, 桥梁承重结构的改进, 使桥梁主梁能以较柔的结构达到受力的要求, 高等级公路大跨桥梁的横向越来越宽。特别在设计计算中侧重于主梁纵向的计算分析, 对桥梁横向刚度重视不足, 横向构造措施不利使桥面铺装分担了过多的次内力。

(4) 对于连续梁桥、拱桥及悬臂梁桥等桥型结构, 由于荷载的作用面产生负弯矩或拉力, 使桥面铺装层受到拉力的作用而产生负弯矩区裂缝, 从而造成桥面铺装的损坏。

2.2 施工工艺

(1) 铺装层厚度偏小。由于桥梁上部结构在施工中支架的沉降及预应力反拱无法十分准确地预测, 或由于施工工艺控制欠佳, 施工中主梁顶面标高与设计值相符是比较困难的, 一般在测量主梁顶面标高后对其进行调整以保证桥面的厚度。如果调整不好, 就会造成铺装层厚度不均, 使用的地方厚度偏小。

(2) 梁顶清理不利, 造成铺装层与主梁结合欠佳。

2.3 防水层及路面排水系统的失效

沥青路面结构渗水, 因为面层结构空隙较大或园面层材料的不均匀性和施工过程中的原因形成上下贯通空隙, 雨水顺着空隙渗入桥面铺装层的防水层与梁板表面接触应粘结好铺装前应清洗干净, 而且要用质量好的粘结剂和防水材料, 否则通车后在车轮的剧烈冲击和荷载的作用下会破坏桥梁主体结构。

2.4 铺装材料的容许弯拉应力不足

由于跨度多的连续梁桥跨中承受正弯距, 而在支撑点则承受负弯距, 负弯矩导致铺装层承受拉力, 如果铺装材料的容许弯拉应力小于设计弯拉应力, 则产生拉伸裂缝。

2.5 桥面板刚度不足, 桥面铺装层厚度偏小

有些桥梁设计时, 采用高强度钢筋并减少桥面板的厚度, 在铺装层设计纵横坡, 造成了桥面铺装层厚度局部过薄, 使其桥面总体刚度不足, 造成损坏。

2.6 混凝土施工质量不好及违规通车

(1) 混凝土的施工质量直接影响桥面铺装层的使用寿命, 大桥桥面铺装多采用泵送混凝土工艺。泵送混凝土一般水灰比大, 并掺加外加剂, 有的施工控制材料不好, 级配不严, 促使混凝土有干缩现象, 水泥用量过大时, 水化热大, 引起行车道板和桥面铺装的温差而产生变形约束。混凝土硬化初期的抗拉强度小, 若干缩和冷缩产生的拉应力超过其抗拉强度, 则将导致混凝土内部及表面产生裂缝。

(2) 混凝土的养生也是至关重要的, 应该重视。由于养生不够, 而促进温度收缩和干缩裂缝的发育, 造成桥面铺装过早损坏此外对施工缝处理也应按规范进行。

2.7 桥面铺装的约束条件

桥面铺装受桥梁结构的约束, 受荷后其边界条件与一般路面相差甚大, 加之梁体的挠度、扭曲等形变的耦合作用, 给铺装层的工作性能造成不利影响。

3 结语

以上这些影响桥面铺装的病害因素应该在设计与施工中得到高度重视, 如果在设计与施工中采取有效的预防措施不仅能大大提高沥青混凝土桥面铺装的施工质量, 而且也能减少交通事故及维修方面的损失, 收到良好的经济效果。

摘要：桥面铺装的主要作用是分散车轮荷载、保护桥面板及主梁、防止混凝土及钢筋的腐蚀、提高行车的舒适度。长期以来桥面铺装一直因为是桥梁的附属工程而得不到人们的重视, 但是随着一些桥梁特别是大型桥梁桥面铺装的损坏, 桥面铺装的质量问题越来越多地受到广大工程界的关注。桥面铺装的破坏将影响桥梁的使用功能、降低桥梁的使用寿命、影响桥梁的美观、以至改变桥梁的受力状态。桥面铺装的损坏已成为影响高速公路使用功能及诱发交通事故的一大病害。本文对钢筋混凝土桥柔性桥面铺装的病害及其原因进行了分析与研究, 在总结当前国内桥面铺装结构分析主要方法的基础上, 通过理论分析, 从设计和施工的角度进行了归纳和总结。

关键词：沥青混凝土,桥面铺装,病害原因