我国桥面铺装破坏原因的分析

肖 杨 马国红

1 概述

近年来，随着我国经济建设的飞速发展，大跨度桥梁也越来越多，随之大跨径桥梁桥面的破损情况也越来越严重，有些桥梁通车后不久，桥面就不同程度地出现了裂缝、车辙和脱落等现象，有些虽然初期质量较好，但是在长期的荷载作用下破坏严重，桥面铺装层的问题成为当前公路建设中一项关键技术难题。

目前桥梁桥面铺装的设计与施工一直沿用传统的方法，在进行桥梁结构设计时，也不对桥面铺装层做计算和分析，国内外对桥面铺装层破坏的技术研究大都集中在材料的改性研究方面，对于桥面铺装层的力学破坏计算、分析还是做的不够，必须探索大跨径桥面铺装的动态特性、力学特性，为进一步研究提供参考。

近年，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。沥青混凝土桥面铺装在荷载作用下的状态与道路路面不同，不能用弯沉值来评价，对于桥面铺装面层的破坏可以从铺装层的设计、材料、施工、力学特性等方面综合分析。

2 常见铺装层破坏形式

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，或者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、壅包等病害。2)因温度变化或桥梁的刚度不足伴随桥面板或梁结构的大挠度而产生的裂隙，在车辆荷载及渗入的水的作用下产生面层松散和坑槽，破坏了结构整体的稳定性。3)由于轮胎与桥面的摩擦作用，使铺装磨耗层产生开裂、碎裂、露骨、脱落等现象。

3 破坏形式分析

3.1 设计方面

1)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，特别是中国超载严重这一特殊国情，技术前沿的专家也暂未找到切实有效的应对办法。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，横向构造措施不力使桥面铺装分担了过多的次内力。2)对于连续梁桥、悬臂梁桥等桥型结构，由于荷载的作用而产生负弯矩或拉力，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。3)桥梁的刚度不足，考虑到减轻桥梁的结构自重，设计采用增加钢筋用量或采用高强度钢筋来减薄桥面板的厚度，从而使得桥面板刚度不足，导致桥梁静挠度值偏大。4)混凝土铺装层厚度。随着交通量及重型车辆的增加，以往过薄的桥面混凝土铺装层已不适应发展的需要。尤其是伸缩缝及桥头附近的桥面铺装层受荷载冲击较大，这些地方更需保证混凝土铺装层的厚度，必要时还需配置加强钢筋。

3.2 施工方面

1)桥面铺装层施工中的质量隐患是一个不容忽视的问题。部分桥梁在梁板安装完毕后，梁顶面实测标高与设计标高偏差较大，多数超过规范的允许偏差。施工时往往通过调整铺装层厚度来克服误差，这就导致铺装层厚度厚薄不均，甚至有时难于保证铺装层最小厚度，影响桥面的使用寿命。2)铺装层与梁表面粘结力弱。在桥面进行铺装前没有将结合表面清洗干净，凿毛的密度和深度不够等导致铺装层与梁面之间的粘结能力不足，在荷载作用下铺装层与主要承重构件不能以一个整体结构来承受外荷载，在行车的剧烈冲击和荷载作用下容易使桥面出现脱皮、裂缝、剥落等现象。3)施工时防水层、桥面铺装混凝土上若留有浮浆，将导致沥青混凝土与防水混凝土结合不好。4)没有设置定位钢筋。施工过程中，进行钢筋网绑扎和浇筑混凝土时，由于人或机具的踩踏和混凝土拌合物的自重压力等原因，导致桥面钢筋层内的钢筋网未与预埋钢筋连接，削弱了钢筋网的分布筋作用和承受荷载的能力，尤其对于出现负弯矩的桥面铺装层，容易出现桥面裂缝等病害。

3.3 材料方面

1)沥青混凝土质量的影响:a.若沥青用量太多、集料级配不良以及软化点太低，则会出现泛油，在车辆荷载作用下会粘轮，影响行车质量和行车安全;b.油量过少或碾压不够，行驶车辆后铺装层表面细集料松散、脱离，往往造成单梁受力，导致整个结构的整体破坏;c.沥青面层与基层粘结力弱，普通沥青混凝土的热稳定性差，易产生车辙、壅包等病害。2)水泥混凝土质量的影响:a.集料抗磨性差，交通量过大使铺装层形成平滑的状态;b.主梁顶面与桥面水泥混凝土铺装层间粘结不好，将铺装层与主梁分为两个独立主体，变形不一致，形成空隙。3)防水材料的质量影响。防水层抗剪能力差，在车辆剪切荷载作用下易开裂;沥青胶结材料与基层粘结不良，温度过高或过低，局部空气未排除等导致空鼓，形成漏水通道，漏到梁板，对混凝土产生腐蚀，削弱了梁板的承载能力，造成桥梁的最终破坏。

3.4 力学特性方面

1)梁体结构的挠度。在行车荷载的作用下，梁体会产生挠度。梁体的挠度、振动等形变的耦合作用，对铺装层的力学特性有较大的影响。桥面容易发生应力集中现象，出现疲劳裂缝。2)桥面铺装层破坏的外在荷载。引起桥面铺装层破坏的主要外部因素可归纳为三类:a.恒、活载引起的竖向力、局部竖向振动;b.汽车行驶、制动、启动引起的水平力;c.温差引起铺装层内的温度应力。3)铺装层挠曲、翘曲变形使层间界面存在相对滑动的趋势，也即层间界面会产生较大的剪应力，引起不确定破坏面的剪切变形，从而造成层间界面开始剥离，最终导致桥梁的破坏。4)水平力使铺装层产生水平方向的剪应力，最大剪应力沿铺装层厚度的分布规律类似于土基的工作范围曲线。在铺装层内部，剪应力在路表处最大，位于轮载中心附近。5)桥梁结构的最低频率应高于某一定的限值，前苏联CH-200-62规范中第54条规定:混凝土简支梁桥的竖向自振频率应大于3.33 Hz，美国一般设计要求自振频率应大于3.5 Hz。超重车辆以速度为60 km/h和5 m/周的简谐波在桥梁上通过时，产生的振动频率 f=3.33，接近桥梁的自振频率，从而使局部位移相对容易产生共振而破坏，同时由于桥面铺装的破坏而产生桥面不平整度，反过来又会加剧桥面的振动。

3.5 现实国情

我国江阴长江大桥的桥面铺装为完全采用英国的方式，但同样的桥面铺装在英国能用十几年，而我们却只能用两三年，原因很简单，目前，我国超载现象十分普遍，且越治理越严重，这是我国大中桥梁桥面铺装使用寿命短暂最直接、最普遍的原因。

4 寻求解决办法

为增加沥青的粘结性，一些桥梁尝试采用浇筑式沥青混凝土、环氧沥青混凝土及沥青玛脂碎石(sma)等新型铺装材料。

浇筑式沥青混凝土采用硬质沥青，通常是岩沥青或湖沥青和道路沥青配合使用，集料的粒径较小，通常最大粒径为1 cm，矿粉与沥青含量很高，是一种悬浮密实型混合料。由于浇筑式沥青混凝土密实不透水，耐久性好，同时又有较好的粘结性，适应变形能力强，与钢桥面变形有很好的随从性，但由于骨料偏小，细料和沥青的含量高，其高温抗变形、抗车辙能力有欠缺，适宜应用在夏季气温不高的地区。

环氧沥青混凝土是在沥青中加入环氧树脂，并经过固化反应，使沥青性质由热塑性转为热固性，从而使该材料具有很多优良的性能。环氧沥青混凝土具有很高的强度，其马歇尔稳定度是一般沥青混凝土的3倍～5倍;还有很好的耐疲劳性能、良好的耐腐蚀性。但对水极为敏感，抗滑性能较差，养护期较长。南京长江二桥上采用过。

通过对工程实例的跟踪发现，采用新材料、新工艺的桥梁近两年的运行效果良好，但还有待更长期的检验，同时新型材料普遍较为昂贵，因此还应该寻找更加经济、实用、有效的解决办法。

5 结语

桥面铺装层作为桥梁整体的一部分，是桥面系各要素中非常重要的组成部分，承受着各种自然因素和各种荷载的作用，其破坏的因素可能有很多，所以必须对其结构做充分的研究和分析，找出真正破坏的原因，为以后的分析提供真实而可靠的信息，同时，我们还应勇于实践创新，找到经济、实用、高效的桥面铺装形式。