浅析桥面铺装病害的产生及预防措施

杨 东

随着国民经济的迅猛发展,交通量迅速增长,而且行驶车辆也向大型化、重载化发展,同时交通发展面临新的历史机遇,山西省2009年～2011年间,预计高速公路建设规模3 180 km,项目总投资2 000亿元,如何保证交通事业的良性发展,避免公路建设中出现质量问题,特别是桥梁建设质量是摆在交通人面前的重要课题。

现代公路运输的发展趋势是行车速度高、载重量大、车流量大。桥梁经受的冲击力、荷载疲劳程度及应力超过频率不断提高,桥面铺装层损坏较为严重。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;另一方面起连接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,应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。目前桥面设计以沥青混凝土面层与水泥混凝土面层为主,沥青路面容易产生车辙、推移、壅包、泛油、松散、唧浆、网裂、龟裂、坑洞等破坏现象,而水泥混凝土路面轻则表面磨损、露石、脱皮,重则易形成局部坑槽、角隅破坏、纵横缝两侧啃边、纵向裂缝等,严重影响到行车安全和舒适度。

1 桥面病害原因分析

1.1 设计因素

1)随着高等级公路大跨桥梁的跨度越来越长、横向越来越宽,材料工业也迅猛发展,桥梁承重结构逐步改进,桥梁主梁以较柔的结构即可满足承载力的要求,而设计计算中仍侧重于主梁纵向的计算分析,对桥梁横向刚度重视不足,横向构造措施不足使桥面铺装分担了过多的次内力,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,加快了桥面破坏。2)在对高速公路进行交通组织管理中,由于车道功能的不同,人为强制地使桥梁结构运营始终处于偏载状态,使主车道的铺装承担了比超车道高得多的运营应力水平,加快了主车道铺装层的疲劳。特别是随着经济规模的发展,货运业主为追求短期经济利益,通过改变车厢结构使汽车的载重、轴重及轮载成倍增加。3)配筋率不足或钢筋型号选择不当造成钢筋握裹力不足,桥面铺装层难以抵抗外力作用下的应力应变而出现裂缝。该裂缝一般发生在完工后或通车受力初期,形式以纵向裂缝为主,具有一定的规律性。4)梁板的弹性变形计算接近规定值,相对来说刚度不足,在汽车荷载作用下弹性变形较大,容易受力开裂。

1.2 自然因素

施工期间气温过高或过低、天气湿度过小、风速过大等均可造成混凝土失水过大过快,混凝土表面收缩大,容易产生龟裂。混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和碳化收缩等。

1.3 施工因素

1)由于梁顶清理不干净,造成铺装层与主梁结合欠佳。2)由于桥梁上部结构在施工中支架的沉降及预测预应力反拱不准确,或由于施工工艺控制欠佳,导致施工中主梁顶面标高与设计值不符,造成铺装层厚度不均,使有的地方厚度偏小。3)由于管理不善,在未到养生期,混凝土强度没达到设计强度的情况下,通车或在其上面使用施工机械。4)在浇筑混凝土过程中,施工人员振捣不充分或者出现漏振现象,混凝土凝结以后出现较大的空隙。5)铺装混凝土终凝后,养生不及时,水泥不能充分水化,混凝土强度达不到设计要求,在汽车荷载作用下产生裂缝。6)沥青混合料配比不当、沥青老化、施工碾压遍数不足等原因造成外部自由水进入无法排出,水渗入到沥青面层内部或水泥混凝土桥面与沥青面层的界面之间,在行车荷载及温度变化下产生水损害,经行车碾压把水浆挤出即形成唧浆,或在车辆荷载下变成动力水,动水压力使沥青和石料脱离造成网裂、剥落、松散、坑洞。另外,由于沥青混凝土与防水混凝土之间存在水通道,在重载以及高速行驶的车辆作用下,沥青混合料结构发生挤压,进而导致水分携带粉料迁移的现象,日久形成壅包。

1.4 桥面防水层的影响

由于柔性防水层的强度与水泥混凝土铺装层、沥青混凝土铺装层的强度有差异,使上部结构按模量形成刚—柔—刚的板体受力体系,中间柔性夹层会增大沥青混凝土铺装层底部的拉应力。处于防水层上的沥青混凝土铺装层一经开裂,在车轮的动力荷载作用下,彼此间的缝隙越来越大,直到松散脱落。另外,在使用过程中,地表水和泥土的下渗会使沥青混凝土同防水混凝土间的粘结强度降低,特别是在夏季烈日暴晒,冬季冻融循环,以及行车荷载的长期作用下,使桥面结构与主要承重构件不能以一个整体来承受外荷载,破坏了沥青混凝土和桥梁承重构件的整体性,在行车的冲击和荷载作用下出现脱皮、剥落等现象。

2 桥面病害预防措施

1)设计计算中应加强桥梁横向刚度计算,增加横向构造措施。如设计中对于20 m～25 m梁桥可通过增加跨中横梁,25 m以上梁桥增加1/4,3/4跨横隔板等措施提高桥梁横向刚度。2)加强OD调查,区分轻重车道、行车道与超车道,根据运营中车辆荷载的实际分布情况,在明确桥梁结构受力的基础上,对桥面铺装层进行受力计算。根据车道功能不同,路面结构采用分向分段设计,细化主车道的设计。3)桥面铺装的沥青混凝土铺装层应满足与混凝土桥面的粘结,防止渗水、抗滑及有较高抵抗振动变形能力等功能性要求。4)铺装层厚度应大于10 cm,钢筋网宜采用双层布设形式,钢筋直径以不小于8 mm～12 mm为宜,并以螺纹HRB335级钢筋为主,还可掺入钢纤维以减少桥面裂缝,提高混凝土的抗拉强度及由主拉应力控制的抗弯强度、抗剪强度,阻碍混凝土内部微裂缝和宏观裂缝的发生与发展,弥补混凝土的不足。如图1所示为某项目桥面铺装剖面图。5)在梁板满足荷载要求、工程费用和施工难易程度许可的前提下,尽量增大截面尺寸,或者选择合理的截面形状,减小弹性变形,进而防止桥面铺装混凝土产生裂缝。6)加强施工工艺、施工时间、施工质量的控制。a.选用收缩量较小的水泥,一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥,降低水泥的用量。b.严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比,控制好水灰比,保证混凝土拌合物有较好的工作性和塑性保持时间,采取各种措施防止混凝土表面水分的过快丧失。c.桥面铺装混凝土应选择在气温相对较低,天气湿度较大,风速较小的时间浇筑,以防止水分蒸发过快,待收浆后再予以覆盖和洒水养生。d.加强管理,杜绝在混凝土未达到设计强度的情况下通车,改善施工方法,避免在铺装层上使用施工机械。7)防水层要满足良好的不透水性能及良好的耐高温和耐低温性能,与混凝土桥面和沥青面层要有足够的粘结力,面层碾压后应无破损现象,耐久性应不低于面层设计寿命,施工简单、快捷。

3 结语

针对当前工程质量要求严、标准高、造价低、工期紧的特点,及时总结病害的发生机理,加强病害处治方案研究及评价,研制出适应桥面破坏机理的新材料、新工艺、新技术,纠正和预防同类质量问题的发生,不仅是设计人员的责任,也是施工人员的责任和义务。

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