桥面薄层罩面铺装对简支梁桥结构安全性的影响

陈华梅

(山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012)



桥面薄层罩面铺装对简支梁桥结构安全性的影响

陈华梅

(山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012)

为评定桥面罩面层铺装对简支梁桥结构安全性的影响，结合工程实例，采用现场检测以及公路桥梁技术状况评定相结合的方法，对某桥桥面系、上部结构、下部结构分别进行评定，并验算了不同厚度罩面对结构承载能力的影响。结果表明：该桥桥面铺装存在较多横向裂缝，并伴有坑槽、坑洞等早期桥面病害，需要对桥面加铺罩面层来恢复桥面使用功能，然而加铺罩面层会增加桥梁结构荷载，且大桥技术状况评定等级为3类；对桥梁结构承载能力进行检算，发现直接在原桥面铺装上分别加铺不同厚度(15～40 mm)的热拌沥青混合料(AC-5)薄层罩面，其安全等级仍能满足设计要求。因此对于此类桥梁桥面铺装的早期桥面病害处治，可采用加铺罩面的方案，虽导致二期恒载提高，但桥梁承载能力仍能符合设计荷载安全等级要求。

桥梁工程；技术状况评定；薄层罩面；早期病害；承载能力

薄层罩面起源于法国，其作为一种预防性养护措施，通常适用于路面养护的前、中期阶段，防止路面质量继续恶化，提高路面平整度及行车舒适度，可抗滑、抗渗、减噪[1-2]。热拌沥青混合料(AC-5)薄层罩面是介于薄磨耗层与厚表面处治之间的一种路面结构，现行沥青路面设计规范规定其适宜摊铺厚度为15～40 mm，其结构划分为表面磨耗层和防水粘结层，适用于原路面承载能力高、抗变形能力好，但路表抗滑性能衰减，出现裂缝、坑洞、车辙(H<15mm)等病害[3-8]。

桥面铺装在行车荷载和自然环境因素交替作用下，容易出现推移、拥包、裂缝、坑洞和桥面渗水等早期病害。薄层罩面可以作为一种新型的桥面铺装预防性养护措施，用于防治桥面铺装早期病害。但是加铺薄层罩面势必会增加桥梁二期恒载，从而改变桥梁结构受力体系，影响桥梁结构承载能力。本文以实际工程为背景，对桥梁结构总体技术状况进行评定，检算其原结构承载能力；继原结构上分别加铺15 mm、25 mm、35 mm、40 mm薄层沥青混合料罩面，验算其承载能力是否满足相应荷载等级要求，为类似桥梁养护提供一定参考。

1　工程概况

某高速公路高架桥，桥梁全长424.8 m，桥梁总宽14.0 m，桥面净宽13.0 m。桥型结构为11 m×20 m+10 m×20 m 预应力混凝土空心板简支梁，采取桥面连续方式，为B类预应力构件。下部构造为柱式墩配桩基础、肋板式桥台配桩基础。预应力混凝土空心板梁标号为C50，桥面铺装采用10 cm厚C50防水混凝土及8 cm厚沥青混凝土，墩柱、桥台、盖梁、耳墙均采用C30混凝土，桥台、桥墩配桩基础采用C25混凝土。预应力钢绞线采用公称直径Φj15.0 mm低松弛预应力钢绞线，其标准强度为1 500 MPa，弹性模量E=1.9×105MPa。设计荷载等级：公路-Ⅰ级；设计安全等级：1级；结构重要性系数取1.0;设计坡度：双面横坡2%。

2　桥梁技术状况评定

2.1构件划分

桥梁构件划分见表1。

表1　桥梁构件划分

2.2病害检测结果

2.2.1桥面系病害检测结果

桥面铺装层墩顶处普遍出现横向裂缝，并伴有坑槽、坑洞、麻面等病害，全桥共计27条横向裂缝，裂缝长约1.16～12.06 m，缝宽约1.2～3.6 mm，8处坑洞坑深均超过2 cm。3道伸缩缝基本较好，两侧混凝土护栏多处破损、露筋，中央分隔带护栏局部缺失、损坏，部分泄水孔堵塞。桥面系典型病害照片如图1所示。桥面系技术状况评分见表2。

表2　桥面系技术状况评分

图1　桥面系典型病害

2.2.2桥梁上部结构检测结果

全桥273 片空心板共计有28片空心板板底出现纵向裂缝，1片空心板底出现横向裂缝，总计纵向裂缝33条，横向裂缝1条，其中有4条纵向裂缝宽度值超限，大多数裂缝伴有明显的渗水现象，部分空心板底出现蜂窝、麻面，其中第3 跨、第17跨空心板板下为行车道路，两跨空心板底面有明显的车辆刮擦痕迹，且未悬挂限高标识。全桥273片空心板共计有252 条铰缝，其中有46条铰缝出现渗水现象，32条铰缝有不同程度的砂浆脱落。全桥1 092个支座中有140个出现不同程度的脱空现象。上部结构典型病害照片如图2所示。上部结构技术状况评分见表3。

图2　上部结构典型病害

评价部件重新分配后权重构件评分部件评分主要承重构件一般承重构件支座0.700.180.1265.5666.2268.9366.08

2.2.3桥梁下部结构检测结果

该桥墩柱外观普遍较好，表面光洁，未见明显异常，局部有破损、露筋现象，共计有12道盖梁出现52处破损、露筋，9 条裂缝，缝宽未超限值。0#桥台右幅台帽局部破损、露筋。0#台侧锥坡有3 条裂缝，21#台侧锥坡坡面杂草生长。下部结构典型病害照片如图3所示。下部结构技术状况评分见表4。

图3　下部结构典型病害

评价部件重新分配后权重构件评分部件评分桥墩基础锥坡、护坡河床桥台翼墙、耳墙0.310.280.010.070.310.0282.8310072.5010085.010089.75

2.3桥梁技术状况评定

桥梁总体技术状况评分见表5。全桥总体技术状况得分75.55，根据《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21-2011)第4.1.5 条可判定该桥为3类桥，需要进行中修，酌情进行交通管制。

表5　桥梁总体技术状况评分

3　不同厚度罩面结构承载能力检算

在原桥面铺装上分别加铺15 mm、25 mm、35 mm、40 mm薄层罩面进行跨中截面抗弯承载能力及支点截面抗剪承载力检算，沥青混凝土重度取23 kN/m3，其检算结果见表6～7。

表6　加铺不同厚度薄层罩面正截面抗弯承载能力检算结果

表7　加铺不同厚度薄层罩面斜截面抗剪承载能力检算结果

由表6～7可知，随着沥青混凝土加铺厚度的增加，桥梁结构正截面抗弯承载力安全系数逐渐减小，分别比加铺前减小5.0%，7.4%，9.6%，12.8%;斜截面抗剪承载力安全系数相比加铺前分别减小0.1%，3.5%，4.9%，5.8%，相比抗弯承载力变化幅度较小。当加铺厚度为40 mm时，正截面抗弯承载力安全系数仅为1.184，相对于1.100的安全系数标准，虽能满足设计荷载安全等级要求，但其安全储备不足。这也正说明相对于一般摊铺厚度为40 mm的常用面层混合料(AC-13、AC-16)，薄层罩面混合料(AC-5)有其优势。在此考虑结构安全储备、施工和易性以及经济效益，建议加铺层设计厚度为15～30 mm。因此，对于桥梁总体状况等级评定为3类的旧桥，在桥梁进行加固时，直接加铺热拌沥青混合料薄层罩面是可行的。

4　结论

1)通过对某空心板简支梁桥进行桥梁技术状况评定，评定该桥为3类桥。

2)分别对比了桥梁加铺前和加铺15 mm、25 mm、35 mm、40 mm薄层罩面后正截面抗弯承载力和斜截面抗剪承载能力，得出安全系数均随加铺厚度增加而减小，正截面抗弯承载能力减小幅度相对较大；当加铺厚度为40 mm时，虽能满足设计荷载安全等级要求，但其安全储备不足。

3)相对于一般摊铺厚度为40 mm的常用面层混合料(AC-13、AC-16)，薄层罩面混合料(AC-5)有其优势。在此考虑结构安全储备、施工和易性以及经济效益，建议加铺层设计厚度为15～30 mm。

4)加载铺装对简支梁桥结构有一定的影响，通过验算得出该桥在进行加固时，直接加铺薄层沥青混合料罩面是可行的。

[1]赵岩荆，房涛，倪富建，等.薄层沥青混凝土在桥面铺装中的力学响应[J].交通运输工程学报，2010,10(3):1-9.

[2]银彦鹏.浅谈沥青路面维修改造施工工艺[J].山西交通科技，2015(2):15-17.

[3]李美华,覃润普.TLA改性沥青BLSMA-16混合料配合比设计及路用性能研究[J].公路工程，2012,37(3):127-133.

[4]许德录.高速公路沥青路面薄层罩面养护技术与施工方法[J].沥青技术，2008(13):158-159.

[5]王金学.薄层罩面技术在高速公路养护中的应用[J].交通世界(建养机械)，2008(15):55-57.

[6]李茂政，孙仁娟，郑丽，等.美国薄层混凝土罩面技术简介[J].公路，2015(1):194-198.

[7]王晓东，林岩松，侯芸.同步薄层罩面技术简介[J].公路交通科技(应用技术版)，2010(1):6-8.

[8]唐艺，谢强，何小波，等.简支箱梁桥桥面加载铺装结构安全性分析[J].土木工程学报，2015(s1):104-108.

[9]中华人民共和国行业标准.JTG/T H21-2011公路桥梁技术状况评定标准[S].北京：人民交通出版社，2011.

(责任编辑吴鸿霞)

Safety Influence of Bridge Thin Deck Overlay Pavement on Structure of Simple Supported Beam Bridge

Chen Huamei

(Shanxi Communications Planning Survey & Design Institute,Taiyuan Shanxi 030012)

In order to evaluate the safety influence of the bridge thin deck overlay pavement on the structure of simply supported beam bridge,the bridge deck system,the upper structure and the lower structure of the bridge are evaluated based on the combination of the field test method and the technical condition assessment of the highway bridge.And the influence of different thickness cover on the structural carrying capacity is verified.The results show that there are many transverse cracks and early deck diseases such as pits and potholes on the deck pavement,and deck overlays are needed to restore deck function.However,the overlay will increase the bridge load,and the technical condition of the bridge is evaluated as category 3.After calculating the bearing capacity of the bridge structure calculation,it is found that paving hot mix asphalt (AC-5) overlay with thickness (15～40 mm) directly on the original bridge deck can meet security level of the design requirements.Therefore,for early treatment of the deck disease of this kind of bridge deck pavement,although the deck overlay pavement leads to the increase in secondary dead load,the bearing capacity of the bridge can still meet the requirements of design load safety level.

bridge engineering;technical condition assessment;thin layer cover; early disease;bearing capacity

2016-05-31

陈华梅，工程师，本科。

10.3969/j.issn.2095-4565.2016.04.009

U448.2

A

2095-4565(2016)04-0035-04