浅谈水泥混凝土桥面铺装病害

乔 磊

(安徽省池州交通监理公司,安徽池州 247100)

浅谈水泥混凝土桥面铺装病害

乔 磊

(安徽省池州交通监理公司,安徽池州 247100)

通过调查得到目前桥面铺装中存在的主要早期破坏形式,从结构理论和设计、铺装层材料性能、施工工艺及管理等方面进行成因分析,为今后的设计研究提供理论依据。

桥面铺装;病害原因;施工工艺;管理

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结构型式密切相关,一方面可分散荷载并参与桥面板的受力,另一方面起到联结各主梁共同受力的作用。桥面铺装层既是桥面保护层又是桥面结构的共同受力层,所以,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。

桥面柔性铺装能大大减缓行车对桥面板的冲击,有助于改善公路通行环境,随着沥青材料性能的改进,应用将更加广泛。由于我国现行规范中对于桥面铺装的防水粘结设计还是空白,从而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,设计者花费较少,为早期损害埋下了隐患。因此,应加快对桥面铺装,特别是结构破坏机理和设计理论方面的研究。

1 桥面铺装破坏形式

水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装结构形式是高等级公路桥梁桥面铺装的主要结构形式。据有关资料显示,在调查的省、市、区桥面铺装中,重庆市、天津市、北京市高速公路和大多数城市桥梁的桥面铺装均采用了沥青混凝土。各地区沥青混凝土桥面调查结果如表1所示,用百分率统计的各种病害的发生率如表2所示。

表1 各地区沥青混凝土桥面调查结果

省份 调查数量病害类型 出现数 出现比例/%车辙推移拥包 28 85.0北京 24松散坑洞 22 32.7裂缝 5 20.8车辙推移拥包 4 46.4秦皇岛 26松散坑洞 12 36.2裂缝 9 34.6

表2 沥青混凝土桥面铺装调查统计

从表1、表2可以看出,桥面沥青混凝土铺装层的早期破坏形式主要有以下几种:推移、拥包、车辙、松散、坑槽、开裂和桥面铺装层脱落。

2 桥面铺装破坏成因分析

2.1 结构理论和设计方面的原因

(1)桥梁结构形式。在进行桥梁结构设计时,桥面铺装层只作为桥梁工程的附属结构,通常不考虑桥面铺装层承载能力的影响。对于外悬桥面板、连续梁、拱桥及悬臂梁桥等结构的负弯矩处,以及桥面分缝处各板块角部等位置,桥面铺装层在拉力作用下容易产生裂缝。

(2)桥梁刚度不够。为了减轻恒载,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,由于这种桥面板刚度不够,桥面铺装因为桥梁静挠度值偏大而损坏。

(3)铺装层的计算理论缺乏。桥面铺装的受力分析和设计阶段对桥面铺装参与结构受力考虑偏低,对影响桥面铺装的诸影响因素也未开展相应的研究。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。桥面铺装直接承受车轮荷载的冲击,且部分或全部地参与了主梁结构的变形。因此,桥面铺装是一个极其复杂的多向受力结构,各种结构形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。

(4)混凝土配筋量偏小。铺装层中钢筋的布置主要考虑使应力分布均匀和改善应力集中现象,即按构造设置,并未真正考虑铺装层的实际受力,因此,钢筋的分布是均匀的,配筋量是较小的。当混凝土应力较高时,较小的配筋根本不足以抵抗因温度变化和混凝土本身的收缩所产生的应力、阻止裂缝的发展。

(5)纵向施工缝处理不当。施工分缝处是否有钢筋穿过是引起桥面铺装病害的重要因素,对桥面铺装层的分析表明,当桥面铺装收缩完成时缝间拉应力值可达6.0～7.0 MPa。若钢筋穿过缝,则钢筋附近混凝土应力值可降低1/ 3,若缝间无约束钢筋,则缝显然要被拉开,缝断开后的铺装层经过雨水浸蚀,会削弱层间结合,造成破坏。

(6)横向刚度分析重视不足。在桥梁设计计算中主要侧重于主梁纵向的计算分析,较少进行横向分析计算,对桥梁的横向结构刚度重视不足,造成横向构造措施不力,使部分桥梁的横向刚度过小,而由混凝土桥梁铺装层分担了过多的次应力,导致裂缝的产生。

(7)桥面防水层的影响。由于柔性防水层的强度与铺装层的强度有差异,它的存在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桥面板中部的板底拉应力。处于防水层上的铺装层一经开裂,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。

(8)车道划分的影响。高速公路为便于交通组织管理,划分了超车道、主车道及路肩,人为强制地为桥梁的荷载横向分布划定了某一比例,并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大得多的运营应力水平(量值可达3～4倍),加快了主车道混凝土的疲劳。

2.2 铺装层材料性能方面的原因

铺装结构完全暴露空气之中,除要承受车辆荷载的作用,还要受风吹日晒雨淋、温度变化等气候条件的作用,这对铺装材料提出了很高的要求。由于桥梁结构受力的原因,铺装层会出现较大的局部应力,又因铺装层刚度较小,所以会出现较大的变形,这就要求铺装材料具有很强的协同变形能力。同路面结构相比,铺装层材料夏季温度更高,冬季温度更低,相同的气候条件对桥面铺装材料的影响更苛刻。桥面铺装层要求材料高温不软化,低温不脆断,并保持与桥面有良好的粘结能力。

2.3 施工工艺及管理方面的原因

(1)铺装层混凝土浇筑厚度偏小。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比较困难,一般在测量主梁顶面标高后再对桥梁进行调坡。但后期往往由于工期紧、任务重、主梁与引桥合龙时间的差异等因素,易造成铺装层混凝土浇筑厚度偏小,难以承受荷载的作用而产生病害。

(2)铺装层与梁表面粘结弱。在浇注桥面铺装层以前没有将梁表面的松散碎石粒、泥污等杂物清洗干净,没有在梁表面凿毛或凿毛深度不够,这些都大大降低了桥面铺装层与梁表面的粘结力,破坏了混凝土的整体性,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)混凝土施工工艺。对于泵送混凝土工艺,为满足坍落度的要求,除掺外加剂外,还常采用加大水泥用量和适当加大水灰比的办法,这两者都是影响混凝土干缩的主要因素。桥面铺装的施工均采用小型搅拌机现场拌制,施工变异性大,难以保证施工质量。

(4)钢筋网定位不正确。在绑扎钢筋网和浇筑混凝土时,因施工人员、运输机具的碾踏和混凝土拌合物的重量作用,导致走位沉底,削弱钢筋网的分布作用和承受荷载的能力,特别是对于负弯矩区段的铺装层,桥面裂缝将不可避免。

(5)施工缝处理不当。有些施工单位在进行桥面铺装时随意设置施工缝,且对施工缝的处理也不当。此外,浇注混凝土过程中出现的间歇时间过长(一般不宜超过1.0h),又没有按规定设置施工缝,这些都严重影响混凝土的连续性和整体性。

(6)支架拆除工序控制不当。支架拆除的程序不当,会使桥梁结构产生较大瞬时动荷载。而这种瞬时动荷载往往大于行车荷载与结构自重荷载,导致出现过大的施工裂缝。通车后,在行车荷载作用下,这类裂缝可能进一步发展,从而造成桥面铺装层过早破坏。

(7)平整度差。造成桥面铺装平整度差的主要原因有:施工工艺不理想,施工缝有错台;机械性能差,参数设置不当;混凝土质量控制不好,坍落度过大;技术交底不明确,工人技能差或责任心不强;自然环境的影响等。

2.4 其它方面的原因

(1)桥面的水损害严重。当桥面开裂以后,雨水或者其它污水很容易进入到铺装层内部,破坏粘结层的粘结作用,使沥青混凝土铺装层与水泥混凝土铺装层脱离。由于抗水平剪切能力较低铺装结构很容易产生剪切破坏并发生整体的滑移,产生推移、拥包。

(2)荷载过大及冲击影响。对于目前增长较快的重交通及超载车辆的增加,加重了桥面铺装层的负荷,加快了主车道铺装层的病害发展。并且轴重的增加形成较大的冲击荷载,在桥面不平整或桥面伸缩缝、施工缝等有高差的地方,冲击作用更趋明显,造成铺装层特殊位置或局部的先期破坏,并促使破坏向其他部位扩展恶化。

(3)过早通车。桥面铺装后过早地开放交通,造成桥面在未达到设计强度、形变未稳定的情况下过早承受外来荷载的作用,造成桥面铺装的早期损坏。

(4)桥面铺装的约束。受桥梁结构的约束,承受荷载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。

(5)疏于日常养护。对日常养护不重视,造成泄水管被杂物堵住,影响排水,使桥梁表面的水不能及时排除,从而渗入桥面铺装层并滞留在防水层的表面,导致沥青离析、料石裸露。

(6)渠化交通。由于地区性经济发展所需物资的不同,使进入和驶出某地的荷载差别较大,造成铺装层两侧病害发展及破坏程度相差较大,影响铺装整体使用寿命。

3 结束语

通过对桥面铺装的早期病害及其成因的分析,指出了今后研究的主要方向。目前的工作是加快对桥面铺装的进一步研究,以明确桥面铺装计算模型、力学特性,为今后的设计提供指导;同时还要开发适应环境的新材料,改进施工工艺,提高施工质量,从根本上解决桥面铺装早期损坏问题。

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责任编辑:文 月

U416.216

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1671-8275(2010)03-0040-02

2009-07-12

乔磊(1979-),男,安徽池州人,池州交通监理公司工程师。研究方向:公路工程监理。