淺談水泥混凝土橋面鋪裝病害

喬 磊

(安徽省池州交通監理公司,安徽池州 247100)

淺談水泥混凝土橋面鋪裝病害

喬 磊

(安徽省池州交通監理公司,安徽池州 247100)

通過調查得到目前橋面鋪裝中存在的主要早期破壞形式,從結構理論和設計、鋪裝層材料性能、施工工藝及管理等方面進行成因分析,為今后的設計研究提供理論依據。

橋面鋪裝;病害原因;施工工藝;管理

橋面鋪裝層直接承受行車荷載、梁體變形和環境因素的作用,其變形和應力特征與主梁及橋面結構型式密切相關,一方面可分散荷載并參與橋面板的受力,另一方面起到聯結各主梁共同受力的作用。橋面鋪裝層既是橋面保護層又是橋面結構的共同受力層,所以,應具有足夠的強度和良好的整體性,并具有足夠的抗裂、抗沖擊、耐磨性能。

橋面柔性鋪裝能大大減緩行車對橋面板的沖擊,有助于改善公路通行環境,隨著瀝青材料性能的改進,應用將更加廣泛。由于我國現行規范中對于橋面鋪裝的防水粘結設計還是空白,從而造成了在實際設計中,橋面鋪裝層只作為橋梁工程的附屬結構,設計者花費較少,為早期損害埋下了隱患。因此,應加快對橋面鋪裝,特別是結構破壞機理和設計理論方面的研究。

1 橋面鋪裝破壞形式

水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝結構形式是高等級公路橋梁橋面鋪裝的主要結構形式。據有關資料顯示,在調查的省、市、區橋面鋪裝中,重慶市、天津市、北京市高速公路和大多數城市橋梁的橋面鋪裝均采用了瀝青混凝土。各地區瀝青混凝土橋面調查結果如表1所示,用百分率統計的各種病害的發生率如表2所示。

表1 各地區瀝青混凝土橋面調查結果

省份 調查數量病害類型 出現數 出現比例/%車轍推移擁包 28 85.0北京 24松散坑洞 22 32.7裂縫 5 20.8車轍推移擁包 4 46.4秦皇島 26松散坑洞 12 36.2裂縫 9 34.6

表2 瀝青混凝土橋面鋪裝調查統計

從表1、表2可以看出,橋面瀝青混凝土鋪裝層的早期破壞形式主要有以下幾種:推移、擁包、車轍、松散、坑槽、開裂和橋面鋪裝層脫落。

2 橋面鋪裝破壞成因分析

2.1 結構理論和設計方面的原因

(1)橋梁結構形式。在進行橋梁結構設計時,橋面鋪裝層只作為橋梁工程的附屬結構,通常不考慮橋面鋪裝層承載能力的影響。對于外懸橋面板、連續梁、拱橋及懸臂梁橋等結構的負彎矩處,以及橋面分縫處各板塊角部等位置,橋面鋪裝層在拉力作用下容易產生裂縫。

(2)橋梁剛度不夠。為了減輕恒載,設計采用增加鋼筋用量或采用高強度鋼筋來減薄橋面板的厚度,由于這種橋面板剛度不夠,橋面鋪裝因為橋梁靜撓度值偏大而損壞。

(3)鋪裝層的計算理論缺乏。橋面鋪裝的受力分析和設計階段對橋面鋪裝參與結構受力考慮偏低,對影響橋面鋪裝的諸影響因素也未開展相應的研究。隨著交通量的增大,現行鋪裝與重型、超重型汽車的增多和車速的增快已不相適應。橋面鋪裝直接承受車輪荷載的沖擊,且部分或全部地參與了主梁結構的變形。因此,橋面鋪裝是一個極其復雜的多向受力結構,各種結構形式的主梁及鋪裝本身的構造均影響其應力的分布。

(4)混凝土配筋量偏小。鋪裝層中鋼筋的布置主要考慮使應力分布均勻和改善應力集中現象,即按構造設置,并未真正考慮鋪裝層的實際受力,因此,鋼筋的分布是均勻的,配筋量是較小的。當混凝土應力較高時,較小的配筋根本不足以抵抗因溫度變化和混凝土本身的收縮所產生的應力、阻止裂縫的發展。

(5)縱向施工縫處理不當。施工分縫處是否有鋼筋穿過是引起橋面鋪裝病害的重要因素,對橋面鋪裝層的分析表明,當橋面鋪裝收縮完成時縫間拉應力值可達6.0～7.0 MPa。若鋼筋穿過縫,則鋼筋附近混凝土應力值可降低1/ 3,若縫間無約束鋼筋,則縫顯然要被拉開,縫斷開后的鋪裝層經過雨水浸蝕,會削弱層間結合,造成破壞。

(6)橫向剛度分析重視不足。在橋梁設計計算中主要側重于主梁縱向的計算分析,較少進行橫向分析計算,對橋梁的橫向結構剛度重視不足,造成橫向構造措施不力,使部分橋梁的橫向剛度過小,而由混凝土橋梁鋪裝層分擔了過多的次應力,導致裂縫的產生。

(7)橋面防水層的影響。由于柔性防水層的強度與鋪裝層的強度有差異,它的存在使上部結構按模量形成剛——柔——剛的板體受力體系,中間柔性夾層會增大橋面板中部的板底拉應力。處于防水層上的鋪裝層一經開裂,在車輪的動力荷載作用下,彼此間的縫隙越來越大,直到松散脫落。

(8)車道劃分的影響。高速公路為便于交通組織管理,劃分了超車道、主車道及路肩,人為強制地為橋梁的荷載橫向分布劃定了某一比例,并使橋梁結構運營始終處于偏載狀態,使主車道的鋪裝承擔了比超車道大得多的運營應力水平(量值可達3～4倍),加快了主車道混凝土的疲勞。

2.2 鋪裝層材料性能方面的原因

鋪裝結構完全暴露空氣之中,除要承受車輛荷載的作用,還要受風吹日曬雨淋、溫度變化等氣候條件的作用,這對鋪裝材料提出了很高的要求。由于橋梁結構受力的原因,鋪裝層會出現較大的局部應力,又因鋪裝層剛度較小,所以會出現較大的變形,這就要求鋪裝材料具有很強的協同變形能力。同路面結構相比,鋪裝層材料夏季溫度更高,冬季溫度更低,相同的氣候條件對橋面鋪裝材料的影響更苛刻。橋面鋪裝層要求材料高溫不軟化,低溫不脆斷,并保持與橋面有良好的粘結能力。

2.3 施工工藝及管理方面的原因

(1)鋪裝層混凝土澆筑厚度偏小。由于橋梁上部結構在施工中支架的沉降及預應力反拱無法十分準確預測,或由于施工工藝控制欠佳,施工中主梁頂面標高與設計值相符比較困難,一般在測量主梁頂面標高后再對橋梁進行調坡。但后期往往由于工期緊、任務重、主梁與引橋合龍時間的差異等因素,易造成鋪裝層混凝土澆筑厚度偏小,難以承受荷載的作用而產生病害。

(2)鋪裝層與梁表面粘結弱。在澆注橋面鋪裝層以前沒有將梁表面的松散碎石粒、泥污等雜物清洗干凈,沒有在梁表面鑿毛或鑿毛深度不夠,這些都大大降低了橋面鋪裝層與梁表面的粘結力,破壞了混凝土的整體性,在行車的劇烈沖擊和荷載作用下容易使橋面出現脫皮、裂縫、剝落等現象。

(3)混凝土施工工藝。對于泵送混凝土工藝,為滿足坍落度的要求,除摻外加劑外,還常采用加大水泥用量和適當加大水灰比的辦法,這兩者都是影響混凝土干縮的主要因素。橋面鋪裝的施工均采用小型攪拌機現場拌制,施工變異性大,難以保證施工質量。

(4)鋼筋網定位不正確。在綁扎鋼筋網和澆筑混凝土時,因施工人員、運輸機具的碾踏和混凝土拌合物的重量作用,導致走位沉底,削弱鋼筋網的分布作用和承受荷載的能力,特別是對于負彎矩區段的鋪裝層,橋面裂縫將不可避免。

(5)施工縫處理不當。有些施工單位在進行橋面鋪裝時隨意設置施工縫,且對施工縫的處理也不當。此外,澆注混凝土過程中出現的間歇時間過長(一般不宜超過1.0h),又沒有按規定設置施工縫,這些都嚴重影響混凝土的連續性和整體性。

(6)支架拆除工序控制不當。支架拆除的程序不當,會使橋梁結構產生較大瞬時動荷載。而這種瞬時動荷載往往大于行車荷載與結構自重荷載,導致出現過大的施工裂縫。通車后,在行車荷載作用下,這類裂縫可能進一步發展,從而造成橋面鋪裝層過早破壞。

(7)平整度差。造成橋面鋪裝平整度差的主要原因有:施工工藝不理想,施工縫有錯臺;機械性能差,參數設置不當;混凝土質量控制不好,坍落度過大;技術交底不明確,工人技能差或責任心不強;自然環境的影響等。

2.4 其它方面的原因

(1)橋面的水損害嚴重。當橋面開裂以后,雨水或者其它污水很容易進入到鋪裝層內部,破壞粘結層的粘結作用,使瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土鋪裝層脫離。由于抗水平剪切能力較低鋪裝結構很容易產生剪切破壞并發生整體的滑移,產生推移、擁包。

(2)荷載過大及沖擊影響。對于目前增長較快的重交通及超載車輛的增加,加重了橋面鋪裝層的負荷,加快了主車道鋪裝層的病害發展。并且軸重的增加形成較大的沖擊荷載,在橋面不平整或橋面伸縮縫、施工縫等有高差的地方,沖擊作用更趨明顯,造成鋪裝層特殊位置或局部的先期破壞,并促使破壞向其他部位擴展惡化。

(3)過早通車。橋面鋪裝后過早地開放交通,造成橋面在未達到設計強度、形變未穩定的情況下過早承受外來荷載的作用,造成橋面鋪裝的早期損壞。

(4)橋面鋪裝的約束。受橋梁結構的約束,承受荷載后其邊界條件與一般路面相差甚大,加之梁體的撓度、扭曲等形變的耦合作用,給鋪裝層的工作性能造成不利影響。

(5)疏于日常養護。對日常養護不重視,造成泄水管被雜物堵住,影響排水,使橋梁表面的水不能及時排除,從而滲入橋面鋪裝層并滯留在防水層的表面,導致瀝青離析、料石裸露。

(6)渠化交通。由于地區性經濟發展所需物資的不同,使進入和駛出某地的荷載差別較大,造成鋪裝層兩側病害發展及破壞程度相差較大,影響鋪裝整體使用壽命。

3 結束語

通過對橋面鋪裝的早期病害及其成因的分析,指出了今后研究的主要方向。目前的工作是加快對橋面鋪裝的進一步研究,以明確橋面鋪裝計算模型、力學特性,為今后的設計提供指導;同時還要開發適應環境的新材料,改進施工工藝,提高施工質量,從根本上解決橋面鋪裝早期損壞問題。

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責任編輯:文 月

U416.216

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1671-8275(2010)03-0040-02

2009-07-12

喬磊(1979-),男,安徽池州人,池州交通監理公司工程師。研究方向:公路工程監理。