混凝土橋梁橋面鋪裝病害分析

韓善偉 (中設設計集團股份有限公司江蘇南京210024)

0 引言

在中國高速公路目前的規(guī)劃和設計中，橋梁所占比例越來越高，而混凝土橋梁又在其中占據(jù)了相當大的比例。混凝土橋梁具有技術成熟，造價低廉，結(jié)構(gòu)形式多樣等特點，但其在運行過程中也會出現(xiàn)諸如橋面鋪裝開裂等問題[1]，降低了混凝土橋梁的耐久性和安全性，提高了管理養(yǎng)護成本[2,3]。針對這一情況，開展了混凝土橋面鋪裝修筑技術研究，以優(yōu)化混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的設計、提高橋面鋪裝層的耐久性。

1 橋面鋪裝病害歸類

混凝土橋面鋪裝的病害類型與橋梁結(jié)構(gòu)形式有關，混凝土箱梁的橫隔板以及混凝土T梁的加勁肋等構(gòu)件均會對橋面鋪裝的受力狀態(tài)產(chǎn)生影響，因此混凝土橋面鋪裝的受力特點和傳力機理較為復雜。根據(jù)對既有混凝土橋梁橋面鋪裝的病害統(tǒng)計結(jié)果，其病害類型主要可分為開裂（包括縱橫向裂縫和斜裂縫），表面變形，表面破損以及表面缺陷四大類。則對這四類橋面鋪裝病害進行一一闡述。

混凝土橋面鋪裝開裂是橋面鋪裝病害中最為常見的一種病害形式，其又可細分為受拉區(qū)開裂、疲勞網(wǎng)狀裂紋以及對接裂縫等。由于混凝土的抗拉強度較小，在超靜定混凝土橋梁的負彎矩區(qū)段，其混凝土橋面板由于預應力損失或正彎矩下?lián)线^大等原因?qū)е仑搹澗貐^(qū)橋面鋪裝拉應力超限而產(chǎn)生裂縫，如圖1所示?；炷翗蛎驿佈b作為直接承受車輛局部輪載的結(jié)構(gòu)，其在荷載的反復作用下還可能產(chǎn)生疲勞裂縫，這種裂縫寬度較小且呈網(wǎng)狀分布如圖2所示?；炷翗蛎驿佈b病害按成因還可分為滑移裂縫、龜裂及不規(guī)則裂縫、疲勞裂縫、負彎矩導致的裂縫和溫度變化引起的裂縫等。

圖1 橫向開裂

圖2 網(wǎng)狀裂縫

表面變形。由于渠化交通的影響，混凝土橋面鋪裝在承受活載作用時會產(chǎn)生微小的變形，而這種變形進行累積之后則可能產(chǎn)生車轍，如圖3所示。若此時未對混凝土橋面鋪裝采取養(yǎng)護措施，則可能進一步發(fā)展形成橫向的推移變形，如圖4所示。這兩種病害是鋪裝層變形病害的主要表現(xiàn)形式，其中車轍變形可能發(fā)生的時間較早，而推移變形病害的產(chǎn)生則說明混凝土橋面鋪裝病害已經(jīng)達到了較為嚴重地步。

圖3 橋面鋪裝出現(xiàn)車轍

圖4 通車兩年后鋪裝層出現(xiàn)的推移

混凝土橋面鋪裝表面破損主要包括坑槽和補坑兩種病害形式。在混凝土鋪裝層在施工時發(fā)生骨料離析或者攤鋪厚度不均勻時，容易引起坑槽破壞，如圖5所示。而補坑破壞則出現(xiàn)于對鋪裝層進行修復后的補塊邊緣，由于修復后的材料與鋪裝施工時的材料力學性能存在差異，難以形成一個結(jié)構(gòu)整體共同受力因此會產(chǎn)生補坑的二次病害，如圖6所示。

圖5 鋪裝層上的坑槽破壞

圖6 鋪裝層的補塊邊緣出現(xiàn)新的坑槽破壞

混凝土橋梁表面缺陷病害主要產(chǎn)生在瀝青混凝土橋面鋪裝層中，其由于施工缺陷以及材料特點可能產(chǎn)生松散病害，如圖7、8所示。這是由于在鋪裝層以及靠近橋梁邊緣處施工碾壓不足造成的，這類病害對混凝土橋梁的影響較小，但也應在發(fā)現(xiàn)后及時進行處理。

圖7 鋪裝層結(jié)構(gòu)縫處未壓實部分

圖8 鋪裝層邊緣未壓實部分

2 橋面鋪裝設計原則

根據(jù)上述分析，導致混凝土橋梁鋪裝層產(chǎn)生病害的原因多樣，需要具有針對性的具體分析，橋面鋪裝的防水性能、粘結(jié)性能以及結(jié)構(gòu)設計的合理性對鋪裝層結(jié)構(gòu)的耐久性影響顯著。因此在進行橋面鋪裝設計時，應遵循如下原則，以抑制橋面鋪裝病害的產(chǎn)生，提高其耐久性：

2.1防水長效

橋面鋪裝在破損后極易受到雨水的侵蝕后發(fā)生進一步的損壞，因此橋面鋪裝的防水性至關重要?？赏ㄟ^鋪設防水層提高橋面鋪裝的防水性能，而防水層不單單和橋面鋪裝一同承受車輛荷載的反復作用，同時還會受到動水壓力的作用，這就要求橋面鋪裝防水層能夠在長期的荷載作用下兼具防水性和耐久性，這樣才能有效的對橋梁鋪裝結(jié)構(gòu)提供可靠的防護作用。

2.2粘結(jié)牢固

橋面鋪裝結(jié)構(gòu)仍然可細分為磨耗層，防水層，結(jié)構(gòu)層等多層結(jié)構(gòu)。既有研究表明橋面鋪裝層間粘結(jié)失效是導致鋪裝層產(chǎn)生病害的主要原因之一。層間粘結(jié)失效后首先可能發(fā)生鋪裝層的推移和擁包病害，其次在結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形之后受力狀態(tài)也發(fā)生改變，車轍，開裂等病害也會隨之發(fā)生，因此橋面鋪裝結(jié)構(gòu)必須保證橋面板與鋪裝層間粘結(jié)力的可靠性，避免或減緩各種鋪裝層病害的發(fā)生。

2.3結(jié)構(gòu)合理

雖然橋面鋪裝層病害主要發(fā)生于具有較長的服役期橋梁上，但其根本原因仍在于力學方面。橋面鋪裝層本身的抗力不足是其在偏離合力的設計受力狀態(tài)后立即產(chǎn)生病害的直接原因。良好的橋面鋪裝層設計不僅應具有合適的材料強度安全儲備，還能保證鋪裝層在荷載長期作用下能夠適應整個橋梁結(jié)構(gòu)的受力和變形。因此，在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設計時，選擇合理的鋪裝結(jié)構(gòu)，能夠在很大程度上降低結(jié)構(gòu)體系內(nèi)的應力影響，從而有效減少鋪裝層病害發(fā)生的幾率。

3 結(jié)語

采用現(xiàn)場實地調(diào)研的方式對混凝土橋面鋪裝病害進行了分析，將其分為裂縫、表面變形、表面破損和表面缺陷4類，并針對其各自特點進行了研究。在此基礎之上提出了針對混凝土橋面鋪裝的防水長效，粘結(jié)牢固和結(jié)構(gòu)合理3個設計原則，為提升我國混凝土橋面鋪裝修筑技術和工程質(zhì)量提供了參考和依據(jù)。