橋面鋪裝層裂縫的機理原因和預防措施

摘要: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板結構型式密切相關，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，因此，它既是橋面保護層又是橋面結構的共同受力層，應具有足夠的強度和良好的整體性，并要有足夠的抗裂、抗沖擊、耐磨性能。本文分析了橋面鋪裝層裂縫產生的機理和橋面鋪裝病害原因，提出橋面鋪裝層修補及防治的方法，供大家參考。

關鍵詞:鋪裝層;裂縫;剛度

1 前言

橋面鋪裝層破損、開裂、麻面、翻漿和磨光不勻是公路水泥路面施工中較為常見的一種質量通病，其中橋面鋪裝層破損是損害面積最大而且危害最大的一種形式。橋面鋪裝層的修補也一直是公路施工中的一大難點，目前多采用局部或全部拆除重敷，或運用纖維材料及多種路面膠等進行修補，但都存在著工程造價高、費時及整體外觀效果不好等問題。本文分析了橋面鋪裝層裂縫產生的機理和防治措施。

2 橋面鋪裝層裂縫產生的機理

橋面鋪裝層在構造上屬于剛性結構，其結構破壞的原因受材料、溫度及施工工藝的影響。

2.1 水泥干縮裂縫

在構成橋面鋪裝的水泥混凝土中，水在水泥石中以結合水、骨料層間水、吸附水和毛吸水的形式存在，當橋面鋪裝層達到一定強度，用以作為水泥硬化所需的水分便會逐漸失去，水泥混凝土就會產生收縮現象。當收縮均勻時，一般不會產生裂縫，當水泥混凝土不均勻收縮時，橋面鋪裝便會有裂縫產生。

橋面鋪裝層的不均勻收縮主要產生于兩方面原因:一是構成水泥漿的集料對漿體的約束作用，使水泥漿體的收縮受到限制，內部處于干縮裂縫應力狀態。另一方面是由于預制板及路面的約束作用，限制了混凝土的收縮變形，迫使混凝土內部產生抵抗這種約束的應力，從而產生干縮裂縫。

2.2 溫度裂縫

水泥混凝土具有熱脹冷縮性能，橋面鋪裝層的熱脹冷縮是在相鄰的部分或整體性限制條件下產生的。由于混凝土材料的抗折強度遠較其抗壓強度小，因而當鋪裝層中產生拉伸變形時，混凝土很容易引起開裂變形。

2.3 疲勞裂縫

橋面鋪裝經常承受沖擊及振動荷載，會在混凝土內部產生材料疲勞現象，引發局部引力集中而使材料出現裂紋。在外荷載達到材料應力破壞上限時，材料內抵御應力的能力不斷減弱，最終出現材料破壞，從而不斷減少應力作用的有效面積，裂縫不斷擴大，是混凝土出現疲勞裂縫。

3 橋面鋪裝病害原因分析

3.1 構造原因

橋面板剛度不足。對于部分橋梁為了減輕恒載，以增加鋼筋用量或采用高強度鋼筋來減薄橋面板的厚度時造成橋面板剛度不足，在重荷載的作用下引起較大的變形，加上車輛的連續沖擊震動，使橋面板及鋪裝層出現開裂，且發展迅速。

鋪裝層與梁表面粘結強度較低，在橋面進行鋪裝前沒有將橋面板表面清洗干凈且鑿毛的密度和深度不夠，導致鋪裝層與梁面之間的粘結能力不足，在荷載作用下鋪裝層與主要承重構件不能以一個整體來承受外荷載，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。

橋面防水層的影響。由于防水層的強度與主板的強度有差異，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，在車輪的動力荷載以及雨雪水的侵蝕作用下，彼此間的縫隙會越來越大，直到松散脫落。

3.2 施工原因

鋪裝層厚度偏小。由于施工因素造成梁表面高出設計高程，或由于調整橋面縱橫坡、施工工藝控制欠佳等原因，施工中主梁頂面標高與設計值相差較大，造成橋面鋪裝層厚度不均，使橋面鋪裝層局部過薄，削弱了橋面鋪裝的剛度和承載能力。

鋪裝層內鋼筋網錯位。鋼筋網在進行綁扎和澆注混凝土時，受到施工人員、機械和混凝土自重的壓力，導致其緊貼橋面板而改變了原設計鋼筋位置，削弱了鋼筋網的分布筋作用承受荷載的能力，容易因此出現橋面裂縫等損壞現象。

混凝土的溫縮和干縮作用。由于混凝土硬化初期抗拉強度低，若溫縮或干縮產生的拉應力超過其抗拉強度，將導致混凝土內部及表面產生早期裂縫，造成橋面的過早損壞。

是混凝土質量的影響。混凝土的施工質量直接影響橋面鋪裝層的使用壽命。混凝土的原材料、級配，拌合物的和易性較差或施工控制不良造成混凝土蜂窩，局部過振或欠振，強度降低等缺陷。這些缺陷破壞了鋪裝層的整體性，降低了鋪裝層抗裂、抗沖擊、抗彎曲的能力。使鋪裝層建成后經過短期荷載作用容易發生混凝土的破壞。

3.3 外界環境的影響

是荷載過大及沖擊影響。對于目前增長較快的重載交通及超載，加重了橋面鋪裝層的負荷，并且軸重的增加形成較大的沖擊荷載。在路面不平整或橋面伸縮縫、施工縫位置，沖擊作用更為明顯，造成橋面鋪裝層特殊位置或局部先期破壞，并促使破壞向其他部位擴展惡化。

是交通組織的影響。在公路交通組織管理中，由于車道的功能劃分，使橋梁結構運營始終處于偏載狀態，加快了主車道鋪裝層的疲勞，使主車道鋪裝層容易發生各種病害并以較快的速度發展。

4 裂縫解決方法

4.1 確保橋面鋪裝層厚度

橋面鋪裝層設計與普通混凝土路面設計基本一樣，但由于其是在剛性預制板上澆筑的混凝土，受力情況發生了很大變化，使得橋面鋪裝層裂縫，產生的原因較為復雜，根據裂縫產生的原因分為干縮裂縫、溫度裂縫和疲勞裂縫，對裂縫產生的影響因素主要有厚度、外摻料、集料、層間粘結狀況及養護等。

施工中，由于梁體的拱度，梁頂面并不是一個理想的平面，致使橋面鋪裝層混凝土厚度不均，因此，設計時應考慮，滿足規范要求的結構最小厚度，在施工時嚴格控制預應力梁的存放時間，超出規范要求存放時間的應采取預壓措施，從而保證梁體拱度的均勻性，減少鋪裝層厚度差異。

4.2 施工中的幾項措施

橋面鋪裝層能否鋪好，最為關鍵的是新老混凝土面能否粘結好，在進行橋面鋪裝層施工中應著重作好以下幾點工作:

根據理論分析可知，提高層間接觸程度可以顯著提高結構層的疲勞壽命，在施工中盡可能采取措施，保證各層粘結良好，避免滑動，橋面鋪裝前，應先鑿除梁體表面浮漿，使表面粗糙，成齒形，且均勻，此外，還需將鑿后的混凝土松散粒，砂石泥土等清除干凈，有利于層間粘結牢固，可采用以下措施:① 在鑿毛的清除干凈的表面涂抹一薄層膠結劑;②加設新舊混凝土之間聯系鋼筋。

原材料質量要好。粗骨料最大粒徑應不大于20mm，粗骨料的含量在混凝土中的體積含量高，能減少混凝土的收縮，骨料彈性模量熱膨脹系數對混凝土干縮也有影響，骨料彈性模量高，使混凝土的干縮和徐變就會受阻。

設置定位鋼筋及保證鋼筋保護層厚度。橋面鋪裝層的鋼筋網在施工中常用混凝土墊塊定位，而墊塊易走位而失去定位作用。在現場可參與定位鋼筋，如 Φ1O或Φ12鋼筋，長度約6～12cm，雙向間距約75cm，定位鋼筋一端與鋼筋焊接，另一端豎立支撐于梁面上，對鋼筋網實行多點支撐。同時，施工時，應盡量避免人和機具在鋼筋網上碾壓，以防鋼筋網出現大的變形。

確保養護期。混凝土干縮裂縫屬于早期裂縫，它的產生在很大程度上是由于養護不當造成的，因此要注意施工期間的養護，保持一定的濕度。

適當使用外摻料。根據工程具體情況，適當參與外摻料，如:①粉煤灰，可降低混凝土水化熱，降低混凝土出現拉應力的起始點溫度，減少混凝土降至環境溫度的溫差，防止溫度裂縫的產生。②鋼纖維，在混凝土中加入體積摻量為1.2%～2% 鋼纖維，可以在混凝土中形成亂向分布的網狀結構，從而控制混凝土干縮。③外加劑，適當的加入膨脹劑和引氣劑對于提高混凝土抗干縮和抗折強度也具有一定的明顯作用。

結束語

鋪裝層裂縫產生的原因分為干縮裂縫、溫度裂縫和疲勞裂縫。鋪裝層處于四周及預制板的限制作用下而自由收縮，以及鋪裝層存在溫度梯度是鋪裝層產生裂縫的主要原因。高溫條件下，根據不同的溫度梯度保持一定的溫度可防止干縮裂縫的出現。橋面鋪裝層與預制板的粘結，影響重復荷載作用下的裂縫產生，粘結越牢，鋪裝層使用壽命越長。加鋪裝層在預制板上涂抹聚合物與水泥漿的粘結劑，可以預防裂縫的產生，并可以提高鋪裝層的使用壽命。