淺析橋面鋪裝病害的產生及預防措施

楊 東

隨著國民經濟的迅猛發展,交通量迅速增長,而且行駛車輛也向大型化、重載化發展,同時交通發展面臨新的歷史機遇,山西省2009年～2011年間,預計高速公路建設規模3 180 km,項目總投資2 000億元,如何保證交通事業的良性發展,避免公路建設中出現質量問題,特別是橋梁建設質量是擺在交通人面前的重要課題。

現代公路運輸的發展趨勢是行車速度高、載重量大、車流量大。橋梁經受的沖擊力、荷載疲勞程度及應力超過頻率不斷提高,橋面鋪裝層損壞較為嚴重。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形式密切相關。一方面可分散荷載并參與橋面板的受力;另一方面起連接各主梁共同受力的作用。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,并具有足夠的抗裂、抗沖擊、耐磨性能。目前橋面設計以瀝青混凝土面層與水泥混凝土面層為主,瀝青路面容易產生車轍、推移、壅包、泛油、松散、唧漿、網裂、龜裂、坑洞等破壞現象,而水泥混凝土路面輕則表面磨損、露石、脫皮,重則易形成局部坑槽、角隅破壞、縱橫縫兩側啃邊、縱向裂縫等,嚴重影響到行車安全和舒適度。

1 橋面病害原因分析

1.1 設計因素

1)隨著高等級公路大跨橋梁的跨度越來越長、橫向越來越寬,材料工業也迅猛發展,橋梁承重結構逐步改進,橋梁主梁以較柔的結構即可滿足承載力的要求,而設計計算中仍側重于主梁縱向的計算分析,對橋梁橫向剛度重視不足,橫向構造措施不足使橋面鋪裝分擔了過多的次內力,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,加快了橋面破壞。2)在對高速公路進行交通組織管理中,由于車道功能的不同,人為強制地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高得多的運營應力水平,加快了主車道鋪裝層的疲勞。特別是隨著經濟規模的發展,貨運業主為追求短期經濟利益,通過改變車廂結構使汽車的載重、軸重及輪載成倍增加。3)配筋率不足或鋼筋型號選擇不當造成鋼筋握裹力不足,橋面鋪裝層難以抵抗外力作用下的應力應變而出現裂縫。該裂縫一般發生在完工后或通車受力初期,形式以縱向裂縫為主,具有一定的規律性。4)梁板的彈性變形計算接近規定值,相對來說剛度不足,在汽車荷載作用下彈性變形較大,容易受力開裂。

1.2 自然因素

施工期間氣溫過高或過低、天氣濕度過小、風速過大等均可造成混凝土失水過大過快,混凝土表面收縮大,容易產生龜裂。混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和碳化收縮等。

1.3 施工因素

1)由于梁頂清理不干凈,造成鋪裝層與主梁結合欠佳。2)由于橋梁上部結構在施工中支架的沉降及預測預應力反拱不準確,或由于施工工藝控制欠佳,導致施工中主梁頂面標高與設計值不符,造成鋪裝層厚度不均,使有的地方厚度偏小。3)由于管理不善,在未到養生期,混凝土強度沒達到設計強度的情況下,通車或在其上面使用施工機械。4)在澆筑混凝土過程中,施工人員振搗不充分或者出現漏振現象,混凝土凝結以后出現較大的空隙。5)鋪裝混凝土終凝后,養生不及時,水泥不能充分水化,混凝土強度達不到設計要求,在汽車荷載作用下產生裂縫。6)瀝青混合料配比不當、瀝青老化、施工碾壓遍數不足等原因造成外部自由水進入無法排出,水滲入到瀝青面層內部或水泥混凝土橋面與瀝青面層的界面之間,在行車荷載及溫度變化下產生水損害,經行車碾壓把水漿擠出即形成唧漿,或在車輛荷載下變成動力水,動水壓力使瀝青和石料脫離造成網裂、剝落、松散、坑洞。另外,由于瀝青混凝土與防水混凝土之間存在水通道,在重載以及高速行駛的車輛作用下,瀝青混合料結構發生擠壓,進而導致水分攜帶粉料遷移的現象,日久形成壅包。

1.4 橋面防水層的影響

由于柔性防水層的強度與水泥混凝土鋪裝層、瀝青混凝土鋪裝層的強度有差異,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瀝青混凝土鋪裝層底部的拉應力。處于防水層上的瀝青混凝土鋪裝層一經開裂,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。另外,在使用過程中,地表水和泥土的下滲會使瀝青混凝土同防水混凝土間的粘結強度降低,特別是在夏季烈日暴曬,冬季凍融循環,以及行車荷載的長期作用下,使橋面結構與主要承重構件不能以一個整體來承受外荷載,破壞了瀝青混凝土和橋梁承重構件的整體性,在行車的沖擊和荷載作用下出現脫皮、剝落等現象。

2 橋面病害預防措施

1)設計計算中應加強橋梁橫向剛度計算,增加橫向構造措施。如設計中對于20 m～25 m梁橋可通過增加跨中橫梁,25 m以上梁橋增加1/4,3/4跨橫隔板等措施提高橋梁橫向剛度。2)加強OD調查,區分輕重車道、行車道與超車道,根據運營中車輛荷載的實際分布情況,在明確橋梁結構受力的基礎上,對橋面鋪裝層進行受力計算。根據車道功能不同,路面結構采用分向分段設計,細化主車道的設計。3)橋面鋪裝的瀝青混凝土鋪裝層應滿足與混凝土橋面的粘結,防止滲水、抗滑及有較高抵抗振動變形能力等功能性要求。4)鋪裝層厚度應大于10 cm,鋼筋網宜采用雙層布設形式,鋼筋直徑以不小于8 mm～12 mm為宜,并以螺紋HRB335級鋼筋為主,還可摻入鋼纖維以減少橋面裂縫,提高混凝土的抗拉強度及由主拉應力控制的抗彎強度、抗剪強度,阻礙混凝土內部微裂縫和宏觀裂縫的發生與發展,彌補混凝土的不足。如圖1所示為某項目橋面鋪裝剖面圖。5)在梁板滿足荷載要求、工程費用和施工難易程度許可的前提下,盡量增大截面尺寸,或者選擇合理的截面形狀,減小彈性變形,進而防止橋面鋪裝混凝土產生裂縫。6)加強施工工藝、施工時間、施工質量的控制。a.選用收縮量較小的水泥,一般采用中低熱水泥和粉煤灰水泥,降低水泥的用量。b.嚴格控制混凝土攪拌和施工中的配合比,控制好水灰比,保證混凝土拌合物有較好的工作性和塑性保持時間,采取各種措施防止混凝土表面水分的過快喪失。c.橋面鋪裝混凝土應選擇在氣溫相對較低,天氣濕度較大,風速較小的時間澆筑,以防止水分蒸發過快,待收漿后再予以覆蓋和灑水養生。d.加強管理,杜絕在混凝土未達到設計強度的情況下通車,改善施工方法,避免在鋪裝層上使用施工機械。7)防水層要滿足良好的不透水性能及良好的耐高溫和耐低溫性能,與混凝土橋面和瀝青面層要有足夠的粘結力,面層碾壓后應無破損現象,耐久性應不低于面層設計壽命,施工簡單、快捷。

3 結語

針對當前工程質量要求嚴、標準高、造價低、工期緊的特點,及時總結病害的發生機理,加強病害處治方案研究及評價,研制出適應橋面破壞機理的新材料、新工藝、新技術,糾正和預防同類質量問題的發生,不僅是設計人員的責任,也是施工人員的責任和義務。

[1]聶承凱.GTM在重載交通瀝青路面設計中的應用[J].山西交通科技,2004(2):8-9.

[2]廖森榮.橋面砼鋪裝層裂縫的產生原因及防治措施[J].中山大學學報論叢,2002(10):89-90.

[3]王鈞利.鋼纖維混凝土橋面抗裂性能及設計和施工技術[J].公路,2006(4):47-48.

[4]滿旭飛.淺析混凝土橋面鋪裝產生裂縫的原因及防范措施[J].北方交通,2009(10):21-22.

[5]楊 強.對瀝青混凝土橋面的病害分析及設計方法的研究[J].中國新技術新產品,2008(7):65-66.

[6]黃萬元.談提高橋面水泥混凝土鋪裝層質量的技術措施[J].山西建筑,2009,35(36):333-334.