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沥青混凝土桥面铺装病害原因分析

知识详细介绍:

摘要: 本文结合作者多年桥梁施工管理的实际经验,针对目前普遍存在的沥青商品混凝土桥面铺装的早期病害及其原因进行了分析与研究,并由此提出了自己的一些看法与见解,谨供大家作参考之用。

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关键词: 桥面铺装;沥青商品混凝土;病害;施工

 

一、前言

 

桥面铺装的主要作用是分散车轮荷载、保护桥面板及主梁、防止商品混凝土及钢筋的腐蚀、提高行车的舒适度。长期以来桥面铺装一直因为是桥梁的附属工程而得不到人们的重视,但是随着一些桥梁特别是大型桥梁桥面铺装的损坏,桥面铺装的质量问题越来越多地受到广大工程界的关注。桥面铺装层一旦破坏,雨水会沿桥面铺装层的裂缝渗入桥面板,削弱桥面板和桥面铺装层的联系,在荷载作用下桥面铺装层和桥面板间容易发生脱离,同时雨水的渗入加快了桥面板钢筋的锈蚀。其结果是影响桥梁的使用功能,降低桥梁的使用寿命,影响桥梁的美观,以致改变桥梁的受力状态。桥面铺装的早期损坏已成为影响高速公路使用功能及诱发交通事故的一大病害。

 

二、病害综合分析

 

2.1设计方面

2.1.1桥梁承载力低

设计计算中侧重于主梁纵向的计算分析,对桥梁横向刚度重视不够,横向构造措施不利使桥面铺装分担了过多的次内力。对国内2O世纪8O年代所建的整体式钢筋商品混凝土板桥进行了抽查调查,所调查的桥梁结构大多位于二、三级公路上,由调查可知,整体钢筋商品混凝土板桥中分布钢筋的面积与主筋的面积之比小于15。通过有限元分析计算,按纵、横向弯矩综合确定,单列行驶时加重车的单轴限重166.81kN,双列行驶时加重车的单轴限重127.6kN;若只考虑纵向弯矩,单列行驶时加重车的单轴限重166.81kN,双列行驶时加重车的单轴限重140.80kN;由此得出:对于宽跨比大于1的整体式钢筋商品混凝土板桥,仅考虑横向分布钢筋取纵向主筋的15%是不能满足承载力要求的,应对横向内力进行详细计算,以确定横向筋的数量。通过交通量调查发现:荷载为20 t以下的车辆数占33.9%,超载车辆占66.1%,桥面板承载能力严重不足,导致桥面铺装严重损坏。

2.1.2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,这种桥面板由于刚度不够,桥面铺装损坏的原因主要是因为桥梁静挠度值偏大。当汽车荷载通过时,上部结构下挠度较大,而桥面铺装商品混凝土的受力情况与复合材料组合梁类似,在不同材料的结合面上产生较大剪切力。当受超载车作用时,由于结合界面的剪切力较大,对桥面铺装与主结构的层间粘合产生不利影响。在超重车辆长期反复作用下,桥面铺装会出现局部开裂、坑槽、唧浆现象。

2.1.3桥梁结构形式

桥梁结构的受力模式影响应力的分布,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,即假设铺装层不参与承受荷载,虽然这种设计方法增大了梁体和桥面板设计的安全度,但对于外悬桥面板、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,由于荷载的作用使桥面铺装层受到了弯曲拉力的作用,桥面板铺装层在拉力作用下容易产生裂缝。为此,在水泥商品混凝土桥面铺装层内应增设抵抗负弯矩的拉力钢筋,以防止桥面在此开裂破坏。

在重交通线路上的公路大桥尽量不要采用简支梁结构,以减小车辆荷载作用下的跨中弯矩和汽车引起的桥面振动,提高桥梁的受力性能。

2.1.4铺装层厚度

桥梁结构理论分析对桥面铺装层的计算分析论述很少,现行规范中只给定了厚度的推荐值,工程界一直运用了几十年。近几年来,随着交通量及重型车辆的增加,过薄的桥面铺装层已不适应发展的需要。尤其是伸缩缝及桥头附近的桥面铺装层受荷载冲击较大,这些地方更需保证商品混凝土铺装层的厚度,必要时还需配置加强钢筋。

2.1.4防水层

在桥梁设计规范中规定:钢筋商品混凝土桥面板与铺装层之间是否要设置防水层,应视当地的气温、雨量、桥梁结构和桥面铺装的形式等具体情况而定。防水性水泥商品混凝土和沥青商品混凝土铺装层下可不设防水层,但在主梁受负弯矩作用处应设置防水层。

2.2施工方面

2.2.1铺装层与梁表面粘结弱

在桥面进行铺装前没有将结合表面清洗干净,凿毛的密度和深度不够,再加上商品混凝土的原材料质量低、砂率过大、水灰比控制不好、砂石级配差、商品混凝土拌和物和易性差以及施工时漏振、模板漏浆等造成商品混凝土中出现蜂窝、麻面、强度降低等缺陷,导致铺装层与梁面之间的粘结能力不足,在荷载作用下铺装层与主要承重构件不能以一个整体结构来承受外荷载,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。

2.2.2施工时防水层、桥面铺装商品混凝土上若留有浮浆,将导致沥青商品混凝土与防水商品混凝土结合不好。如果桥梁为空心板结构,整体刚度小;板桥桥面铺装也参与部分受力;板的刚度、商品混凝土铺装层刚度和沥青面层刚度均存在差异,在车辆荷载作用下,受力不同、产生的变形也不同,而又有层间牵连作用,导致沥青面层内部受力。在这样的重复荷载作用下沥青面层产生拉、压应力及剪应力,从而出现裂缝,裂缝一般先出现在层中,然后逐渐扩散到表面。

2.2.3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。随着高密度重交通以及超载车辆的增加,加重了桥面铺装层的负荷,并且轮荷载的大型化会产生大的冲击,而在路面不平整或桥面伸缩等有高差的地方,冲击则更大。此外,浇注商品混凝土过程中出现的间歇时间太长(超过了水泥的初凝时间),又没有按规定设置施工缝。这些都严重地影响商品混凝土的连续性和整体性。

2.2.4没有设置定位钢筋

施工过程中,进行钢筋网绑扎和浇注商品混凝土时,由于人或机具的踩踏和商品混凝土拌和物的自重压力等原因导致桥面钢筋层内的钢筋网走位,削弱了钢筋网的分布筋作用和承受荷载的能力,尤其对于出现负弯矩的桥面铺装层,容易出现桥面裂缝等病害。

2.2.5商品混凝土养生不当

铺装后洒水不及时或湿度不够,商品混凝土桥面水分蒸发会出现坑槽。

2.2.6施工水平差

由于施工因素造成梁表面高出设计标高,或由于整体桥面纵横坡、施工工艺控制欠佳等原因,施工中主梁顶面标高与设计值相差较大,使桥面铺装层局部过薄,削弱了桥面铺装层的刚度和承载能力,这也是桥面早期损坏的原因之一。

2.2.7商品混凝土施工工艺

对于泵送商品混凝土工艺,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,这两者都是影响商品混凝土干缩的主要因素。由于商品混凝土硬化后的抗拉强度小,若干缩和冷缩产生的拉应力超过其抗拉强度,则将导致商品混凝土内部及表面产生早期裂缝,造成桥面过早损坏。

2.3材料方面

2.3.1沥青商品混凝土质量的影响

若沥青用量太多、集料级配不良以及软化点太低,则会出现泛油,车辆过桥时粘轮,安全性降低;油量太少或压实不足,行驶车辆后铺装层表面细集料松散、脱离,表面出现锯齿状的粗糙状态,铺装层表面松散、露骨; 沥青易老化,出现裂缝,疲劳耐久性能差;沥青面层与基层粘结力弱,普通沥青商品混凝土的热稳定性差,易产生车辙、拥包等病害。

2.3.2水泥商品混凝土质量的影响

集料抗磨性差,行驶车轮形成平滑状态;主梁顶面与桥面水泥商品混凝土铺装层间粘结不好,将铺装层与主梁分为两个独立主体,变形不一致,形成空隙。

2.3.3防水材料的质量影响

防水层抗剪能力差,在车辆荷载作用下易开裂;沥青胶结材料与基层粘结不良,温度过高或过低,局部空气未排除等而空鼓,形成漏水通道,使防水层不能起到防水作用,造成钢筋的锈蚀。

2.4其他方面

2.4.1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,从而渗入沥青商品混凝土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。

2.4.2荷载过大及冲击影响

对于目前增长较快的重交通及超载、改装违章车辆的增加,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、施工预留缝等有高差的地方,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。

 

三、结语

 

桥面铺装层虽然在桥梁中所占的体积并不大,但它对交通的影响是非常大的,针对沥青商品混凝土桥桥面铺装产生早期病害的原因在设计和施工中采取相应措施,积极开发满足桥面铺装受力特征的新材料,从根本上解决桥面铺装损坏问题,在一定程度上是可以延长桥面铺装层的使用寿命。

 

 
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