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1、摘要 本文对沥青混凝土桥面铺装的早期病害及其原因进行了分析与研究,在提出桥面铺装的病害分析后研究沥青混凝土桥面的本质，再结合病害分析和混凝土桥面的本质，提出桥面铺装的早期病害和对早期病害的防治措施。关键词：沥青混凝土；桥面铺装；早期病害；原因分析；理论分析授人以渔能力为本第一章 绪 论 1.1概述 近年来，国内外经济高速发展，发展中必不可少的就是交通，陆运是交通中的一大类。现社会科技高速发展，其中一项就是桥梁。有的桥梁有些是公路有些是铁路。近年来我国公路桥梁建设快速发展，桥梁结构不断创新，跨海桥梁已经很普遍，但桥面铺装的设计与施工还是沿用传统的习惯做法，在进行桥梁结构设计时对桥面铺装层一般不作
2、专门的计算分析，随着交通量和重型车辆的增加，桥梁铺装问题普遍。这不仅妨碍交通，影响了桥面的美观，更易造成交通事故，也给维修工作带来了很大的困难。近年来，人们对于桥面铺装问题造成的直接和间接地经济损失给予了足够的重视，桥面铺装的早期损坏已成为影响高速公路使用功能的发挥和诱发交通事故的一大病害。第二章 病害综合分析2.1破坏形式 1.沥青混凝土桥面铺装与正常路面和水泥混凝土桥面铺装相比较，损坏形式还是有所不同的。主要有：因温度变化并伴随桥面面板或梁结构的大绕度而产生的缝隙，在车辆荷载及渗入水的作用下产生面层松散和坑槽破坏。国外在桥面铺装中广泛应用了防水层，随着交通量的增加，出现了一些新的问题，面层
3、的早期破坏，开裂，坑槽，防水层与面层和桥面粘结强度不足而产生推移等病害。我国部分地区桥面防水层也出现了相同的病害，设防水层的水泥混凝土桥面。沥青混凝土铺装在行车荷载作用下的破坏形式一般为剪切破坏，常表现拥包和推移现象。剪切破坏有两种情况：一是桥面钢筋混凝土模量远大于沥青混凝土和防水层的模量，又沥青混凝土层厚度较薄，沥青层内产生较大的剪应力而引起的无确定破坏面的剪切变形；二是防水层与沥青混凝土面层和桥面间粘结力不足而产生剪切破坏。因此，剪切破坏是设防水层的水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装损坏的主要原因，故在实际设计中应基于两种形式的剪切破坏分别加以计算分析。 2.欧美自20世纪70年代以来在桥面铺装
4、中广泛使用防水层，随着交通量的增加，出现了一些新问题，如面层的早期破损、开裂、坑槽、防水层与面层和桥面粘结强度不足而产生推移等病害。近年来，在我国的部分地区如北京、天津等地的桥面防水层也出现了相应的病害。 3.设防水层的水泥混凝土桥桥面沥青混凝土铺装在行车荷载作用下的破坏形式一般为剪切破坏，常表现为拥包和推移现象。剪切破坏有两种情况：一是桥面钢筋混凝土模量远大于沥青混凝土和防水层的模量，加之沥青混凝土层厚度较薄，沥青层内产生较大的剪应力而引起的无确定破坏面的剪切变形；二是防水层与沥青混凝土面层和桥面层间粘结力不足而发生剪切破坏。因此，剪切破坏是设防水层的水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装损坏的主要原
5、因，故在实际设计中应基于两种形式的剪切破坏分别加以计算分析。2.2 设计方面2.2.1 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
6、重140.80kN;由此得出:对于宽跨比大于1的整体式钢筋混凝土板桥,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。2.2.2 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
7、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。2.2.3 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,在水泥混凝土桥面铺装层内应增设抵抗负弯矩的拉力钢
8、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。2.2.4 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,这些地方更需保证混凝土铺装层的厚度,必要时还需配置加强钢筋。2.2.5 防水层 在桥梁设计规范中规定:钢筋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
9、情况而定。防水性水泥混凝土和沥青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。2.3 施工方面2.3.1 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、混凝土拌和物和易性差以及施工时漏振、模板漏浆等造成混凝土中出现蜂窝、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。2.3.2 施工时防水层 施工防水层时桥面铺装混凝土上若留有浮浆,将导致
10、沥青混凝土与防水混凝土结合不好。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、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。2.3.3 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,浇注混凝土
11、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。这些都严重地影响混凝土的连续性和整体性。2.3.4 没有设置定位钢筋施工过程中,进行钢筋网绑扎和浇注混凝土时,由于人或机具的踩踏和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2.3.5 混凝土养生不当铺装后洒水不及时或湿度不够,混凝土桥面水分蒸发会出现坑槽。2.3.6 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
12、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。2.3.7 混凝土施工工艺对于泵送混凝土工艺,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,这两者都是影响混凝土干缩的主要因素。由于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,则将导致混凝土内部及表面产生早期裂缝,造成桥面过早损坏。2.4 材料方面2.4.1沥青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
13、老化,出现裂缝,疲劳耐久性能差;沥青面层与基层粘结力弱,普通沥青混凝土的热稳定性差,易产生车辙、拥包等病害。2.4.2 水泥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。2.4.3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。2.5 其他方面2.5.1 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,从而渗入沥青混凝
14、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。2.5.2 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。2.6 施工工艺 铺装层厚度偏小。由于桥梁上部结构在施工中支架的沉降及预应力反拱无法十分准确地预测,或由于施工工艺控制欠佳,施工中主梁顶面标高与设计值相符是比较困难的,一般在测量主梁顶面标高后对其进行调整以保证桥面的厚度。如果调整不好,
15、就会造成铺装层厚度不均,使有的地方厚度偏小。梁顶清理不利,造成铺装层与主梁结合欠佳。2.7 桥面铺装的约束条件桥面铺装受桥梁结构的约束,受荷后其边界条件与一般路面相差甚大,加之梁体的挠度、扭曲等形变的耦合作用,给铺装层的工作性能造成不利影响。第三章 沥青混凝土桥面1. 铺装在大中型水泥混凝土桥中，桥面铺装的沥青混凝土铺装层应满足与混凝土桥面的粘结，防止渗水、抗滑及有较高抵抗振动变形能力等功能性要求。然而在实际运营使用过程中，桥面沥青混凝土开裂脱落却往往成为桥面铺装的主要病害，主要由于： （1）设计上先天不足。沥青混凝土铺装层厚度宜为410cm，同时必须保证不能渗水，高等级公路上的沥青混凝土铺装层应厚一些，而有的沥青混凝土铺装层设计时厚度严重不足，或为保证路面设计标高而擅自降低沥青混凝土铺装层厚度，但沥青混凝土的配比却未做相应的调整，致使铺装层的抗振变形能力减弱，造成了面层开裂脱落。 （2）沥青混凝土铺装层漏水，在沥青混凝土与水泥混凝土中间形成一层水膜，在车辆荷载的反复作用下，两层分离，产生龟裂，造成脱落。 （3）粘层油未渗入到混凝土面层中，未起到粘结作用。 （4）压实度不够。施工时未按规范要求进行碾压，沥青
