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[摘要]目前,在公路桥梁中,桥面行车道铺装一般采用水泥混凝土,公路的大中桥桥面多采用水泥混凝土和沥青混凝土双结构层铺装,由于桥面铺装在我国尚缺乏较成功的经验,再加上施工工艺上的不足,使得桥面铺装在施工过程中常出现一些病害问题。本文就其中较普遍的问题进行分析,并结合自身的工经验探讨一些行之有效的预防改进措施。
[关键词]公路桥面;铺装工艺;路层裂缝;破坏原因;解决措施
一、桥面铺装层裂缝的表现形式
桥面铺装层是桥梁工程重要的组成部分,是车辆荷载直接作用的部分,其质量的好坏直接影响行车安全性和舒适性。混凝土铺装层的另一病害是铺装层裂缝。该病害的典型表现为:纵横角部约45度的斜裂、纵向施工缝的啃边以及纵裂等。主要有以下几种类型:(1)沿板(梁)接缝纵向开裂。中小跨径的板(梁)桥面铺装的裂缝以纵桥向板缝处的开裂最为严重,裂缝宽可达1~5mm。其危害在于极大地削弱了桥梁的横向刚度,使得荷载分布不均匀,严重时造成单板受,同样的荷载等级,单板承受的最大活荷载增加40%~70%,导致桥梁整体承载能力严重下降。此外,因桥面开裂而雨水下渗,导致主梁受腐蚀,降低结构的耐久性。(2)桥面铺装层横桥向开裂。桥面铺装层的横向开裂类似刚性路面的“断板”,主要发生在铺装层伸缩缝1~2m范围内,以距伸缩缝20~50cm发生一道为多,几乎位于主梁支座中心处;对于跨径较大的梁桥,跨中部位也有发生横向开裂的现象。铺装层发生横向开裂后,一般经过5~8年的运营,在不断受的车辆垂直荷载、水平冲击、剪切的作用下,横向裂缝影响逐步扩散,以致出现数道横向裂缝,直至出现局部坑槽。(3)局部网状开裂、坑槽。桥面铺装层网状开裂是铺装层破坏最为严重的情况之一,若不及时采取措施,可导致桥面出现坑槽,严重时破坏桥梁结构。
二、桥面铺装破坏主要影响因素分析
1.铺装层的受力特征
桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析论述几乎为零,现行规范中推荐采8cm厚的混凝土铺装层。通过对铺装层本身的计算分析表明,当铺装层厚4cm与厚8cm混凝土中的应力大致相等,当铺装层厚8cm与厚12cm相比时,拉应力则提高20%,对8cm厚的铺装层与主梁结合在一起的分析表明,铺装层施工后由于铺装层与主梁混凝土收缩的不一致 ,造成铺装层与梁的结合面内剪应力及法向应力接近临界状态,局部已超出规范容许值。应力大的部位一般在桥宽1/3处,而纵横缝交角处会产生严重应力集中,如结合面处纵横剪力值为0126~1118Mpa。這些都易产生桥面病害。
2.铺装层材料的作用
水泥混凝土的干缩作用。目前,大桥桥面铺装多采用泵送混凝土工艺,为满足泵送混凝土较大塌落度的要求,除掺加外加剂外,还常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并成正比关系的主要因素。水泥用量大时,水化热大,引起行车道板和桥面铺装的温差而产生变形约束。由于混凝土硬化初期的抗拉强度小,若干缩和冷缩产生的拉应力超过其抗拉强度,就将导致桥面铺装层产生裂缝。水泥混凝土质量的影响。混凝土的施工质量直接影响桥面铺装层的使用寿命。原材料质量低劣、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。这些缺陷不仅破坏了铺装层的整体性,而且降低了铺装层的抗裂、 抗冲击、抗弯曲及耐磨的能力。沥青混凝土质量的影响。当沥青混凝土的矿料级配不合理,粗骨料偏少且强度不高,油石比过大,饱水率偏小时,容易造成沥青混凝土的高温稳定性差。同时,由于交通量逐渐增加,荷载增大,以及渠化交通,就易在桥面铺装层中产生车辙、拥包等病害。
3.施工作用
桥面铺装层与梁表面混凝土未粘结好。在桥面铺装前没有将梁表面的松散砂石粒、泥污等物清洗干净,没有在梁表面凿毛或凿毛的深度不够,这些都大大降低了桥面铺装层与梁面之间的粘结力,破坏了混凝土的整体性,通车后车轮的剧烈冲刷和荷载的作用容易使桥面出现松散、剥落等病害。桥面铺装层的厚度过薄。由于施工因素造成梁顶面高出设计标高或由于调整桥面纵横坡等原因,造成了桥面铺装层厚度局部过薄(一般不宜小于8cm),削弱了桥面铺装层的刚度和承载能力。
4.桥面防水层的影响
在刚性铺装层中,材料有时会产生松散、脱落等病害,这主要受到了防水层的影响。柔性防水层的存在使上部结构形成刚-柔-刚的板体受力体系,中间柔性夹层会增大桥面板板中部位的板底拉应力和板角部位的板顶弯拉压力,使板角应力集中。处于防水层上的水泥混凝土一经开裂,在车轮的吸附作用下,碎块即上下活动,彼此间的缝隙越来越大,直到脱落。刚性防水层,由于其强度与主板和铺装层的强度有差异,其作用相当于柔性防水层,与柔性防水层不同的是刚性防水层抗拉强度低,更易开裂,对铺装层更为不利。
三、桥面铺装病害处置有效解决措施
1.灌缝法
(1)当前受设计水平、铺装材料和经济条件的制约,桥面铺装开裂具有不可避免性,针对裂缝修复一般采用灌缝法,缝宽在6mm以内的,宜将缝隙刷扫干净,并用压缩空气除去尘土后在用热沥青或者乳化沥青封堵;缝宽6mm以上的,应剔缝隙内杂物和松动的缝隙边缘,或者裂缝开槽后用压缩空气吹静,采用沙粒式或者细粒式热拌沥青混合料填充、捣实,并用烙铁封口,随即撒沙,扫匀,也可用乳化沥青混合料填封。(2)灌缝注意事项:一定要将缝隙清理干净,封灌饱满,一般选择末冬初气温降低后集中封灌一遍,其它季节发现一道处理一道,不允许裂缝存在。
2.铺装层改造法
(1)对于由于单板受力引起的纵向裂缝,一般宜采用桥面铺装层改造法,凿除铺装层,全部用钢筋混凝土铺筑重新做铺装层的方法处理,从根本上改善桥梁整体受力功能,灌缝不能从根本上消除此类裂缝。(2)施工过程注意事项:将桥面凿除干净,避免桥面板凿坏,桥面植筋时注意间距控制,浇注前桥面碎块要彻底清除,养生期间注意洒水,不允许外荷载施加桥面,采取控制交通。
3.坑槽修补法
(1)坑槽修补法按照“圆洞方补,斜洞正补”的原则,划出大致与路中心线平行或垂直的挖槽修补轮廓线,基坑底部与四周涂抹粘层油,控制好沥青混合料的用量,分两层填筑压实,采取平板夯、气夯配合压路机压实,边角处要用工具捣实,保证碾压密实平整,保证修补后坑槽与周围路面衔接良好、平直。若基层存在问题、缺陷应处理后在铺筑沥青路面。(2)施工过程注意事项:开槽应到稳定部位,槽壁要垂直,并将槽底清干净,新填补部分应略高于原路面,待行车压实后保持与原路面相平。
4.车辙处理法
(1)属于表面磨损过度出现的车辙,应该采用下列方法修复:1)采用路面铣刨机或风镐翻松车辙表面一定深度,并清除干净;2)铺筑前先喷洒0.3~0.5kg/平方米的粘层沥青;3)采用与原路面结构相同的沥青混合料铺筑,恢复路面横坡;4)周围接茬处要烙平密实,碾压密实。(2)属于路面横向推挤形成的横向波形车辙,且已经稳定的宜按照上述步骤铣高补低恢复路面横坡,如因路面不稳定夹层引起,则应清除不稳定层,重铺面层。(3)施工过程注意事项:控制好处理车辙的深度,注意周围接茬处要烙平密实,碾压密实。3、加强管理、确保道路安全畅通
参考文献
[1]银力、李丽民.桥面铺装早期病害类型与原因分析.重庆科技学院学报.2008年(05)
[2]朱国祥、卢立平、董利军.柔性桥面铺装的早期病害分析.城市道桥与防洪.2007年(07)
[3]罗昊冲、曹景.桥面铺装层病害分析与结构设计的选择.城市道桥与防洪.2007年(08)
[关键词]公路桥面;铺装工艺;路层裂缝;破坏原因;解决措施
一、桥面铺装层裂缝的表现形式
桥面铺装层是桥梁工程重要的组成部分,是车辆荷载直接作用的部分,其质量的好坏直接影响行车安全性和舒适性。混凝土铺装层的另一病害是铺装层裂缝。该病害的典型表现为:纵横角部约45度的斜裂、纵向施工缝的啃边以及纵裂等。主要有以下几种类型:(1)沿板(梁)接缝纵向开裂。中小跨径的板(梁)桥面铺装的裂缝以纵桥向板缝处的开裂最为严重,裂缝宽可达1~5mm。其危害在于极大地削弱了桥梁的横向刚度,使得荷载分布不均匀,严重时造成单板受,同样的荷载等级,单板承受的最大活荷载增加40%~70%,导致桥梁整体承载能力严重下降。此外,因桥面开裂而雨水下渗,导致主梁受腐蚀,降低结构的耐久性。(2)桥面铺装层横桥向开裂。桥面铺装层的横向开裂类似刚性路面的“断板”,主要发生在铺装层伸缩缝1~2m范围内,以距伸缩缝20~50cm发生一道为多,几乎位于主梁支座中心处;对于跨径较大的梁桥,跨中部位也有发生横向开裂的现象。铺装层发生横向开裂后,一般经过5~8年的运营,在不断受的车辆垂直荷载、水平冲击、剪切的作用下,横向裂缝影响逐步扩散,以致出现数道横向裂缝,直至出现局部坑槽。(3)局部网状开裂、坑槽。桥面铺装层网状开裂是铺装层破坏最为严重的情况之一,若不及时采取措施,可导致桥面出现坑槽,严重时破坏桥梁结构。
二、桥面铺装破坏主要影响因素分析
1.铺装层的受力特征
桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析论述几乎为零,现行规范中推荐采8cm厚的混凝土铺装层。通过对铺装层本身的计算分析表明,当铺装层厚4cm与厚8cm混凝土中的应力大致相等,当铺装层厚8cm与厚12cm相比时,拉应力则提高20%,对8cm厚的铺装层与主梁结合在一起的分析表明,铺装层施工后由于铺装层与主梁混凝土收缩的不一致 ,造成铺装层与梁的结合面内剪应力及法向应力接近临界状态,局部已超出规范容许值。应力大的部位一般在桥宽1/3处,而纵横缝交角处会产生严重应力集中,如结合面处纵横剪力值为0126~1118Mpa。這些都易产生桥面病害。
2.铺装层材料的作用
水泥混凝土的干缩作用。目前,大桥桥面铺装多采用泵送混凝土工艺,为满足泵送混凝土较大塌落度的要求,除掺加外加剂外,还常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并成正比关系的主要因素。水泥用量大时,水化热大,引起行车道板和桥面铺装的温差而产生变形约束。由于混凝土硬化初期的抗拉强度小,若干缩和冷缩产生的拉应力超过其抗拉强度,就将导致桥面铺装层产生裂缝。水泥混凝土质量的影响。混凝土的施工质量直接影响桥面铺装层的使用寿命。原材料质量低劣、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。这些缺陷不仅破坏了铺装层的整体性,而且降低了铺装层的抗裂、 抗冲击、抗弯曲及耐磨的能力。沥青混凝土质量的影响。当沥青混凝土的矿料级配不合理,粗骨料偏少且强度不高,油石比过大,饱水率偏小时,容易造成沥青混凝土的高温稳定性差。同时,由于交通量逐渐增加,荷载增大,以及渠化交通,就易在桥面铺装层中产生车辙、拥包等病害。
3.施工作用
桥面铺装层与梁表面混凝土未粘结好。在桥面铺装前没有将梁表面的松散砂石粒、泥污等物清洗干净,没有在梁表面凿毛或凿毛的深度不够,这些都大大降低了桥面铺装层与梁面之间的粘结力,破坏了混凝土的整体性,通车后车轮的剧烈冲刷和荷载的作用容易使桥面出现松散、剥落等病害。桥面铺装层的厚度过薄。由于施工因素造成梁顶面高出设计标高或由于调整桥面纵横坡等原因,造成了桥面铺装层厚度局部过薄(一般不宜小于8cm),削弱了桥面铺装层的刚度和承载能力。
4.桥面防水层的影响
在刚性铺装层中,材料有时会产生松散、脱落等病害,这主要受到了防水层的影响。柔性防水层的存在使上部结构形成刚-柔-刚的板体受力体系,中间柔性夹层会增大桥面板板中部位的板底拉应力和板角部位的板顶弯拉压力,使板角应力集中。处于防水层上的水泥混凝土一经开裂,在车轮的吸附作用下,碎块即上下活动,彼此间的缝隙越来越大,直到脱落。刚性防水层,由于其强度与主板和铺装层的强度有差异,其作用相当于柔性防水层,与柔性防水层不同的是刚性防水层抗拉强度低,更易开裂,对铺装层更为不利。
三、桥面铺装病害处置有效解决措施
1.灌缝法
(1)当前受设计水平、铺装材料和经济条件的制约,桥面铺装开裂具有不可避免性,针对裂缝修复一般采用灌缝法,缝宽在6mm以内的,宜将缝隙刷扫干净,并用压缩空气除去尘土后在用热沥青或者乳化沥青封堵;缝宽6mm以上的,应剔缝隙内杂物和松动的缝隙边缘,或者裂缝开槽后用压缩空气吹静,采用沙粒式或者细粒式热拌沥青混合料填充、捣实,并用烙铁封口,随即撒沙,扫匀,也可用乳化沥青混合料填封。(2)灌缝注意事项:一定要将缝隙清理干净,封灌饱满,一般选择末冬初气温降低后集中封灌一遍,其它季节发现一道处理一道,不允许裂缝存在。
2.铺装层改造法
(1)对于由于单板受力引起的纵向裂缝,一般宜采用桥面铺装层改造法,凿除铺装层,全部用钢筋混凝土铺筑重新做铺装层的方法处理,从根本上改善桥梁整体受力功能,灌缝不能从根本上消除此类裂缝。(2)施工过程注意事项:将桥面凿除干净,避免桥面板凿坏,桥面植筋时注意间距控制,浇注前桥面碎块要彻底清除,养生期间注意洒水,不允许外荷载施加桥面,采取控制交通。
3.坑槽修补法
(1)坑槽修补法按照“圆洞方补,斜洞正补”的原则,划出大致与路中心线平行或垂直的挖槽修补轮廓线,基坑底部与四周涂抹粘层油,控制好沥青混合料的用量,分两层填筑压实,采取平板夯、气夯配合压路机压实,边角处要用工具捣实,保证碾压密实平整,保证修补后坑槽与周围路面衔接良好、平直。若基层存在问题、缺陷应处理后在铺筑沥青路面。(2)施工过程注意事项:开槽应到稳定部位,槽壁要垂直,并将槽底清干净,新填补部分应略高于原路面,待行车压实后保持与原路面相平。
4.车辙处理法
(1)属于表面磨损过度出现的车辙,应该采用下列方法修复:1)采用路面铣刨机或风镐翻松车辙表面一定深度,并清除干净;2)铺筑前先喷洒0.3~0.5kg/平方米的粘层沥青;3)采用与原路面结构相同的沥青混合料铺筑,恢复路面横坡;4)周围接茬处要烙平密实,碾压密实。(2)属于路面横向推挤形成的横向波形车辙,且已经稳定的宜按照上述步骤铣高补低恢复路面横坡,如因路面不稳定夹层引起,则应清除不稳定层,重铺面层。(3)施工过程注意事项:控制好处理车辙的深度,注意周围接茬处要烙平密实,碾压密实。3、加强管理、确保道路安全畅通
参考文献
[1]银力、李丽民.桥面铺装早期病害类型与原因分析.重庆科技学院学报.2008年(05)
[2]朱国祥、卢立平、董利军.柔性桥面铺装的早期病害分析.城市道桥与防洪.2007年(07)
[3]罗昊冲、曹景.桥面铺装层病害分析与结构设计的选择.城市道桥与防洪.2007年(08)