瀝青混凝土橋面鋪裝早期病害原因分析1

　　1概述

　　橋面鋪裝層直接承受行車(chē)荷載、梁體變形和環(huán)境因素的作用，其變形和應(yīng)力特征與主梁及橋面板結(jié)構(gòu)型式密切相關(guān)，一方面可分散荷載并參與橋面板的受力，另一方面起聯(lián)結(jié)各主梁共同受力的作用;既是橋面保護(hù)層又是橋面結(jié)構(gòu)的共同受力層，所以具有足夠的強(qiáng)度和良好的整體性，并具有足夠的抗裂、抗沖擊、耐磨性能。

　　近年來(lái)我國(guó)公路橋梁建設(shè)快速發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新，大跨橋梁已很普遍，但橋面鋪裝的設(shè)計(jì)與施工仍沿用傳統(tǒng)的習(xí)慣做法，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)橋面鋪裝層一般不作專(zhuān)門(mén)的計(jì)算分析。隨著交通量和重型車(chē)輛的增加，橋面鋪裝問(wèn)題普遍[1-6].這不僅妨礙了正常交通，影響了橋面的美觀，更易造成交通事故，也給維修工作帶來(lái)了很大困難。近年來(lái)，人們對(duì)于因橋面鋪裝問(wèn)題造成的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失給予了足夠的重視。橋面鋪裝的早期損壞已成為影響高速公路使用功能的發(fā)揮和誘發(fā)交通事故的一大病害。

　　橋面柔性鋪裝能大大緩和行車(chē)對(duì)橋面板的沖擊，較易達(dá)到運(yùn)營(yíng)中平穩(wěn)舒適的要求，隨著瀝青材料性能的改進(jìn)，應(yīng)用將更加廣泛。但現(xiàn)行規(guī)范[7]對(duì)瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要從所用材料、做法及厚度等方面作了指導(dǎo)性的說(shuō)明，關(guān)于具體的設(shè)計(jì)理論與方法還是空白，鋪裝層的設(shè)計(jì)無(wú)章可循。這就造成了在實(shí)際設(shè)計(jì)中，橋面鋪裝層只作為橋梁工程的附屬結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者對(duì)其甚少花費(fèi)精力，從而為橋面鋪裝的早期損壞埋下了隱患。因此，應(yīng)加快對(duì)橋面鋪裝，特別是結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理和設(shè)計(jì)理論方面的研究。

　　2破壞形式

　　瀝青混凝土橋面鋪裝與正常路面和水泥混凝土橋面鋪裝相比，損壞形式有所不同[8，9].主要有：①鋪裝層內(nèi)部產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，引起不確定破壞面的剪切變形，或者由于鋪裝層與橋面板層間結(jié)合面粘結(jié)力差，抗水平剪切能力較弱，在水平方向上產(chǎn)生相對(duì)位移發(fā)生剪切破壞，產(chǎn)生推移、擁包等病害;②因溫度變化并伴隨橋面板或梁結(jié)構(gòu)的大撓度而產(chǎn)生的裂隙，在車(chē)輛荷載及滲入的水的作用下產(chǎn)生面層松散和坑槽破壞。

　　歐美自20世紀(jì)70年代以來(lái)在橋面鋪裝中廣泛使用防水層，隨著交通量的增加，出現(xiàn)了一些新問(wèn)題，如面層的早期破損、開(kāi)裂、坑槽、防水層與面層和橋面粘結(jié)強(qiáng)度不足而產(chǎn)生推移等病害。近年來(lái)，在我國(guó)的部分地區(qū)如北京、天津等地的橋面防水層也出現(xiàn)了相應(yīng)的病害。

　　設(shè)防水層的水泥混凝土橋橋面瀝青混凝土鋪裝在行車(chē)荷載作用下的破壞形式一般為剪切破壞，常表現(xiàn)為擁包和推移現(xiàn)象。剪切破壞有兩種情況：一是橋面鋼筋混凝土模量遠(yuǎn)大于瀝青混凝土和防水層的模量，加之瀝青混凝土層厚度較薄，瀝青層內(nèi)產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力而引起的無(wú)確定破壞面的剪切變形;二是防水層與瀝青混凝土面層和橋面層間粘結(jié)力不足而發(fā)生剪切破壞。因此，剪切破壞是設(shè)防水層的水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝損壞的主要原因，故在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)基于兩種形式的剪切破壞分別加以計(jì)算分析。

　　3病害分析

　　3.1結(jié)構(gòu)理論與設(shè)計(jì)

　　(1)橋梁的結(jié)構(gòu)

　　理論中對(duì)橋面鋪裝層的計(jì)算分析論述幾近于零，現(xiàn)行規(guī)范中只給定了厚度的推薦值[7]，工程界一直在各等級(jí)的公路中運(yùn)用了幾十年。隨著交通量的增大，現(xiàn)行鋪裝與重型、超重型汽車(chē)的增多和車(chē)速的增快已不相適應(yīng)。橋面鋪裝層直接承受車(chē)輪荷載的沖擊，橋面鋪裝部分或全部參與了主梁結(jié)構(gòu)的變形，因此橋面鋪裝是一個(gè)受力復(fù)雜的動(dòng)力體系，各種形式的主梁及鋪裝本身的構(gòu)造均影響其應(yīng)力的分布。

　　(2)現(xiàn)行橋規(guī)第3.2.2條規(guī)定：……如無(wú)精確的計(jì)算方法，箱形梁也可參照T形梁的規(guī)定處理[9].從眾多箱梁的設(shè)計(jì)來(lái)看，大部分設(shè)計(jì)者對(duì)箱梁構(gòu)件是按T形梁進(jìn)行處理的。而箱梁的實(shí)際受力雖有近于T梁的一面，又有異于T梁的一面，對(duì)于連續(xù)箱梁差別更大。尤其是近年來(lái)箱梁的橋面越來(lái)越寬，橋跨與橋?qū)捴仍絹?lái)越小，箱梁仍按T梁那種長(zhǎng)細(xì)桿件設(shè)計(jì)配筋，就越來(lái)越不適宜了，導(dǎo)致按??梁設(shè)計(jì)的箱梁骨架鋼筋在實(shí)際受力狀態(tài)下難以像T梁主筋那樣發(fā)揮應(yīng)有的作用。所以，設(shè)計(jì)的假設(shè)狀態(tài)與箱梁的實(shí)際受力狀態(tài)不一致。

　　(3)隨著材料工業(yè)的發(fā)展，橋梁承重結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使橋梁主梁能以較柔的結(jié)構(gòu)達(dá)到受力的要求，高等級(jí)公路大跨橋梁的橫向越來(lái)越寬。特別在設(shè)計(jì)計(jì)算中側(cè)重于主梁縱向的計(jì)算分析，對(duì)橋梁橫向剛度重視不足，橫向構(gòu)造措施不利使橋面鋪裝分擔(dān)了過(guò)多的次內(nèi)力。

　　(4)對(duì)于連續(xù)梁橋、拱橋及懸臂梁橋等橋型結(jié)構(gòu)，由于荷載的作用而產(chǎn)生負(fù)彎矩或拉力，使橋面鋪裝層受到拉力的作用而產(chǎn)生負(fù)彎矩區(qū)裂縫，從而造成橋面鋪裝的損壞。

　　(5)在對(duì)高速公路進(jìn)行交通組織管理中，由于車(chē)道功能的不同，人為強(qiáng)制地使橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)始終處于偏載狀態(tài)，使主車(chē)道的鋪裝承擔(dān)了比超車(chē)道高得多(量值可達(dá)三至四倍)的運(yùn)營(yíng)應(yīng)力水平，因此加快了主車(chē)道鋪裝層的疲勞。特別是隨著私營(yíng)運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，貨運(yùn)業(yè)主為追求短期經(jīng)濟(jì)利益，通過(guò)改變車(chē)廂結(jié)構(gòu)如加長(zhǎng)車(chē)廂和加高車(chē)軸彈簧等使汽車(chē)的載重、軸重及輪載成倍增加。這些車(chē)輛對(duì)鋪裝層具有嚴(yán)重的毀壞作用，并使橋梁結(jié)構(gòu)局部超載，加快了主車(chē)道鋪裝層的病害發(fā)展。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)運(yùn)營(yíng)中車(chē)輛荷載的實(shí)際分布情況，在明確了橋梁結(jié)構(gòu)受力的基礎(chǔ)上，對(duì)橋面鋪裝層進(jìn)行受力計(jì)算。

　　3.2施工工藝

　　(1)鋪裝層厚度偏小。由于橋梁上部結(jié)構(gòu)在施工中支架的沉降及預(yù)應(yīng)力反拱無(wú)法十分準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)，或由于施工工藝控制欠佳，施工中主梁頂面標(biāo)高與設(shè)計(jì)值相符是比較困難的，一般在測(cè)量主梁頂面標(biāo)高后對(duì)其進(jìn)行調(diào)整以保證橋面的厚度。如果調(diào)整不好，就會(huì)造成鋪裝層厚度不均，使有的地方厚度偏小。

　　(2)梁頂清理不利，造成鋪裝層與主梁結(jié)合欠佳。

　　3.3橋面防水層的影響由于柔性防水層的強(qiáng)度與主板和鋪裝層的強(qiáng)度有差異，它的存在使上部結(jié)構(gòu)按模量形成剛―柔―剛的板體受力體系，中間柔性?shī)A層會(huì)增大橋面板板中部的板底拉應(yīng)力。處于防水層上的鋪裝層一經(jīng)開(kāi)裂，在車(chē)輪的動(dòng)力荷載作用下，彼此間的縫隙越來(lái)越大，直到松散脫落。另外，防水層的使用使鋪裝層發(fā)生剪切破壞的機(jī)率大大提高。

　　3.4橋面鋪裝的約束條件

　　橋面鋪裝受橋梁結(jié)構(gòu)的約束，受荷后其邊界條件與一般路面相差甚大，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。

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