橋面鋪裝層裂縫的機(jī)理原因和預(yù)防措施

摘要:橋面鋪裝層直接承受行車荷載、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，另一方面起到聯(lián)結(jié)各主梁共同受力的作用，因此，它既是橋面保護(hù)層又是橋面結(jié)構(gòu)的共同受力層，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和良好的整體性，并要有足夠的抗裂、抗沖擊、耐磨性能。本文分析了橋面鋪裝層裂縫產(chǎn)生的機(jī)理和橋面鋪裝病害原因，提出橋面鋪裝層修補(bǔ)及防治的方法，供大家參考。

關(guān)鍵詞:鋪裝層;裂縫;剛度

1 前言

橋面鋪裝層破損、開(kāi)裂、麻面、翻漿和磨光不勻是公路水泥路面施工中較為常見(jiàn)的一種質(zhì)量通病，其中橋面鋪裝層破損是損害面積最大而且危害最大的一種形式。橋面鋪裝層的修補(bǔ)也一直是公路施工中的一大難點(diǎn)，目前多采用局部或全部拆除重敷，或運(yùn)用纖維材料及多種路面膠等進(jìn)行修補(bǔ)，但都存在著工程造價(jià)高、費(fèi)時(shí)及整體外觀效果不好等問(wèn)題。本文分析了橋面鋪裝層裂縫產(chǎn)生的機(jī)理和防治措施。

2 橋面鋪裝層裂縫產(chǎn)生的機(jī)理

橋面鋪裝層在構(gòu)造上屬于剛性結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)破壞的原因受材料、溫度及施工工藝的影響。

2.1 水泥干縮裂縫

在構(gòu)成橋面鋪裝的水泥混凝土中，水在水泥石中以結(jié)合水、骨料層間水、吸附水和毛吸水的形式存在，當(dāng)橋面鋪裝層達(dá)到一定強(qiáng)度，用以作為水泥硬化所需的水分便會(huì)逐漸失去，水泥混凝土就會(huì)產(chǎn)生收縮現(xiàn)象。當(dāng)收縮均勻時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生裂縫，當(dāng)水泥混凝土不均勻收縮時(shí)，橋面鋪裝便會(huì)有裂縫產(chǎn)生。

橋面鋪裝層的不均勻收縮主要產(chǎn)生于兩方面原因:一是構(gòu)成水泥漿的集料對(duì)漿體的約束作用，使水泥漿體的收縮受到限制，內(nèi)部處于干縮裂縫應(yīng)力狀態(tài)。另一方面是由于預(yù)制板及路面的約束作用，限制了混凝土的收縮變形，迫使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生抵抗這種約束的應(yīng)力，從而產(chǎn)生干縮裂縫。

2.2 溫度裂縫

水泥混凝土具有熱脹冷縮性能，橋面鋪裝層的熱脹冷縮是在相鄰的部分或整體性限制條件下產(chǎn)生的。由于混凝土材料的抗折強(qiáng)度遠(yuǎn)較其抗壓強(qiáng)度小，因而當(dāng)鋪裝層中產(chǎn)生拉伸變形時(shí)，混凝土很容易引起開(kāi)裂變形。

2.3 疲勞裂縫

橋面鋪裝經(jīng)常承受沖擊及振動(dòng)荷載，會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生材料疲勞現(xiàn)象，引發(fā)局部引力集中而使材料出現(xiàn)裂紋。在外荷載達(dá)到材料應(yīng)力破壞上限時(shí)，材料內(nèi)抵御應(yīng)力的能力不斷減弱，最終出現(xiàn)材料破壞，從而不斷減少應(yīng)力作用的有效面積，裂縫不斷擴(kuò)大，是混凝土出現(xiàn)疲勞裂縫。

3 橋面鋪裝病害原因分析

3.1 構(gòu)造原因

橋面板剛度不足。對(duì)于部分橋梁為了減輕恒載，以增加鋼筋用量或采用高強(qiáng)度鋼筋來(lái)減薄橋面板的厚度時(shí)造成橋面板剛度不足，在重荷載的作用下引起較大的變形，加上車輛的連續(xù)沖擊震動(dòng)，使橋面板及鋪裝層出現(xiàn)開(kāi)裂，且發(fā)展迅速。

鋪裝層與梁表面粘結(jié)強(qiáng)度較低，在橋面進(jìn)行鋪裝前沒(méi)有將橋面板表面清洗干凈且鑿毛的密度和深度不夠，導(dǎo)致鋪裝層與梁面之間的粘結(jié)能力不足，在荷載作用下鋪裝層與主要承重構(gòu)件不能以一個(gè)整體來(lái)承受外荷載，破壞了混凝土的整體性，在行車的劇烈沖擊和荷載作用下容易使橋面出現(xiàn)脫皮、裂縫、剝落等現(xiàn)象。

橋面防水層的影響。由于防水層的強(qiáng)度與主板的強(qiáng)度有差異，中間柔性?shī)A層會(huì)增大橋面板中部的板底拉應(yīng)力，處于防水層上的鋪裝層一經(jīng)開(kāi)裂，在車輪的動(dòng)力荷載以及雨雪水的侵蝕作用下，彼此間的縫隙會(huì)越來(lái)越大，直到松散脫落。

3.2 施工原因

鋪裝層厚度偏小。由于施工因素造成梁表面高出設(shè)計(jì)高程，或由于調(diào)整橋面縱橫坡、施工工藝控制欠佳等原因，施工中主梁頂面標(biāo)高與設(shè)計(jì)值相差較大，造成橋面鋪裝層厚度不均，使橋面鋪裝層局部過(guò)薄，削弱了橋面鋪裝的剛度和承載能力。

鋪裝層內(nèi)鋼筋網(wǎng)錯(cuò)位。鋼筋網(wǎng)在進(jìn)行綁扎和澆注混凝土?xí)r，受到施工人員、機(jī)械和混凝土自重的壓力，導(dǎo)致其緊貼橋面板而改變了原設(shè)計(jì)鋼筋位置，削弱了鋼筋網(wǎng)的分布筋作用承受荷載的能力，容易因此出現(xiàn)橋面裂縫等損壞現(xiàn)象。

混凝土的溫縮和干縮作用。由于混凝土硬化初期抗拉強(qiáng)度低，若溫縮或干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度，將導(dǎo)致混凝土內(nèi)部及表面產(chǎn)生早期裂縫，造成橋面的過(guò)早損壞。

是混凝土質(zhì)量的影響?；炷恋氖┕べ|(zhì)量直接影響橋面鋪裝層的使用壽命。混凝土的原材料、級(jí)配，拌合物的和易性較差或施工控制不良造成混凝土蜂窩，局部過(guò)振或欠振，強(qiáng)度降低等缺陷。這些缺陷破壞了鋪裝層的整體性，降低了鋪裝層抗裂、抗沖擊、抗彎曲的能力。使鋪裝層建成后經(jīng)過(guò)短期荷載作用容易發(fā)生混凝土的破壞。

3.3 外界環(huán)境的影響

是荷載過(guò)大及沖擊影響。對(duì)于目前增長(zhǎng)較快的重載交通及超載，加重了橋面鋪裝層的負(fù)荷，并且軸重的增加形成較大的沖擊荷載。在路面不平整或橋面伸縮縫、施工縫位置，沖擊作用更為明顯，造成橋面鋪裝層特殊位置或局部先期破壞，并促使破壞向其他部位擴(kuò)展惡化。

是交通組織的影響。在公路交通組織管理中，由于車道的功能劃分，使橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)始終處于偏載狀態(tài)，加快了主車道鋪裝層的疲勞，使主車道鋪裝層容易發(fā)生各種病害并以較快的速度發(fā)展。

4 裂縫解決方法

4.1 確保橋面鋪裝層厚度

橋面鋪裝層設(shè)計(jì)與普通混凝土路面設(shè)計(jì)基本一樣，但由于其是在剛性預(yù)制板上澆筑的混凝土，受力情況發(fā)生了很大變化，使得橋面鋪裝層裂縫，產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因分為干縮裂縫、溫度裂縫和疲勞裂縫，對(duì)裂縫產(chǎn)生的影響因素主要有厚度、外摻料、集料、層間粘結(jié)狀況及養(yǎng)護(hù)等。

施工中，由于梁體的拱度，梁頂面并不是一個(gè)理想的平面，致使橋面鋪裝層混凝土厚度不均，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮，滿足規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)最小厚度，在施工時(shí)嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力梁的存放時(shí)間，超出規(guī)范要求存放時(shí)間的應(yīng)采取預(yù)壓措施，從而保證梁體拱度的均勻性，減少鋪裝層厚度差異。

4.2 施工中的幾項(xiàng)措施

橋面鋪裝層能否鋪好，最為關(guān)鍵的是新老混凝土面能否粘結(jié)好，在進(jìn)行橋面鋪裝層施工中應(yīng)著重作好以下幾點(diǎn)工作:

根據(jù)理論分析可知，提高層間接觸程度可以顯著提高結(jié)構(gòu)層的疲勞壽命，在施工中盡可能采取措施，保證各層粘結(jié)良好，避免滑動(dòng)，橋面鋪裝前，應(yīng)先鑿除梁體表面浮漿，使表面粗糙，成齒形，且均勻，此外，還需將鑿后的混凝土松散粒，砂石泥土等清除干凈，有利于層間粘結(jié)牢固，可采用以下措施:① 在鑿毛的清除干凈的表面涂抹一薄層膠結(jié)劑;②加設(shè)新舊混凝土之間聯(lián)系鋼筋。

原材料質(zhì)量要好。粗骨料最大粒徑應(yīng)不大于20mm，粗骨料的含量在混凝土中的體積含量高，能減少混凝土的收縮，骨料彈性模量熱膨脹系數(shù)對(duì)混凝土干縮也有影響，骨料彈性模量高，使混凝土的干縮和徐變就會(huì)受阻。

設(shè)置定位鋼筋及保證鋼筋保護(hù)層厚度。橋面鋪裝層的鋼筋網(wǎng)在施工中常用混凝土墊塊定位，而墊塊易走位而失去定位作用。在現(xiàn)場(chǎng)可參與定位鋼筋，如 Φ1O或Φ12鋼筋，長(zhǎng)度約6～12cm，雙向間距約75cm，定位鋼筋一端與鋼筋焊接，另一端豎立支撐于梁面上，對(duì)鋼筋網(wǎng)實(shí)行多點(diǎn)支撐。同時(shí)，施工時(shí)，應(yīng)盡量避免人和機(jī)具在鋼筋網(wǎng)上碾壓，以防鋼筋網(wǎng)出現(xiàn)大的變形。

確保養(yǎng)護(hù)期。混凝土干縮裂縫屬于早期裂縫，它的產(chǎn)生在很大程度上是由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng)造成的，因此要注意施工期間的養(yǎng)護(hù)，保持一定的濕度。

適當(dāng)使用外摻料。根據(jù)工程具體情況，適當(dāng)參與外摻料，如:①粉煤灰，可降低混凝土水化熱，降低混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)力的起始點(diǎn)溫度，減少混凝土降至環(huán)境溫度的溫差，防止溫度裂縫的產(chǎn)生。②鋼纖維，在混凝土中加入體積摻量為1.2%～2% 鋼纖維，可以在混凝土中形成亂向分布的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而控制混凝土干縮。③外加劑，適當(dāng)?shù)募尤肱蛎泟┖鸵龤鈩?duì)于提高混凝土抗干縮和抗折強(qiáng)度也具有一定的明顯作用。

結(jié)束語(yǔ)

鋪裝層裂縫產(chǎn)生的原因分為干縮裂縫、溫度裂縫和疲勞裂縫。鋪裝層處于四周及預(yù)制板的限制作用下而自由收縮，以及鋪裝層存在溫度梯度是鋪裝層產(chǎn)生裂縫的主要原因。高溫條件下，根據(jù)不同的溫度梯度保持一定的溫度可防止干縮裂縫的出現(xiàn)。橋面鋪裝層與預(yù)制板的粘結(jié)，影響重復(fù)荷載作用下的裂縫產(chǎn)生，粘結(jié)越牢，鋪裝層使用壽命越長(zhǎng)。加鋪裝層在預(yù)制板上涂抹聚合物與水泥漿的粘結(jié)劑，可以預(yù)防裂縫的產(chǎn)生，并可以提高鋪裝層的使用壽命。