瀝青混凝土橋面鋪裝病害分析

馬超祥

(邢臺路橋建設總公司)

1 概 述

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,其變形和應力特征與主梁及橋面板結構型式密切相關,一方面可分散荷載并參與橋面板的受力,另一方面起聯(lián)結各主梁共同受力的作用;既是橋面保護層又是橋面結構的共同受力層,所以具有足夠的強度和良好的整體性,并具有足夠的抗裂、抗沖擊、耐磨性能。

近年來我國公路橋梁建設快速發(fā)展,橋梁結構不斷創(chuàng)新,大跨橋梁已很普遍,但橋面鋪裝的設計與施工仍沿用傳統(tǒng)的習慣做法,在進行橋梁結構設計時,對橋面鋪裝層一般不作專門的計算分析。隨著交通量和重型車輛的增加,橋面鋪裝問題普遍。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,也給維修工作帶來了很大困難。近年來,人們對于因橋面鋪裝問題造成的直接和間接的經(jīng)濟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對橋面板的沖擊,較易達到運營中平穩(wěn)舒適的要求,隨著瀝青材料性能的改進,應用將更加廣泛。但現(xiàn)行規(guī)范對瀝青鋪裝結構的設計主要從所用材料、做法及厚度等方面作了指導性的說明,關于具體的設計理論與方法還是空白,鋪裝層的設計無章可循。

2 病害分析

2.1 結構理論與設計

(1)橋梁的結構理論中對橋面鋪裝層的計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,工程界一直在各等級的公路中運用了幾十年。隨著交通量的增大,現(xiàn)行鋪裝與重型、超重型汽車的增多和車速的增快已不相適應。橋面鋪裝層直接承受車輪荷載的沖擊,橋面鋪裝部分或全部參與了主梁結構的變形,因此橋面鋪裝是一個受力復雜的動力體系,各種形式的主梁及鋪裝本身的構造均影響其應力的分布。

梁設計的箱梁骨架鋼筋在實際受力狀態(tài)下難以像T梁主筋那樣發(fā)揮應有的作用。所以,設計的假設狀態(tài)與箱梁的實際受力狀態(tài)不一致。

(2)現(xiàn)行橋規(guī)第 3.2.2條規(guī)定:……如無精確的計算方法,箱形梁也可參照T形梁的規(guī)定處理。從眾多箱梁的設計來看,大部分設計者對箱梁構件是按T形梁進行處理的。而箱梁的實際受力雖有近于 T梁的一面,又有異于 T梁的一面,對于連續(xù)箱梁差別更大。尤其是近年來箱梁的橋面越來越寬,橋跨與橋?qū)捴仍絹碓叫?箱梁仍按T梁那種長細桿件設計配筋,就越來越不適宜了。

(3)隨著材料工業(yè)的發(fā)展,橋梁承重結構的改進,使橋梁主梁能以較柔的結構達到受力的要求,高等級公路大跨橋梁的橫向越來越寬。特別在設計計算中側(cè)重于主梁縱向的計算分析,對橋梁橫向剛度重視不足,橫向構造措施不利使橋面鋪裝分擔了過多的次內(nèi)力。

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

(5)在對高速公路進行交通組織管理中,由于車道功能的不同,人為強制地使橋梁結構運營始終處于偏載狀態(tài),使主車道的鋪裝承擔了比超車道高得多(量值可達 3～4倍)的運營應力水平,因此加快了主車道鋪裝層的疲勞。特別是隨著私營運輸業(yè)的發(fā)展,貨運業(yè)主為追求短期經(jīng)濟利益,通過改變車廂結構如加長車廂和加高車軸彈簧等使汽車的載重、軸重及輪載成倍增加。這些車輛對鋪裝層具有嚴重的毀壞作用,并使橋梁結構局部超載,加快了主車道鋪裝層的病害發(fā)展。因此,在設計中應根據(jù)運營中車輛荷載的實際分布情況,在明確了橋梁結構受力的基礎上,對橋面鋪裝層進行受力計算。

2.2 施工工藝

(1)鋪裝層厚度偏小。由于橋梁上部結構在施工中支架的沉降及預應力反拱無法十分準確地預測,或由于施工工藝控制欠佳,施工中主梁頂面標高與設計值相符是比較困難的,一般在測量主梁頂面標高后對其進行調(diào)整以保證橋面的厚度。如果調(diào)整不好,就會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合欠佳。

2.3 橋面防水層的影響

由于柔性防水層的強度與主板和鋪裝層的強度有差異,它的存在使上部結構按模量形成剛—柔—剛的板體受力體系,中間柔性夾層會增大橋面板板中部的板底拉應力。處于防水層上的鋪裝層一經(jīng)開裂,在車輪的動力荷載作用下,彼此間的縫隙越來越大,直到松散脫落。另外,防水層的使用使鋪裝層發(fā)生剪切破壞的機率大大提高。

2.4 橋面鋪裝的約束條件

橋面鋪裝受橋梁結構的約束,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。