橋面鋪裝與伸縮縫病害及其防治

李海峰， 徐 珂， 董澤強(qiáng)， 李清富

1鄭州大學(xué)（450001）2河南德馨高速公路有限公司（476000）

0 引言

鋪裝層與伸縮縫作為橋梁構(gòu)造的重要組成部分，其質(zhì)量好壞、破損狀況不僅影響行車的舒適程度,而且會對橋梁的安全性與耐久性造成嚴(yán)重影響。正確認(rèn)識橋梁鋪裝層與伸縮縫病害并加以防治，對確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營，延長橋梁使用壽命具有重要意義。

1 橋面鋪裝病害及其防治

橋面鋪裝層是車輛直接作用的部分，它的主要功能有以下3個方面：①防止車輛輪胎或履帶車直接磨耗橋面板；②保護(hù)主梁免受雨水侵蝕，延長橋梁使用壽命；③起到分布車輪集中荷載的作用。橋面鋪裝的破損將直接影響到橋梁使用功能的正常發(fā)揮，降低運(yùn)營服務(wù)水平和橋梁結(jié)構(gòu)耐久性，甚至導(dǎo)致行車安全事故和橋梁結(jié)構(gòu)的破壞。

1.1 橋面鋪裝病害原因分析

1.1.1水泥混凝土鋪裝層病害原因分析

水泥混凝土鋪裝層的病害表現(xiàn)形式主要有：平整度欠佳導(dǎo)致行車舒適度差；橋面局部范圍內(nèi)的網(wǎng)狀裂縫、坑槽以及空鼓；縱、橫縫角部約45°的斜裂，縱向施工縫的啃邊及縱裂等。造成水泥混凝土橋面鋪裝病害的原因較為復(fù)雜，包括設(shè)計、施工、材料及工程管理養(yǎng)護(hù)等方面。

1）設(shè)計考慮不周：①在進(jìn)行梁體及行車道板的設(shè)計時，多數(shù)設(shè)計人員未考慮橋面鋪裝層對承載能力的影響，現(xiàn)行規(guī)范[1]中推薦采用8 cm厚的混凝土鋪裝層，工程界一直在各等級的公路中運(yùn)用了幾十年。實際上，橋面鋪裝部分或全部地參與了主梁的受力，是一個極其復(fù)雜的多向受力結(jié)構(gòu)，若設(shè)計中考慮不當(dāng)或未加考慮，都可能導(dǎo)致鋪裝層厚度偏薄，引起橋面鋪裝的病害。文獻(xiàn)[2]的計算分析表明，鋪裝層厚4 cm與厚8 cm相比，混凝土中應(yīng)力大致相等；當(dāng)厚8 cm與厚12 cm相比時，拉應(yīng)力約高20%；對厚8 cm鋪裝與主梁（20 m空心板及T梁）結(jié)合一起的分析表明[2]，單純考慮鋪裝施工后由于鋪裝與主梁混凝土收縮的不一致，造成鋪裝與梁的結(jié)合面內(nèi)剪應(yīng)力及法向上拔應(yīng)力接近臨界狀態(tài)，局部已超出規(guī)范容許值，造成了鋪裝的病害隱患,應(yīng)力大的部位在橋?qū)?/3處,而縱橫鋸縫的交角處產(chǎn)生嚴(yán)重應(yīng)力集中；②設(shè)計時，有時為減輕恒載，往往通過增加鋼筋用量或采用高強(qiáng)度鋼筋來減小橋面板的厚度，致使橋面板因剛度不足而導(dǎo)致抗變形能力較低,在重荷載的作用下引起較大的變形,從而使橋面鋪裝容易出現(xiàn)裂縫，造成橋面鋪裝的破壞；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)形式滿足受力要求，橋梁的橫向亦越來越寬。但在設(shè)計中，人們往往側(cè)重于主梁縱向的計算分析，對橋梁橫向結(jié)構(gòu)剛度重視不夠，橫向構(gòu)造措施不力，使橋梁橫向剛度過小，造成橋面鋪裝分擔(dān)過多的次應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

2）施工控制不嚴(yán)：①橋面鋪裝層內(nèi)鋼筋網(wǎng)未按設(shè)計要求布設(shè)：施工過程中,進(jìn)行鋼筋網(wǎng)綁扎和澆注混凝土?xí)r,受施工人員、運(yùn)輸機(jī)具碾踏和混凝土拌合物自重壓力的影響,均可引起鋼筋位置發(fā)生變化,鋼筋網(wǎng)往往緊貼橋面板,致使橋面混凝土變成了素混凝土，削弱了鋼筋網(wǎng)的分布筋作用和承受荷載的能力,從而使橋面容易出現(xiàn)裂縫；②鋪裝層混凝土澆筑厚度偏?。河捎跇蛄荷喜拷Y(jié)構(gòu)在施工中支架的沉降及預(yù)應(yīng)力反拱無法十分準(zhǔn)確地預(yù)測，或由于施工工藝控制欠佳，施工中主梁頂面標(biāo)高與設(shè)計值存在偏差，均可導(dǎo)致橋面鋪裝層厚度偏小，造成橋面鋪裝裂縫；③梁頂面清洗不干凈,未全部鑿毛：橋面鋪裝參與結(jié)構(gòu)共同受力，要求鋪裝層與橋面之間必須有效地結(jié)合，若在施工過程中,由于主梁頂面被用作堆料場或臨時通車而造成的嚴(yán)重污染沒有徹底清理,梁體表面未鑿毛或鑿毛的密度和深度不夠，都能降低鋪裝層與梁體之間的粘結(jié)力,使鋪裝層與梁體之間未形成整體，當(dāng)混凝土收縮或溫度變化時,鋪裝層與梁體間就產(chǎn)生了剪切破壞，加之雨水沿橋面裂縫下滲侵蝕,致使鋪裝層與梁體剝離而成為懸浮體,荷載不能有效傳遞至梁體，在沒有足夠的鋼筋共同受力時,鋪裝層因不堪重負(fù)而產(chǎn)生網(wǎng)狀甚至大面積破壞；④原材料及施工質(zhì)量控制不嚴(yán)：原材料質(zhì)量低劣、砂率過大、砂石級配差、水灰比控制不當(dāng)、混凝土拌合物和易性差、施工時漏振、模板漏漿等,會使混凝土出現(xiàn)蜂窩、麻面、強(qiáng)度降低等現(xiàn)象,從而破壞鋪裝層的整體性,降低鋪裝層的抗裂、抗沖擊、抗彎曲、抗耐磨能力。

3）管理、養(yǎng)護(hù)不善：混凝土結(jié)構(gòu)良好的運(yùn)營服務(wù)性能來自良好的養(yǎng)生，它需要優(yōu)良的施工組織與計劃來實現(xiàn)，而橋面鋪裝作為最后一個分部工程，其實際的施工計劃常被某一目標(biāo)工期所改變，施工單位忽視對混凝土的養(yǎng)護(hù)，在橋面鋪裝完成不久立即開放交通，致使橋面在強(qiáng)度不高、形變未穩(wěn)定的情況下過早地承受外來重荷載的作用，從而造成橋面過早的損壞。另外,在使用過程中缺乏橋面鋪裝合理的養(yǎng)護(hù)規(guī)劃，隱患發(fā)現(xiàn)不及時或?qū)π〉牟『μ幚聿患皶r，均可導(dǎo)致橋面鋪裝的嚴(yán)重病害。

1.1.2瀝青混凝土鋪裝層病害原因分析

瀝青混凝土鋪裝層的病害表現(xiàn)形式主要有：裂縫、推移、擁包、松散、坑槽和車轍等。導(dǎo)致瀝青混凝土鋪裝層病害的原因可歸納為：1）鋪裝層內(nèi)部產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力,引起破壞面不確定的剪切變形[3],或者由于鋪裝層與橋面板間粘結(jié)力差或者橋面存在軟弱層(如水泥浮漿層)，導(dǎo)致抗水平剪力減弱，在水平方向上產(chǎn)生相對位移發(fā)生剪切破壞,導(dǎo)致推移、擁包等病害。2）因主梁跨度較大,在行車荷載作用下,梁板結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的振動,橋面鋪裝受橋梁結(jié)構(gòu)的約束，邊界條件與一般路面相差甚大,加之梁體的撓度、扭曲等變形的耦合作用而使鋪裝層產(chǎn)生裂縫，在雨水滲入后導(dǎo)致瀝青混凝土面層的松散、坑槽等病害。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，中間柔性夾層會增大橋面板中部的板底拉應(yīng)力[4]，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(jī)率大大提高。4）由于施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，瀝青混凝土材料不合格，如瀝青用量少或瀝青加工溫度高而失效所致瀝青鋪裝表面石子極易脫落；集料級配不好,或碾壓不充分，造成空隙率大，很容易出現(xiàn)坑洼；各層施工時清掃不完全,梁板上有泥土,混凝土上有浮土,造成各層之間不能聯(lián)接為整體，瀝青層底面存在拉應(yīng)力,出現(xiàn)薄弱部位而產(chǎn)生橋面鋪裝層的過早開裂、剝落等早期病害。5）在使用中養(yǎng)護(hù)監(jiān)管不到位,如橋面有積水不能及時排除，因滲漏和凍脹作用破壞鋪裝層和橋面板等受力結(jié)構(gòu),從而加劇形成破壞；車輛行駛超限問題大量存在,個別車輛超載嚴(yán)重,軸載遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計,造成橋體超負(fù)荷，以及車速過快或在橋面上緊急制動,也會加速橋面鋪裝層破壞,在瀝青鋪裝上產(chǎn)生擁包、推移和車轍等問題。

1.2 橋面鋪裝病害防治對策

1）設(shè)計時,應(yīng)根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式、受力特點(diǎn)、公路等級、輕重型車輛的分布情況、氣候等因素,確定橋面鋪裝應(yīng)采用水泥混凝土還是采用瀝青混凝土。對于那些受力結(jié)構(gòu)剛度較小、震動較大、面層拉應(yīng)力較大的橋梁，建議采用瀝青混凝土鋪裝層或采用纖維混凝土鋪裝層。

2）配筋設(shè)計時,應(yīng)適當(dāng)考慮橋面鋪裝的實際受力狀況，不僅要在整個面積上設(shè)置一定數(shù)量的鋼筋網(wǎng),還應(yīng)重點(diǎn)考慮受拉區(qū)鋼筋的布置,受拉區(qū)部分的橋面鋪裝應(yīng)將鋼筋加密，應(yīng)保證足夠的配筋量以抵抗混凝土本身收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，另外，防止混凝土結(jié)構(gòu)表面因溫度變化引起開裂的構(gòu)造鋼筋間距應(yīng)滿足要求。

3）特殊位置應(yīng)特殊處理,如伸縮縫、斜彎橋角部、預(yù)切縫兩側(cè)等處，都應(yīng)采取相應(yīng)的措施予以加強(qiáng),以保證鋪裝層在這些部位不會首先遭到破壞。

4）混凝土橋面鋪裝層的強(qiáng)度應(yīng)不低于主梁(板)的混凝土強(qiáng)度；應(yīng)嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量,各類原材料必須分批檢驗,確保各項指標(biāo)合格后方可使用。

5）在進(jìn)行橋梁上下部結(jié)構(gòu)施工時,要嚴(yán)格控制施工標(biāo)高，若標(biāo)高有問題,按原設(shè)計不能保證鋪裝層的厚度時,可適當(dāng)調(diào)坡或提高路線標(biāo)高,以確保鋪裝層的厚度。

6）施工時應(yīng)嚴(yán)格對原梁頂面進(jìn)行清鑿，行車道板頂面應(yīng)鑿毛至露出骨料3～5 mm，澆注鋪裝層混凝土前應(yīng)用高壓氣泵或水槍徹底清理干凈,鑿除松動砂石、浮漿及各種油漬,以確保新舊混凝土粘結(jié)牢固。

7）橋面橫向盡量采用整幅澆筑混凝土，不留施工縫；橫向分幅施工時將施工縫設(shè)置在分車道標(biāo)線處,必須確保鋼筋在鋪裝層中的位置并使所有的橫向鋼筋穿過施工縫；縱向梁端增加橋面連續(xù)鋼筋,伸縮縫之間不留工縫。

8）加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù),尤其是在夏季施工時，由于混凝土的水分蒸發(fā)較快,因而混凝土的養(yǎng)護(hù)顯得更為重要；橋面混凝土尚未達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度時不能開放交通；重視使用期間的養(yǎng)護(hù)管理，建立科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)管理制度。

2 伸縮縫病害及其防治

2.1 伸縮縫病害形式及危害

1）伸縮縫病害形式：伸縮縫的種類不同，病害形式也不一樣[5]：①對接式伸縮裝置：填縫材料老化、脫落、錨固件破壞、兩側(cè)混凝土破損;②鋼制支承式伸縮裝置：角鋼與鋼筋混凝土錨固不牢固，使鋼板松動；縫內(nèi)落進(jìn)石塊等雜物后，伸縮縫不能自由伸縮；梳型鋼板伸縮縫在梳齒與承托板的焊接處出現(xiàn)裂縫,嚴(yán)重者出現(xiàn)剪斷;③板式橡膠伸縮裝置：橡膠板剝離、破損，預(yù)埋鋼板外露、脫落、斷裂、錨固螺栓剪斷脫孔飛出，兩側(cè)混凝土開裂破損、出現(xiàn)坑槽;④支承式伸縮裝置：密封橡膠帶老化、脫落；在橡膠嵌條連接部位漏水；固定伸縮縫的混凝土出現(xiàn)裂縫、坑槽；伸縮縫按照標(biāo)高與兩側(cè)路面有差異，引起伸縮縫處跳車;伸縮縫本身變形及螺栓脫落等造成早期損壞；⑤無縫式伸縮裝置：橋面開裂、材料老化、漏水。

2）伸縮縫損壞的危害：①伸縮縫損壞反映到橋面上,使橋面出現(xiàn)坑槽,降低道路通行能力,甚至給車輛安全運(yùn)行造成危害；②如出現(xiàn)伸縮縫擠死,輕則頂壞臺背耳墻,重則擠壞梁頭,使大梁報廢；③由于伸縮縫橡膠條損壞,路面雜物掉落進(jìn)伸縮縫,卡在縫內(nèi)遇溫度變化就會將梁頭或臺背擠壞；橡膠條損壞后如遇雨雪,大量雨水順縫灌入橋頭護(hù)坡,使護(hù)坡出現(xiàn)水毀現(xiàn)象。

2.2 伸縮縫破壞原因分析

伸縮縫損壞的原因可歸納為以下三方面：

1）設(shè)計方面：①選型不當(dāng)是造成伸縮裝置破壞的主要原因：在設(shè)計過程中只注重計算橋梁的伸縮量，并以此進(jìn)行選型，往往對產(chǎn)品的性能了解不全面，忽視了產(chǎn)品的相應(yīng)技術(shù)要求，導(dǎo)致設(shè)計不周，選型不當(dāng);②伸縮縫質(zhì)量的好壞、壽命的長短,關(guān)鍵是錨固系統(tǒng),而錨固的基礎(chǔ)是過渡段的混凝土。在設(shè)計時，若將伸縮裝置的錨固件置于橋面鋪裝層中,與主梁(板)的連接部分較少,這樣的錨固方法在荷載作用下容易開焊、脫落,而且力的分布不容易傳遞,微小的變形可能發(fā)生大的位移,最終導(dǎo)致混凝土的黏結(jié)力失效。另外，過渡段混凝土的長度、厚度、強(qiáng)度,預(yù)埋件的位置及深度等技術(shù)要求都將直接影響伸縮縫的質(zhì)量;③橋梁結(jié)構(gòu)的剛度不足,當(dāng)橋面板受到汽車荷載作用時,因翼板較薄,橫向聯(lián)系較弱,導(dǎo)致橋面板變形過大，也會影響伸縮縫的正常使用;④設(shè)計未對伸縮裝置的后澆混凝土和鋪裝層材料提出嚴(yán)格要求或規(guī)定。

2）施工方面：①施工人員疏忽大意,對伸縮裝置施工工藝重視不夠,未能嚴(yán)格按照施工工藝標(biāo)準(zhǔn)和安裝工序進(jìn)行施工；②過渡段混凝土的施工過程不規(guī)范，加之養(yǎng)護(hù)不足,導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計要求,出現(xiàn)蜂窩、空洞等病害,受車輛荷載沖擊作用時容易產(chǎn)生早期裂縫,影響混凝土的使用壽命；③橋梁施工與伸縮縫裝置施工不能密切配合，橋梁施工單位往往不能按設(shè)計要求準(zhǔn)確預(yù)埋預(yù)留件,為伸縮裝置安裝帶來諸多不便，導(dǎo)致伸縮縫裝置安裝不平整或錨固體系連接不穩(wěn)。例如，由于臺背和梁端預(yù)留鋼筋缺損，或是施工時運(yùn)料車輛將預(yù)留錨固筋壓壞，造成伸縮縫的鋼筋與伸縮裝置預(yù)留的錨固筋連接不夠,澆混凝土后伸縮縫整體剛度不足。

3）養(yǎng)護(hù)管理方面：近年來,隨著交通量及重型車輛的日益增加,橋梁結(jié)構(gòu)受沖擊的影響增大，加速了伸縮縫的破壞。同時,養(yǎng)護(hù)不到位,也加速了伸縮縫的破壞。如對伸縮縫內(nèi)的雜物清理不及時,從而伸縮縫的正常伸縮受到影響；伸縮裝置各部件由于老化而產(chǎn)生局部損壞,但又沒能及時更換老化部件和維修局部損壞；橋梁超載行駛不能得到有效控制等。

2.3 伸縮縫病害的防治

1）合理選型：比較多年來伸縮縫的使用效果,從價格合理、施工安裝方便、使用效果較好等多方面綜合考慮,選用適合本工程的伸縮縫。

2）完善設(shè)計：建立健全設(shè)計監(jiān)理制度，嚴(yán)把設(shè)計審批關(guān)。按照產(chǎn)品的技術(shù)要求，結(jié)合橋梁實際，對過渡段混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計，提出詳細(xì)施工安裝注意事項和施工安裝順序。

3）合理施工：規(guī)范化施工，保證安裝質(zhì)量。重視施工工藝，嚴(yán)格按施工工藝標(biāo)準(zhǔn)和安裝工序進(jìn)行施工：伸縮縫安裝人員要認(rèn)真閱讀、熟悉伸縮縫安裝圖。伸縮縫要定位準(zhǔn)確,注意控制平整度,并且選擇合適的溫度條件進(jìn)行安裝。安裝前要確保橋端縫隙中的雜物徹底清理干凈,槽口清理尺寸要足夠。施工中密切注意與伸縮縫安裝有關(guān)的預(yù)埋、預(yù)留是否正確與準(zhǔn)確,伸縮縫有關(guān)構(gòu)件與預(yù)埋錨筋的焊接要符合規(guī)范規(guī)定。施工單位和監(jiān)理單位嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，保證伸縮縫的安裝質(zhì)量。加強(qiáng)養(yǎng)生工作,盡量避免出現(xiàn)早期裂縫。

4）加強(qiáng)管理,及時養(yǎng)護(hù)：工程竣工通車后，對伸縮縫的管理及養(yǎng)護(hù)就成為保證伸縮縫使用壽命的關(guān)鍵。有效控制橋梁超載行駛；及時清理散落在伸縮縫內(nèi)的雜物；定期檢查伸縮縫的工作情況，及時更換老化構(gòu)件和維修局部損壞。

3 結(jié)語

橋面鋪裝和伸縮縫是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其質(zhì)量好壞、破損狀況不僅影響行車的舒適程度,而且會對橋梁的安全性與耐久性造成嚴(yán)重影響。本文系統(tǒng)地分析了橋面鋪裝和伸縮縫病害類型、病害原因，并從設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)管理等方面提出了針對性的建議，對確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營，延長橋梁使用壽命具有重要意義。

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