馬超祥

(邢臺(tái)路橋建設(shè)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(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門(mén)的計(jì)算分析。隨著交通量和重型車輛的增加,橋面鋪裝問(wèn)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(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。

2 病害分析

2.1 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,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、超重型汽車的增多和車速的增快已不相適應(yīng)。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(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。

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。

(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。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。

(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),使主車道的鋪裝承擔(dān)了比超車道高得多(量值可達(dá) 3～4倍)的運(yùn)營(yíng)應(yīng)力水平,因此加快了主車道鋪裝層的疲勞。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)改變車廂結(jié)構(gòu)如加長(zhǎng)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(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。

2.2 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。

2.3 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—?jiǎng)偟陌弩w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。

2.4 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。