肖 楊 馬國紅

1 概述

近年來，隨著我國經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展，大跨度橋梁也越來越多，隨之大跨徑橋梁橋面的破損情況也越來越嚴重，有些橋梁通車后不久，橋面就不同程度地出現(xiàn)了裂縫、車轍和脫落等現(xiàn)象，有些雖然初期質(zhì)量較好，但是在長期的荷載作用下破壞嚴重，橋面鋪裝層的問題成為當前公路建設中一項關(guān)鍵技術(shù)難題。

目前橋梁橋面鋪裝的設計與施工一直沿用傳統(tǒng)的方法，在進行橋梁結(jié)構(gòu)設計時，也不對橋面鋪裝層做計算和分析，國內(nèi)外對橋面鋪裝層破壞的技術(shù)研究大都集中在材料的改性研究方面，對于橋面鋪裝層的力學破壞計算、分析還是做的不夠，必須探索大跨徑橋面鋪裝的動態(tài)特性、力學特性，為進一步研究提供參考。

近年，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。瀝青混凝土橋面鋪裝在荷載作用下的狀態(tài)與道路路面不同，不能用彎沉值來評價，對于橋面鋪裝面層的破壞可以從鋪裝層的設計、材料、施工、力學特性等方面綜合分析。

2 常見鋪裝層破壞形式

1)鋪裝層內(nèi)部產(chǎn)生較大的剪應力，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)生相對位移發(fā)生剪切破壞，產(chǎn)生推移、壅包等病害。2)因溫度變化或橋梁的剛度不足伴隨橋面板或梁結(jié)構(gòu)的大撓度而產(chǎn)生的裂隙，在車輛荷載及滲入的水的作用下產(chǎn)生面層松散和坑槽，破壞了結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。3)由于輪胎與橋面的摩擦作用，使鋪裝磨耗層產(chǎn)生開裂、碎裂、露骨、脫落等現(xiàn)象。

3 破壞形式分析

3.1 設計方面

1)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，特別是中國超載嚴重這一特殊國情，技術(shù)前沿的專家也暫未找到切實有效的應對辦法。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(gòu)造措施不力使橋面鋪裝分擔了過多的次內(nèi)力。2)對于連續(xù)梁橋、懸臂梁橋等橋型結(jié)構(gòu)，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。3)橋梁的剛度不足，考慮到減輕橋梁的結(jié)構(gòu)自重，設計采用增加鋼筋用量或采用高強度鋼筋來減薄橋面板的厚度，從而使得橋面板剛度不足，導致橋梁靜撓度值偏大。4)混凝土鋪裝層厚度。隨著交通量及重型車輛的增加，以往過薄的橋面混凝土鋪裝層已不適應發(fā)展的需要。尤其是伸縮縫及橋頭附近的橋面鋪裝層受荷載沖擊較大，這些地方更需保證混凝土鋪裝層的厚度，必要時還需配置加強鋼筋。

3.2 施工方面

1)橋面鋪裝層施工中的質(zhì)量隱患是一個不容忽視的問題。部分橋梁在梁板安裝完畢后，梁頂面實測標高與設計標高偏差較大，多數(shù)超過規(guī)范的允許偏差。施工時往往通過調(diào)整鋪裝層厚度來克服誤差，這就導致鋪裝層厚度厚薄不均，甚至有時難于保證鋪裝層最小厚度，影響橋面的使用壽命。2)鋪裝層與梁表面粘結(jié)力弱。在橋面進行鋪裝前沒有將結(jié)合表面清洗干凈，鑿毛的密度和深度不夠等導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)件不能以一個整體結(jié)構(gòu)來承受外荷載，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。3)施工時防水層、橋面鋪裝混凝土上若留有浮漿，將導致瀝青混凝土與防水混凝土結(jié)合不好。4)沒有設置定位鋼筋。施工過程中，進行鋼筋網(wǎng)綁扎和澆筑混凝土時，由于人或機具的踩踏和混凝土拌合物的自重壓力等原因，導致橋面鋼筋層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)未與預埋鋼筋連接，削弱了鋼筋網(wǎng)的分布筋作用和承受荷載的能力，尤其對于出現(xiàn)負彎矩的橋面鋪裝層，容易出現(xiàn)橋面裂縫等病害。

3.3 材料方面

1)瀝青混凝土質(zhì)量的影響:a.若瀝青用量太多、集料級配不良以及軟化點太低，則會出現(xiàn)泛油，在車輛荷載作用下會粘輪，影響行車質(zhì)量和行車安全;b.油量過少或碾壓不夠，行駛車輛后鋪裝層表面細集料松散、脫離，往往造成單梁受力，導致整個結(jié)構(gòu)的整體破壞;c.瀝青面層與基層粘結(jié)力弱，普通瀝青混凝土的熱穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生車轍、壅包等病害。2)水泥混凝土質(zhì)量的影響:a.集料抗磨性差，交通量過大使鋪裝層形成平滑的狀態(tài);b.主梁頂面與橋面水泥混凝土鋪裝層間粘結(jié)不好，將鋪裝層與主梁分為兩個獨立主體，變形不一致，形成空隙。3)防水材料的質(zhì)量影響。防水層抗剪能力差，在車輛剪切荷載作用下易開裂;瀝青膠結(jié)材料與基層粘結(jié)不良，溫度過高或過低，局部空氣未排除等導致空鼓，形成漏水通道，漏到梁板，對混凝土產(chǎn)生腐蝕，削弱了梁板的承載能力，造成橋梁的最終破壞。

3.4 力學特性方面

1)梁體結(jié)構(gòu)的撓度。在行車荷載的作用下，梁體會產(chǎn)生撓度。梁體的撓度、振動等形變的耦合作用，對鋪裝層的力學特性有較大的影響。橋面容易發(fā)生應力集中現(xiàn)象，出現(xiàn)疲勞裂縫。2)橋面鋪裝層破壞的外在荷載。引起橋面鋪裝層破壞的主要外部因素可歸納為三類:a.恒、活載引起的豎向力、局部豎向振動;b.汽車行駛、制動、啟動引起的水平力;c.溫差引起鋪裝層內(nèi)的溫度應力。3)鋪裝層撓曲、翹曲變形使層間界面存在相對滑動的趨勢，也即層間界面會產(chǎn)生較大的剪應力，引起不確定破壞面的剪切變形，從而造成層間界面開始剝離，最終導致橋梁的破壞。4)水平力使鋪裝層產(chǎn)生水平方向的剪應力，最大剪應力沿鋪裝層厚度的分布規(guī)律類似于土基的工作范圍曲線。在鋪裝層內(nèi)部，剪應力在路表處最大，位于輪載中心附近。5)橋梁結(jié)構(gòu)的最低頻率應高于某一定的限值，前蘇聯(lián)CH-200-62規(guī)范中第54條規(guī)定:混凝土簡支梁橋的豎向自振頻率應大于3.33 Hz，美國一般設計要求自振頻率應大于3.5 Hz。超重車輛以速度為60 km/h和5 m/周的簡諧波在橋梁上通過時，產(chǎn)生的振動頻率 f=3.33，接近橋梁的自振頻率，從而使局部位移相對容易產(chǎn)生共振而破壞，同時由于橋面鋪裝的破壞而產(chǎn)生橋面不平整度，反過來又會加劇橋面的振動。

3.5 現(xiàn)實國情

我國江陰長江大橋的橋面鋪裝為完全采用英國的方式，但同樣的橋面鋪裝在英國能用十幾年，而我們卻只能用兩三年，原因很簡單，目前，我國超載現(xiàn)象十分普遍，且越治理越嚴重，這是我國大中橋梁橋面鋪裝使用壽命短暫最直接、最普遍的原因。

4 尋求解決辦法

為增加瀝青的粘結(jié)性，一些橋梁嘗試采用澆筑式瀝青混凝土、環(huán)氧瀝青混凝土及瀝青瑪脂碎石(sma)等新型鋪裝材料。

澆筑式瀝青混凝土采用硬質(zhì)瀝青，通常是巖瀝青或湖瀝青和道路瀝青配合使用，集料的粒徑較小，通常最大粒徑為1 cm，礦粉與瀝青含量很高，是一種懸浮密實型混合料。由于澆筑式瀝青混凝土密實不透水，耐久性好，同時又有較好的粘結(jié)性，適應變形能力強，與鋼橋面變形有很好的隨從性，但由于骨料偏小，細料和瀝青的含量高，其高溫抗變形、抗車轍能力有欠缺，適宜應用在夏季氣溫不高的地區(qū)。

環(huán)氧瀝青混凝土是在瀝青中加入環(huán)氧樹脂，并經(jīng)過固化反應，使瀝青性質(zhì)由熱塑性轉(zhuǎn)為熱固性，從而使該材料具有很多優(yōu)良的性能。環(huán)氧瀝青混凝土具有很高的強度，其馬歇爾穩(wěn)定度是一般瀝青混凝土的3倍～5倍;還有很好的耐疲勞性能、良好的耐腐蝕性。但對水極為敏感，抗滑性能較差，養(yǎng)護期較長。南京長江二橋上采用過。

通過對工程實例的跟蹤發(fā)現(xiàn)，采用新材料、新工藝的橋梁近兩年的運行效果良好，但還有待更長期的檢驗，同時新型材料普遍較為昂貴，因此還應該尋找更加經(jīng)濟、實用、有效的解決辦法。

5 結(jié)語

橋面鋪裝層作為橋梁整體的一部分，是橋面系各要素中非常重要的組成部分，承受著各種自然因素和各種荷載的作用，其破壞的因素可能有很多，所以必須對其結(jié)構(gòu)做充分的研究和分析，找出真正破壞的原因，為以后的分析提供真實而可靠的信息，同時，我們還應勇于實踐創(chuàng)新，找到經(jīng)濟、實用、高效的橋面鋪裝形式。