楊 東

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,交通量迅速增長,而且行駛車輛也向大型化、重載化發(fā)展,同時(shí)交通發(fā)展面臨新的歷史機(jī)遇,山西省2009年～2011年間,預(yù)計(jì)高速公路建設(shè)規(guī)模3 180 km,項(xiàng)目總投資2 000億元,如何保證交通事業(yè)的良性發(fā)展,避免公路建設(shè)中出現(xiàn)質(zhì)量問題,特別是橋梁建設(shè)質(zhì)量是擺在交通人面前的重要課題。

現(xiàn)代公路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)是行車速度高、載重量大、車流量大。橋梁經(jīng)受的沖擊力、荷載疲勞程度及應(yīng)力超過頻率不斷提高,橋面鋪裝層損壞較為嚴(yán)重。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)形式密切相關(guān)。一方面可分散荷載并參與橋面板的受力;另一方面起連接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,應(yīng)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。目前橋面設(shè)計(jì)以瀝青混凝土面層與水泥混凝土面層為主,瀝青路面容易產(chǎn)生車轍、推移、壅包、泛油、松散、唧漿、網(wǎng)裂、龜裂、坑洞等破壞現(xiàn)象,而水泥混凝土路面輕則表面磨損、露石、脫皮,重則易形成局部坑槽、角隅破壞、縱橫縫兩側(cè)啃邊、縱向裂縫等,嚴(yán)重影響到行車安全和舒適度。

1 橋面病害原因分析

1.1 設(shè)計(jì)因素

1)隨著高等級(jí)公路大跨橋梁的跨度越來越長、橫向越來越寬,材料工業(yè)也迅猛發(fā)展,橋梁承重結(jié)構(gòu)逐步改進(jìn),橋梁主梁以較柔的結(jié)構(gòu)即可滿足承載力的要求,而設(shè)計(jì)計(jì)算中仍側(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)造措施不足使橋面鋪裝分擔(dān)了過多的次內(nèi)力,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,加快了橋面破壞。2)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)了比超車道高得多的運(yùn)營應(yīng)力水平,加快了主車道鋪裝層的疲勞。特別是隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的發(fā)展,貨運(yùn)業(yè)主為追求短期經(jīng)濟(jì)利益,通過改變車廂結(jié)構(gòu)使汽車的載重、軸重及輪載成倍增加。3)配筋率不足或鋼筋型號(hào)選擇不當(dāng)造成鋼筋握裹力不足,橋面鋪裝層難以抵抗外力作用下的應(yīng)力應(yīng)變而出現(xiàn)裂縫。該裂縫一般發(fā)生在完工后或通車受力初期,形式以縱向裂縫為主,具有一定的規(guī)律性。4)梁板的彈性變形計(jì)算接近規(guī)定值,相對(duì)來說剛度不足,在汽車荷載作用下彈性變形較大,容易受力開裂。

1.2 自然因素

施工期間氣溫過高或過低、天氣濕度過小、風(fēng)速過大等均可造成混凝土失水過大過快,混凝土表面收縮大,容易產(chǎn)生龜裂?；炷烈蚴湛s所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和碳化收縮等。

1.3 施工因素

1)由于梁頂清理不干凈,造成鋪裝層與主梁結(jié)合欠佳。2)由于橋梁上部結(jié)構(gòu)在施工中支架的沉降及預(yù)測(cè)預(yù)應(yīng)力反拱不準(zhǔn)確,或由于施工工藝控制欠佳,導(dǎo)致施工中主梁頂面標(biāo)高與設(shè)計(jì)值不符,造成鋪裝層厚度不均,使有的地方厚度偏小。3)由于管理不善,在未到養(yǎng)生期,混凝土強(qiáng)度沒達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下,通車或在其上面使用施工機(jī)械。4)在澆筑混凝土過程中,施工人員振搗不充分或者出現(xiàn)漏振現(xiàn)象,混凝土凝結(jié)以后出現(xiàn)較大的空隙。5)鋪裝混凝土終凝后,養(yǎng)生不及時(shí),水泥不能充分水化,混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,在汽車荷載作用下產(chǎn)生裂縫。6)瀝青混合料配比不當(dāng)、瀝青老化、施工碾壓遍數(shù)不足等原因造成外部自由水進(jìn)入無法排出,水滲入到瀝青面層內(nèi)部或水泥混凝土橋面與瀝青面層的界面之間,在行車荷載及溫度變化下產(chǎn)生水損害,經(jīng)行車碾壓把水漿擠出即形成唧漿,或在車輛荷載下變成動(dòng)力水,動(dòng)水壓力使瀝青和石料脫離造成網(wǎng)裂、剝落、松散、坑洞。另外,由于瀝青混凝土與防水混凝土之間存在水通道,在重載以及高速行駛的車輛作用下,瀝青混合料結(jié)構(gòu)發(fā)生擠壓,進(jìn)而導(dǎo)致水分?jǐn)y帶粉料遷移的現(xiàn)象,日久形成壅包。

1.4 橋面防水層的影響

由于柔性防水層的強(qiáng)度與水泥混凝土鋪裝層、瀝青混凝土鋪裝層的強(qiáng)度有差異,使上部結(jié)構(gòu)按模量形成剛—柔—?jiǎng)偟陌弩w受力體系,中間柔性夾層會(huì)增大瀝青混凝土鋪裝層底部的拉應(yīng)力。處于防水層上的瀝青混凝土鋪裝層一經(jīng)開裂,在車輪的動(dòng)力荷載作用下,彼此間的縫隙越來越大,直到松散脫落。另外,在使用過程中,地表水和泥土的下滲會(huì)使瀝青混凝土同防水混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度降低,特別是在夏季烈日暴曬,冬季凍融循環(huán),以及行車荷載的長期作用下,使橋面結(jié)構(gòu)與主要承重構(gòu)件不能以一個(gè)整體來承受外荷載,破壞了瀝青混凝土和橋梁承重構(gòu)件的整體性,在行車的沖擊和荷載作用下出現(xiàn)脫皮、剝落等現(xiàn)象。

2 橋面病害預(yù)防措施

1)設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)加強(qiáng)橋梁橫向剛度計(jì)算,增加橫向構(gòu)造措施。如設(shè)計(jì)中對(duì)于20 m～25 m梁橋可通過增加跨中橫梁,25 m以上梁橋增加1/4,3/4跨橫隔板等措施提高橋梁橫向剛度。2)加強(qiáng)OD調(diào)查,區(qū)分輕重車道、行車道與超車道,根據(jù)運(yùn)營中車輛荷載的實(shí)際分布情況,在明確橋梁結(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。根據(jù)車道功能不同,路面結(jié)構(gòu)采用分向分段設(shè)計(jì),細(xì)化主車道的設(shè)計(jì)。3)橋面鋪裝的瀝青混凝土鋪裝層應(yīng)滿足與混凝土橋面的粘結(jié),防止?jié)B水、抗滑及有較高抵抗振動(dòng)變形能力等功能性要求。4)鋪裝層厚度應(yīng)大于10 cm,鋼筋網(wǎng)宜采用雙層布設(shè)形式,鋼筋直徑以不小于8 mm～12 mm為宜,并以螺紋HRB335級(jí)鋼筋為主,還可摻入鋼纖維以減少橋面裂縫,提高混凝土的抗拉強(qiáng)度及由主拉應(yīng)力控制的抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度,阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫和宏觀裂縫的發(fā)生與發(fā)展,彌補(bǔ)混凝土的不足。如圖1所示為某項(xiàng)目橋面鋪裝剖面圖。5)在梁板滿足荷載要求、工程費(fèi)用和施工難易程度許可的前提下,盡量增大截面尺寸,或者選擇合理的截面形狀,減小彈性變形,進(jìn)而防止橋面鋪裝混凝土產(chǎn)生裂縫。6)加強(qiáng)施工工藝、施工時(shí)間、施工質(zhì)量的控制。a.選用收縮量較小的水泥,一般采用中低熱水泥和粉煤灰水泥,降低水泥的用量。b.嚴(yán)格控制混凝土攪拌和施工中的配合比,控制好水灰比,保證混凝土拌合物有較好的工作性和塑性保持時(shí)間,采取各種措施防止混凝土表面水分的過快喪失。c.橋面鋪裝混凝土應(yīng)選擇在氣溫相對(duì)較低,天氣濕度較大,風(fēng)速較小的時(shí)間澆筑,以防止水分蒸發(fā)過快,待收漿后再予以覆蓋和灑水養(yǎng)生。d.加強(qiáng)管理,杜絕在混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下通車,改善施工方法,避免在鋪裝層上使用施工機(jī)械。7)防水層要滿足良好的不透水性能及良好的耐高溫和耐低溫性能,與混凝土橋面和瀝青面層要有足夠的粘結(jié)力,面層碾壓后應(yīng)無破損現(xiàn)象,耐久性應(yīng)不低于面層設(shè)計(jì)壽命,施工簡單、快捷。

3 結(jié)語

針對(duì)當(dāng)前工程質(zhì)量要求嚴(yán)、標(biāo)準(zhǔn)高、造價(jià)低、工期緊的特點(diǎn),及時(shí)總結(jié)病害的發(fā)生機(jī)理,加強(qiáng)病害處治方案研究及評(píng)價(jià),研制出適應(yīng)橋面破壞機(jī)理的新材料、新工藝、新技術(shù),糾正和預(yù)防同類質(zhì)量問題的發(fā)生,不僅是設(shè)計(jì)人員的責(zé)任,也是施工人員的責(zé)任和義務(wù)。

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