周迎新

(河北省高速公路京秦管理處，河北秦皇島 066000)

橋面鋪裝層是高速公路橋梁的主要組成部分，橋面鋪裝層能為司機(jī)提供更加順暢和安全舒適的行車條件，對于主梁也起到一定的保護(hù)作用。從受力上來說，車輛的重量通過車輪直接作用在鋪裝層上面，當(dāng)有其他外力作用時(shí)，它需要協(xié)助主梁來承擔(dān)。當(dāng)橋面采用水泥瀝青混凝土?xí)r，它會有一些特性，這種特性和柔性路面的彈性體系有所不同，與復(fù)合路面的情況也有一些差異。盡管都是鋪裝層，但因?yàn)橄虏砍薪咏Y(jié)構(gòu)的不同，其受力狀態(tài)也大為不同，一般而言，橋面鋪裝層的受力狀態(tài)要更加復(fù)雜。

1 橋面鋪裝受力規(guī)律分析

在研究和實(shí)際應(yīng)用時(shí)，我們常用一塊縱向板體結(jié)構(gòu)來代替橋梁的整個(gè)上部結(jié)構(gòu)，一般它由上層的橋面鋪裝層和下層的主板構(gòu)成。一般我們認(rèn)為橋面上部結(jié)構(gòu)是由各個(gè)方向上撓度都相等的大撓度彈性薄板連續(xù)的支撐在撓度在各個(gè)方向上不同的小撓度彈性薄板。在建立橋面微分方程時(shí)，由邊界條件可知，在雙層體系中只有接觸面上的垂直位移和垂直應(yīng)力是連續(xù)的，其他都是不連續(xù)的，也就是說，在雙層面板體系分析時(shí)，兩層之間粘結(jié)良好，不存在脫空現(xiàn)象。

1.1 鋪裝層沿縱縫(彎)剪切受力分析

在已有工程實(shí)踐和文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)，沿縱橋向鉸縫開裂的現(xiàn)象在中小跨徑的板(梁)橋中是非常普遍的，而且也是破壞當(dāng)中最為嚴(yán)重的。在進(jìn)行鋪裝層的分析時(shí)，考慮到主梁(板)有較大的抗彎剛度，使橋梁具有較小的位移，但是橋梁的橫向剛度較小，由于鉸縫可以抗剪，鋪裝層也可以傳遞橫向力，因此鉸縫和鋪裝層成為了板間橫向力傳遞的主要構(gòu)件。板和板之間的縫隙上的橋面鋪裝層能夠承受彎曲和剪切變形，但是主要以抗剪為主。在橋梁超載運(yùn)營時(shí)，由于荷載的加大，主梁的撓度也就隨之增大，相鄰主梁之間由于撓度的增大和相鄰主梁下?lián)铣潭却嬖诓町悾沟脴蛎驿佈b縱向開裂更加嚴(yán)重。由于橋面縱向開裂的影響，橋梁的橫向連接剛度被削弱，這種削弱很明顯，因此造成了相鄰主梁之間不能共同受力，有時(shí)甚至出現(xiàn)單板受力的病害，是十分不利的。

1.2 橋面鋪裝層橫橋向受力分析

橋面鋪裝層橫向開裂多數(shù)發(fā)生在距伸縮縫1 m～2 m范圍內(nèi)，尤其是接近主梁支座中心處和距伸縮縫20 cm～50 cm的地方最多，當(dāng)跨徑加大時(shí)，橋梁中部也有可能出現(xiàn)裂縫。經(jīng)過討論，認(rèn)為可能的原因是:車輛在行駛時(shí)會對橋梁產(chǎn)生沖擊，鋪裝層就會產(chǎn)生啃邊的現(xiàn)象，再加上主梁支座處存在比較大的負(fù)彎矩，使得鋪裝層和之前布置的縱向鋼筋的承載力達(dá)不到要求，就會產(chǎn)生橫向的裂縫，隨著這些裂縫的發(fā)展，最后就產(chǎn)生了開裂現(xiàn)象。從大量的實(shí)際工程中發(fā)現(xiàn)，一般橋梁投入使用5年～8年后，就有可能出現(xiàn)，不加以處理的話，就會形成局部坑槽。

2 橋面鋪裝的破壞機(jī)理

2.1 反復(fù)荷載作用下的開裂分析

反復(fù)荷載作用下的開裂，即疲勞開裂，是橋面鋪裝中的一個(gè)常見病害，它是指所有使用工況都在安全限值之內(nèi)，由行車輛的反復(fù)作用造成的開裂。在受力時(shí)，橋面板剛性較大的部位，如縱向肋、橫隔梁等，與橋面板連接處會產(chǎn)生很大的應(yīng)力，特別是在箱梁中，這種現(xiàn)象更明顯，因此在橋面鋪裝層中更容易產(chǎn)生裂縫。另外，在以上部位的鋪裝層也是負(fù)彎矩出現(xiàn)較大值的地方，因此會有比較大的拉應(yīng)力(或拉應(yīng)變)。綜上所述，橋面鋪裝層的上部由于拉應(yīng)力產(chǎn)生裂縫，然后再擴(kuò)展到下部。橋面鋪裝層的疲勞裂縫通常出現(xiàn)在低溫季節(jié)，也有出現(xiàn)在高溫季節(jié)的例子。

2.2 防水層和粘結(jié)層破壞分析

一般，橋面鋪裝的防水層和粘結(jié)層常常會發(fā)生剪切破壞。防水層和粘結(jié)層是防止雨水腐蝕主梁和保證它們共同受力的結(jié)構(gòu)層，它們對于橋梁有很重要的作用。如果粘結(jié)層遭到破壞，橋面鋪裝層和主梁就相當(dāng)于兩個(gè)構(gòu)件，分別受力，這不是我們想要的，對于它們之間的共同受力必然不利，因?yàn)椋髯允芰χ箐佈b層會產(chǎn)生較大的應(yīng)力，原有的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不能滿足這種應(yīng)力幅值，就會遭到破壞，這在修復(fù)時(shí)也是個(gè)難題，并且修復(fù)費(fèi)用也會比較昂貴。這種破壞的主要特征是雖然它們之間的粘結(jié)力喪失了，但是發(fā)生剪切破壞時(shí)，鋪裝面層和橋面板都沒有發(fā)生嚴(yán)重破壞，而是各自為一個(gè)整體。

2.3 車輪荷載對橋面鋪裝的影響分析

在車輪荷載不斷重復(fù)的對橋面鋪裝層進(jìn)行擠壓下，鋪裝層會在車輪行駛的地方產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形，這就是車轍。車轍是非常容易辨認(rèn)的，它就像路面上開了兩條渠，車輛兩側(cè)的輪胎分別在這兩個(gè)渠之間行駛。我國超載現(xiàn)象比較嚴(yán)重，車流量比較大，再加上路面材料的本身特性，在高溫下發(fā)生軟化，車輛行駛時(shí)很容易變形等，都會形成車轍。與道路鋪裝層的車轍相比，橋面鋪裝的車轍主要是瀝青混凝土鋪裝層本身的殘余變形，這主要是橋面鋪裝層的下面是主梁，主梁下面是空的，可以認(rèn)為橋面板總能夠在彈性階段進(jìn)行工作。以往橋面的鋪裝的車轍設(shè)計(jì)指標(biāo)主要采用兩種，第一種是鋪裝層厚度的改變量以及它的整體壓應(yīng)變的值，第二種是鋪裝層殘留下來的應(yīng)變。

2.4 推移、壅包和低溫縮裂分析

橋面瀝青混凝土鋪裝層經(jīng)常會出現(xiàn)推移(或波浪)和壅包破壞。當(dāng)重載車輛駛過橋梁時(shí)，由于瀝青混凝土材料的塑性流動特性會在橫橋向產(chǎn)生類似波浪形的變形，或者局部的凸起壅包現(xiàn)象。在車輛行駛的過程中，會產(chǎn)生對橋梁的垂直力和水平分力，以及一些動力效應(yīng)，這往往會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層中的內(nèi)力超過了材料的剪切強(qiáng)度，這會造成橋面鋪裝層的破壞。

溫度在橋梁中的變化是有時(shí)間差的，外部溫度要比內(nèi)部溫度變化快，上部溫度要比下部溫度變化快，這就存在橋梁不同部位之間存在溫度差的現(xiàn)象。在溫度下降時(shí)，上部的溫度要快于下部，因此產(chǎn)生的收縮也相對于上部要小一些，因此會對面層產(chǎn)生約束拉應(yīng)力，剛開始時(shí)，瀝青混合料承受拉應(yīng)力的能力還比較大，而且剛開始，溫度變化不大的時(shí)候，拉應(yīng)力數(shù)值不會很大，但是如果溫度變化劇烈，那么混合料的勁度會有變化，一般是增加，此時(shí)的拉應(yīng)力也會迅速上升，當(dāng)超過材料的最大允許拉應(yīng)力時(shí)，會破壞鋪裝層，形成開裂。我們經(jīng)常看到的這種裂縫是分布在橫向，而且是一段的相間隔的。這是由于鋪裝層的橫向?qū)挾容^小，而橋梁長度一般要比它的寬大很多，那么它就會在縱向受到較大的約束力，而橫向受到的就比較小，如果不是很嚴(yán)重的話，一般是不會產(chǎn)生縱向開裂的。溫度產(chǎn)生的應(yīng)力引起的開裂與荷載沒有關(guān)系，在應(yīng)用中，一般要求在低溫下鋪裝層的收縮應(yīng)力最大不能超過該溫度時(shí)材料允許的最大拉應(yīng)力。

3 結(jié)語

橋面鋪裝層與路面的相比有著其特殊的地方所在，橋梁的受力狀態(tài)、工作環(huán)境等都更加復(fù)雜。橋梁中的主梁是位于鋪裝層的下面，當(dāng)荷載作用在鋪裝層上面時(shí)，主梁勢必要發(fā)生變形，由于各主梁的荷載不一樣以及各主梁抵抗變形的能力之間存在差異，主梁之間的變形也會有一些不同，溫度的影響也是不可忽略的，這些作用的疊加讓橋梁的鋪裝層受力更加困難?？梢詮目v橋向鉸縫剪切受力、橫橋向彎曲受力和局部非均勻受力三個(gè)方面分析。在分析橋梁的破壞機(jī)理時(shí)，可以從反復(fù)荷載作用下的開裂、防水層和粘結(jié)層破壞、車輪荷載對橋面鋪裝的影響、推移、壅包和低溫縮裂等不同形式來分析。

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