混凝土桥梁桥面铺装病害分析

2019-07-11韩善伟中设设计集团股份有限公司江苏南京210024

建材发展导向 2019年12期

韩善伟 (中设设计集团股份有限公司江苏南京210024)

0 引言

在中国高速公路目前的规划和设计中，桥梁所占比例越来越高，而混凝土桥梁又在其中占据了相当大的比例。混凝土桥梁具有技术成熟，造价低廉，结构形式多样等特点，但其在运行过程中也会出现诸如桥面铺装开裂等问题[1]，降低了混凝土桥梁的耐久性和安全性，提高了管理养护成本[2,3]。针对这一情况，开展了混凝土桥面铺装修筑技术研究，以优化混凝土桥面铺装结构的设计、提高桥面铺装层的耐久性。

1 桥面铺装病害归类

混凝土桥面铺装的病害类型与桥梁结构形式有关，混凝土箱梁的横隔板以及混凝土T梁的加劲肋等构件均会对桥面铺装的受力状态产生影响，因此混凝土桥面铺装的受力特点和传力机理较为复杂。根据对既有混凝土桥梁桥面铺装的病害统计结果，其病害类型主要可分为开裂（包括纵横向裂缝和斜裂缝），表面变形，表面破损以及表面缺陷四大类。则对这四类桥面铺装病害进行一一阐述。

混凝土桥面铺装开裂是桥面铺装病害中最为常见的一种病害形式，其又可细分为受拉区开裂、疲劳网状裂纹以及对接裂缝等。由于混凝土的抗拉强度较小，在超静定混凝土桥梁的负弯矩区段，其混凝土桥面板由于预应力损失或正弯矩下挠过大等原因导致负弯矩区桥面铺装拉应力超限而产生裂缝，如图1所示。混凝土桥面铺装作为直接承受车辆局部轮载的结构，其在荷载的反复作用下还可能产生疲劳裂缝，这种裂缝宽度较小且呈网状分布如图2所示。混凝土桥面铺装病害按成因还可分为滑移裂缝、龟裂及不规则裂缝、疲劳裂缝、负弯矩导致的裂缝和温度变化引起的裂缝等。

图1 横向开裂

图2 网状裂缝

表面变形。由于渠化交通的影响，混凝土桥面铺装在承受活载作用时会产生微小的变形，而这种变形进行累积之后则可能产生车辙，如图3所示。若此时未对混凝土桥面铺装采取养护措施，则可能进一步发展形成横向的推移变形，如图4所示。这两种病害是铺装层变形病害的主要表现形式，其中车辙变形可能发生的时间较早，而推移变形病害的产生则说明混凝土桥面铺装病害已经达到了较为严重地步。

图3 桥面铺装出现车辙

图4 通车两年后铺装层出现的推移

混凝土桥面铺装表面破损主要包括坑槽和补坑两种病害形式。在混凝土铺装层在施工时发生骨料离析或者摊铺厚度不均匀时，容易引起坑槽破坏，如图5所示。而补坑破坏则出现于对铺装层进行修复后的补块边缘，由于修复后的材料与铺装施工时的材料力学性能存在差异，难以形成一个结构整体共同受力因此会产生补坑的二次病害，如图6所示。

图5 铺装层上的坑槽破坏

图6 铺装层的补块边缘出现新的坑槽破坏

混凝土桥梁表面缺陷病害主要产生在沥青混凝土桥面铺装层中，其由于施工缺陷以及材料特点可能产生松散病害，如图7、8所示。这是由于在铺装层以及靠近桥梁边缘处施工碾压不足造成的，这类病害对混凝土桥梁的影响较小，但也应在发现后及时进行处理。

图7 铺装层结构缝处未压实部分

图8 铺装层边缘未压实部分

2 桥面铺装设计原则

根据上述分析，导致混凝土桥梁铺装层产生病害的原因多样，需要具有针对性的具体分析，桥面铺装的防水性能、粘结性能以及结构设计的合理性对铺装层结构的耐久性影响显著。因此在进行桥面铺装设计时，应遵循如下原则，以抑制桥面铺装病害的产生，提高其耐久性：

2.1防水长效

桥面铺装在破损后极易受到雨水的侵蚀后发生进一步的损坏，因此桥面铺装的防水性至关重要。可通过铺设防水层提高桥面铺装的防水性能，而防水层不单单和桥面铺装一同承受车辆荷载的反复作用，同时还会受到动水压力的作用，这就要求桥面铺装防水层能够在长期的荷载作用下兼具防水性和耐久性，这样才能有效的对桥梁铺装结构提供可靠的防护作用。

2.2粘结牢固

桥面铺装结构仍然可细分为磨耗层，防水层，结构层等多层结构。既有研究表明桥面铺装层间粘结失效是导致铺装层产生病害的主要原因之一。层间粘结失效后首先可能发生铺装层的推移和拥包病害，其次在结构发生大变形之后受力状态也发生改变，车辙，开裂等病害也会随之发生，因此桥面铺装结构必须保证桥面板与铺装层间粘结力的可靠性，避免或减缓各种铺装层病害的发生。

2.3结构合理

虽然桥面铺装层病害主要发生于具有较长的服役期桥梁上，但其根本原因仍在于力学方面。桥面铺装层本身的抗力不足是其在偏离合力的设计受力状态后立即产生病害的直接原因。良好的桥面铺装层设计不仅应具有合适的材料强度安全储备，还能保证铺装层在荷载长期作用下能够适应整个桥梁结构的受力和变形。因此，在桥面铺装结构设计时，选择合理的铺装结构，能够在很大程度上降低结构体系内的应力影响，从而有效减少铺装层病害发生的几率。