桥梁养护中桥面铺装病害的成因分析及预防措施

2022-10-14于云飞王毅

新型工业化 2022年8期

于云飞，王毅

烟台市公路材料保障中心，山东烟台，265800

0 引言

国内大多钢桥桥面铺装都是采用环氧、浇注或是SMA这三种原料，但是不同材料之间的性能优势也具有明显差异性，并且材料使用需求的差异也较为明显，根据桥梁工程的需求选用适合的材料进行施工能够有效提升桥面铺装的质量。桥面铺装不仅能够保护桥面的完整性，还能增强桥面结构的受力能力，所以对材料的强度、整体性、抗裂程度、冲击性以及耐磨性能都有较高的要求。

1 桥梁影响因素分析

1.1 基本概况

结合表1可知，这6座桥开始通车的时间从2000年至2010年不等，使用寿命基本都超过了十年；跨度范围在460m到1280m之间；其中，A桥、B桥、D桥、E桥、F桥均为斜拉式结构，C桥为悬索式结构；另外，除A、B两桥的桥面铺装是SMA结构，其余桥梁则是采用EA结构作为桥面铺装主要结构。

表1 桥梁信息

桥面铺装的质量直接关系到桥梁产生病害的情况，通过选用合理的材料则能够有效缓解病害的出现。使用SMA双层铺设结构，能够将桥面铺装的抗滑性以及高温条件下抗车辙性充分发挥出来，并且这种结构成本不高，具有较高的经济价值。此外，EA双层结构具有较高的安全性以及变形协调性，抗疲劳性也较为显著，因此同样被广泛应用于桥面铺装中。

1.2 气温条件

由于桥面铺装的质量受气温条件影响较大，因此气温恶劣的情况将会直接对桥面铺装材料的性能造成不利影响。通常，夏季气温较高，桥面长时间处于高温环境中，在桥面材料以及结构的吸热、储热特性的作用下，将会严重影响桥面铺装材料的性能，容易引发热稳定性病害[1]。除此之外，雨水也是危害桥面铺装质量的主要原因。

1.3 运行状态

桥梁的交通流量也是影响桥面铺装质量的重点。若长时间经历大型车辆的碾压，将会加大桥面钢板结构出现裂缝的风险。大部分桥梁的交通作用都较为重要，一般不能在运行后中断交通进行维修工作，因此难以有效展开桥面的养护工作。鉴于此，在进行桥面铺装的设计期间，就要充分考虑到材料的耐久性及在后期运行中的持久，以便于后期顺利开展维修工作，尽量避免出现大范围维修，减少对交通的影响。

2 桥梁中常见病害分析

2.1 病害类型

观察表2可以发现，在6座桥中最常出现的病害为裂缝、鼓包、坑槽以及车辙这四种，基本所有大桥都存在不同程度的裂缝、鼓包以及坑槽病害；夏季的天气温度高而且持续时间较长，经高温以及车辆压力的共同作用，必然导致桥面铺装出现热稳定性病害；同时，滑移现象也是桥面铺装病害的主要形式，例如A桥的滑移病害就是所有桥中最严重的。而通过观察也可发现，使用EA结构展开修复工作能够发挥较好的效果。

表2 桥梁病害类型及维修措施

2.2 分析桥梁病害成因

2.2.1 A、B桥病害原因

这两座桥都是采用双层SMA铺装结构的斜拉桥，其桥面铺装病害的成因主要是以下五项：第一，桥面钢板的刚性不足以支撑其车辆荷载，在交通压力较大时，钢板易发生变形的现象。长期变形将会降低其铺装层沥青砼材料的性能，有引发裂缝病害的风险。第二，高温环境时间长但材料热稳性不足。在高温条件下，车辆荷载对铺装结构会造成较大的损伤；若其材料热稳性不足将会导致产生热稳性病害。第三，铺装材料性能不佳。铺装材料的性能直接影响着其整体铺装的耐久性、承载力、热稳性等能力，若不能满足桥梁的使用需求，就会导致出现疲劳病害或是鼓包、坑槽等病害[2]。第四，B桥维修后未经太长时间就再次出现病害情况，与其铺装结构体系不健全有直接联系。例如桥面钢板未涂抹防腐层、SMA配比设计控制力不足等。第五，交通流量过大，荷载较重的车辆多。车辆的载重对桥梁质量的影响是十分关键的，桥梁长期处于超负荷运行状态下，将严重破坏其铺装层性能，最终导致出现开裂现象。

2.2.2 C、D桥病害原因

这两座大桥的铺装结构均采用双层EA的形式，因此其病害成因也较为类似。主要有以下四种原因：第一，选用的材料施工技术要求较高。将EA进行双层铺设的形式，对温度条件的要求比较严格。若无法合理控制材料的搅拌温度，将对其压实效果以及材料性能产生不利影响；同时，桥面板中存在水分，将导致后期出现鼓包现象，经高温以及车辆荷载的共同作用最终导致裂缝或开裂现象。第二，养护工作不及时。若在桥面发生鼓包的时候不及时解决病害现象，将会加剧病害的程度；在桥梁的后期使用期间一旦渗入雨水，必然会在鼓包病害的基础上出现其他问题。第三，难以展开维养工作。通常环氧沥青砼材料的后期维修养护工作比较困难，若发生病害现象，难以进行根治，只能短期控制。桥梁的后期运行中，必将导致其病害的程度进一步深化。第四，气温条件差，夏季的高温以及充足的降雨都会对铺装质量带来一定的压力；若车辆承载过大，压力超出性能上限，也会破坏桥面铺装的质量[3]。

2.2.3 E、F桥的病害原因

E桥以及F桥在调查桥梁中桥面铺装的质量保存较为完好，病害情况都不太严重，主要原因如下：第一，交通流量较低。两座桥运行时间相对较短，并且其交通流量尚未处于饱和的状态，因此运行期间车辆超负荷的情况较少，病害也相对不多。同时，桥梁建设单位选用实验性铺装的方案能够为其后期养护工作提供良好的条件。第二，结构支撑力较好。这两座桥梁钢箱梁桥面板最低厚度不低于16毫米，最高厚度达到了25毫米，桥面板的厚度比早期建设的桥梁桥面板厚度高出许多，因此为桥梁结构提供了充足的支撑力，降低了桥面铺装需要承受的应力[4]。

3 桥梁病害治理措施

3.1 针对热稳定性病害的处理措施

首先，将出现裂缝的路段整体进行清洁，在路面布设一定量的乳化沥青，撒上粗砂以及石屑，注意粗砂以及石屑必须干净，并确保其中不含水分；然后，采用压路机进行减压操作，对进行裂缝处理的位置进行碾压。

其次，将不同宽度的裂缝进行分类，采取针对性的处理措施。宽度在5毫米以内的裂缝，可以先在裂缝处填入低稠度的热沥青，然后填入粗砂等固体填料，将其碾压捣实后，去除溢出来的材料即可。若裂缝的宽度超过5毫米，则需要将裂缝边缘清理干净，然后注入乳化沥青混合料，进行后续修补。针对大面积的裂缝病害，可以先在其中铺设土木工程合成材料，然后运用乳化沥青混合料对其表面进行分层处理，良好协调沥青的面层以及基层。

3.2 针对鼓包、裂缝、坑槽病害的处理措施

第一，裂缝病害可以通过性能较好的超高性能砼中展开修复工作。连接超高性能砼与钢桥面，加大钢桥面板的厚度；通过剪力钉、超高性能砼、钢桥板的有机结合，提升桥面的刚度。其次，将环氧结构胶作为超高性能砼与铺装层之间的连接材料，在其充分的粘性作用下，能够有效避免其高温条件下发生滑移的现象。另外，超高性能砼能降低桥面板的承载力，减少其开裂病害的概率。

第二，铺装材料为环氧树脂沥青的桥梁能够使用渗透性较强的环氧树脂材料解决桥梁的裂缝问题，一般采取直接灌注或是扩开槽面进行灌注这两种方式。这种方式能够提升其热稳性，防止出现车辙或滑移的病害。

第三，关于桥梁坑槽的处理方案，需要立足于保护桥面、不影响交通以及延长使用寿命的前提下展开修复工作。可以有效结合过往修复经验及其病害成因，通常使用环氧沥青砂浆的方式进行处理。对比而言，这样的方式比热修复技术的性能更加突出，并且能够有效延长桥梁的使用寿命，对于修复范围大的工程也能够良好地适应。另外，冷板环氧沥青砂浆能够快速成型，并具备较高的强度，因此修复工程结束后养护4小时左右后即可恢复正常的通行[5]。

3.3 针对铺装层滑移病害的处理措施

铺装层滑移病害基本是由于桥面的抗剪力不足而导致。桥面铺装层与钢桥面间的抗剪力不高，使桥面不能充分供应车辆在制动时需要的抗剪力；同时，桥面在持续高温的环境中，结构之间粘结层性能下降，也会导致其抗剪力进一步下降。针对这种情况进行处理时需要重点提升其抗剪力以及黏结层的黏力。一般将环氧树脂胶作为新的黏结材料，其黏性以及抗水性都较为突出，同时，抗拉、抗压、抗弯曲、拉伸剪切等各项能力都高于工程中原本使用的粘性胶材料，即使温度达到70摄氏度左右，也能确保其黏结度满足桥梁运行需求，在低温情况中也不会出现开裂的现象。将钢桥板表面使用1.5毫米的环氧树胶材料进行相应处理，在其表面均匀布设高强度的碎石，以进一步增强其抗剪力、防水性以及黏结性[6]。

4 桥面铺装病害要点

第一，当桥面长时间处于高温状态下，再加上过重的车辆荷载，必然会使桥面出现热稳定性病害。第二，对钢桥面板进行处理前，需要将其表面水分处理干净，否则将会导致桥面后期投入运行后出现鼓包情况，若同时受到高温以及车辆荷载过大的影响，极容易导致快裂以及裂缝等病害的产生。第三，若是钢桥面的厚度较低，可以使用UHPC材料对桥面的刚度进行提升，以免钢桥面板出现开裂的现象；同时这种材料还具有较高的修复效果。第四，由于环氧沥青砼需要在较高的温度下才能保证性能的稳定，因此其施工条件要求也较为严苛，必须严格把控施工期间的温度，以确保环氧沥青砼能够保持良好的性能[7]。若是施工期间未控制好温度因素，将会对其压实密度以及后期使用的性能产生不利影响，以至于出现热稳定性病害、鼓包病害、开裂病害等情况，不利于桥梁的使用，对人们的出行安全造成阻碍。