瀝青混凝土橋面鋪裝的病害分析及處治
2015-07-13
近年來我國公路橋梁建設(shè)發(fā)展迅速，橋梁結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新，大跨徑橋梁已經(jīng)很普遍，但橋面鋪裝的設(shè)計與施工仍然沿用傳統(tǒng)的做法，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對橋面鋪裝層一般不作單獨(dú)的計算分析。隨著交通量和重型車輛的日益增多，橋面鋪裝的病害發(fā)生情況也逐漸顯現(xiàn)出來，常見的如開裂，壅包、面層分離及出現(xiàn)坑槽等，這不僅妨礙了正常交通，影響了橋面的美觀，而且容易造成交通事故，也給維修工作帶來了不小的困難。因此對發(fā)現(xiàn)的各種橋面鋪裝病害應(yīng)該盡早進(jìn)行控制，并及時根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)的治理與防護(hù)，這樣才能更好地保證高速公路的正常安全運(yùn)行。
1 概述
目前橋梁工程施工中的橋面鋪裝能大大減小車輛對橋梁梁板的沖擊，達(dá)到運(yùn)營中平穩(wěn)舒適的要求，隨著瀝青材料性能的不斷改進(jìn)以及對其研究的不斷深入，瀝青材料在橋面鋪裝方面的應(yīng)用也越來越廣泛。但在實(shí)際設(shè)計中橋面鋪裝層只作為橋梁工程的附屬結(jié)構(gòu)，現(xiàn)行規(guī)范對瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要僅從所用材料、做法及厚度等方面作了指導(dǎo)性的說明，也沒有單獨(dú)的理論計算和理論分析，加之橋面鋪裝受力也較為復(fù)雜，因而造成橋面鋪裝較容易發(fā)生不同程度的損壞。
2 橋面鋪裝病害理論分析
2.1 首先，橋面鋪裝層是一種特殊的路面結(jié)構(gòu)，其受力特點(diǎn)是鋪裝層與主梁界面處在單調(diào)集中力作用下拉壓應(yīng)力交替出現(xiàn)，影響范圍約為加載面尺寸的二倍左右。鋪裝層可增加橋梁上部結(jié)構(gòu)的橫向剛度，提高梁板的承載能力。一般情況下，在承擔(dān)外部荷載時，普通混凝土作鋪裝層可將其厚度的50％左右計入與主梁共同承擔(dān)外力；鋼纖維混凝土作鋪裝層時，可將其厚度的65%左右計入與主梁共同承擔(dān)外力。橋面混凝土鋪裝層的耐久性不但與鋪裝層材料及其與梁體頂面的粘結(jié)性有很大的關(guān)系，而且混凝土鋪裝層的厚度和均勻性對其也有著很大的影響。研究證明，混凝土鋪裝層的合理厚度應(yīng)為12cm左右。選用鋼纖維混凝土?xí)r，混凝土鋪裝層厚度可相應(yīng)減少1/4。但最小厚度不應(yīng)小于8cm。針對試驗(yàn)得出橋面混凝土鋪裝層及其與橋面板的受力特點(diǎn)，理論上提出了混凝土鋪裝層厚度的計算方法和一些有關(guān)加強(qiáng)橋面混凝土鋪裝層耐久性的措施及方法。
2.2 另一方面，受荷載的影響，橋梁產(chǎn)生了撓度及其它形變，因此橋面鋪裝與一般復(fù)合路面的處理措施不同，施工單位必須充分考慮這些問題，要認(rèn)真分析其是否影響鋪裝層的力學(xué)特性。而近幾年建筑行業(yè)并未認(rèn)識到這些問題的重要性。
若要科學(xué)的處理橋面鋪裝問題，建設(shè)單位應(yīng)綜合考慮理論分析及結(jié)構(gòu)計算兩部分內(nèi)容，科學(xué)的理論分析是基礎(chǔ)，合理的力學(xué)模型是關(guān)鍵。通過計算分析和實(shí)測對比，仔細(xì)分析模型的動力性能、尺寸和收斂條件；對鋪裝層破壞形式進(jìn)行綜合分析，找出其中比較重要的幾個因素，建立控制指標(biāo)以及相應(yīng)的破壞準(zhǔn)則，并將其作為設(shè)計環(huán)節(jié)的參考數(shù)據(jù)和資料。當(dāng)然，為了獲得預(yù)期的施工效果，工程人員必須做很多基礎(chǔ)性的研究工作。
3 橋面鋪裝病害成因分析
根據(jù)目前我國高速公路實(shí)際使用情況，橋面鋪裝病害一般有以下幾種：
3.1 坑槽原因 橋面鋪裝坑槽產(chǎn)生原因是多方面的，一是鋪裝層瀝青混合料設(shè)計孔隙率較大，或施工時壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計要求，出現(xiàn)離析等破壞現(xiàn)象，增大了孔隙率；受水或冰凍的影響，鋪裝層上的瀝青與礦料之間的粘合力下降，并逐漸從礦料表面脫落，由于車輛通行的壓力，瀝青混凝土鋪裝層變得比較松散，鋪裝層上的骨料脫落后出現(xiàn)坑槽；二是瀝青混合料在施工過程中由于加熱溫度太高而逐漸老化，自身粘結(jié)力下降，最終從礦料表面脫落；三是橋面的平整度達(dá)不到設(shè)計要求，受到車輛通行及溫度荷載的影響，不平整的部位鋪裝層內(nèi)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的點(diǎn)損失，然后逐漸四周擴(kuò)散，而形成坑槽。
3.2 裂縫原因 橋面鋪裝裂縫產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，一般有以下幾種形式：第一種是干縮裂縫，其產(chǎn)生原因是由于混凝土的相對濕度引起，這種裂縫隨著相對濕度的增加會減小；第二種是溫度裂縫，其產(chǎn)生原因主要是低溫縮裂，面層降溫而收縮的趨勢會受到下部橋面板約束而產(chǎn)生拉力，隨著溫度降低，收縮趨勢進(jìn)一步增強(qiáng)，如果拉應(yīng)力超過了瀝青混凝的抗拉強(qiáng)度，鋪裝便會產(chǎn)生不同程度的開裂，一般為橫向裂縫，嚴(yán)重時發(fā)展為縱向裂縫；第三種是疲勞裂縫，其產(chǎn)生原因是橋面鋪裝在正常使用情況下，由于荷載的多次反復(fù)作用引起的鋪裝層開裂，這也是橋面鋪裝的主要破損類型。
3.3 車轍原因 車轍的產(chǎn)生原因主要是重載車輛的碾壓、渠化交通以及鋪裝材料的物理性質(zhì)等等，另外，高溫也是產(chǎn)生車轍的重要原因之一。
4 橋面鋪裝病害處置方法
4.1 灌縫法
目前，受鋪裝材料、設(shè)計水平和經(jīng)濟(jì)條件等因素的制約，橋面鋪裝出現(xiàn)開裂問題，大部分施工單位都運(yùn)用灌縫法修補(bǔ)裂縫，寬度不超過6cm的裂縫，先徹底清理縫隙殘?jiān)?，利用壓縮空氣清理塵土，然后采用乳化瀝青（或熱瀝青）封堵；寬度超過6cm的裂縫，先將縫隙邊緣松動的瀝青和縫內(nèi)的雜物清理干凈，也可以在裂縫開槽后通過壓縮空氣來清理，采用細(xì)粒式、沙粒式熱拌瀝青混合料填充并搗實(shí)，并用烙鐵封口，隨即撒沙，掃勻，也可用乳化瀝青混合料填封。灌縫注意事項(xiàng)：一定要將縫隙清理干凈，封灌飽滿，一般選擇末冬初氣溫降低后集中封灌一遍，其它季節(jié)發(fā)現(xiàn)一道處理一道，盡量不使裂縫存在而影響行車安全。
4.2 整體處理法
對由于橋梁單板受力引起的縱向裂縫，灌縫不能從根本上消除此類裂縫，一般應(yīng)采用橋面鋪裝層整體處理方法，具體操作為鑿除裂縫所在鋪裝層，并重新用鋼筋混凝土鋪筑，從根本上改善橋梁整體受力功能。施工時應(yīng)注意將橋面鑿除干凈，避免橋面板鑿壞，并嚴(yán)格按照設(shè)計和規(guī)范進(jìn)行施工。橋面植筋時掌握好間距控制，澆注前橋面碎塊要徹底清除，養(yǎng)生期間注意灑水，不允許外荷載施加橋面。
4.3 修補(bǔ)法
坑槽修補(bǔ)法按照“方正”的原則，也就是各種不規(guī)則的坑槽應(yīng)盡量修補(bǔ)為四正四方形狀，施工時按照找出的大致與路中心線平行或垂直的輪廓線進(jìn)行開挖坑槽，基坑底部與四周應(yīng)均勻涂抹粘層油，填筑時控制好瀝青混合料的用量，分兩層填筑壓實(shí)。用工具將邊角搗實(shí)，根據(jù)施工要求碾平、壓實(shí)，坑槽在修補(bǔ)后與四周的路面的銜接要達(dá)到設(shè)計要求。開槽應(yīng)到穩(wěn)定部位，槽壁垂直、平整，徹底清理槽底，新填補(bǔ)的坑槽要比原路面高一些，這樣碾壓密實(shí)以后才能和原路面在同一水平線上。
4.4 車轍處理法
鋪裝層表面因?yàn)閲?yán)重磨損而出現(xiàn)車轍，具體的修復(fù)方法如下：
首先用風(fēng)鎬、銑刨機(jī)等工具將車轍表面翻松至設(shè)計深度，徹底清理以后將粘層油噴在表面，用瀝青混合料填筑，所用瀝青混合料的結(jié)構(gòu)必須和原路面相同，然后恢復(fù)路面橫坡；填筑過程中，烙平四周接茬的部位，再按施工要求進(jìn)行碾壓。屬于路面橫向推擠形成的橫向波形車轍，且路面橫坡已根據(jù)施工要求進(jìn)行了恢復(fù)，如因路面不穩(wěn)定夾層而造成的車轍，則要將不穩(wěn)定層徹底清理，重新鋪筑面層。施工時，注意車轍的深度應(yīng)符合施工要求，烙平四周接茬的部位，碾壓密實(shí)，這樣才能達(dá)到較為理想的處理效果。
5 結(jié)束語
考慮到時間、費(fèi)用、安全、綜合效益幾方面的因素，高速公路應(yīng)從使用長遠(yuǎn)和安全出發(fā)，對各類橋面鋪裝病害及時進(jìn)行修復(fù)，對不影響行車的裂縫坑槽等類病害，提倡防微杜漸的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，確保路面的使用壽命，為行駛車輛提供安全可靠的環(huán)境。
