科技信息○建筑与工程○SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2008年第27期
桥面铺装病害原因及解决措施
(1.河南省交通建设工程有限公司
杨伟林1牛永兴1韩奇峰2
河南郑州450000;2.郑州市公路勘察设计院
河南
郑州450000)
【摘要】对钢筋混凝土桥柔性桥面铺装层过早出现的坑槽、裂缝、松散等病害及其原因进行了分析与研究,并对设计、施工中应注意的几个关键问题进行了论述。
【
关键词】桥面铺装;损坏原因;解决措施1.概述
桥面铺装层直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用,其变形和应力特征与主梁及桥面板结构型式密切相关,一方面可分散荷载并参与桥面板的受力,另一方面起联结各主梁共同受力的作用;既是桥面保护层又是桥面结构的共同受力层,所以具有足够的强度和良好的整体性,并具有足够的抗裂、抗冲击、耐磨性能。
随着我国公路建设的发展,大跨径桥梁桥面铺装已成为公路建设中的一项技术难题。大跨径桥梁桥面铺装取得了一些成功的经验,但桥面铺装的高温车辙、疲劳开裂、层间脱离等病害仍然较严重。尤其是特大桥为交通网络中的重要枢纽,封闭交通进行维修会严重影响交通运输,因此要求桥面铺装具有更长的使用寿命,性能更可靠。我国有许多大跨径桥梁正在建设中或即将建设,大量旧桥桥面铺装需要维修,因此桥面铺装存在的问题迫切需要进一步研究解决,以指导工程实践。桥面铺装问题是一个集桥梁结构、铺面结构、铺装材料及粘结防水材料的多学科交叉的综合性课题。
2.破坏形式
沥青混凝土桥面铺装与正常路面和水泥混凝土桥面铺装相比,损坏形式有所不同。主要有:①铺装层内部产生较大的剪应力,引起不确
定破坏面的剪切变形,或者由于铺装层与桥面板层间结合面粘结力差,抗水平剪切能力较弱,在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏,产生推移、拥包等病害;②因温度变化并伴随桥面板或梁结构的大挠度而产生的裂隙,在车辆荷载及渗入的水的作用下产生面层松散和坑槽破坏。
欧美自20世纪70年代以来在桥面铺装中广泛使用防水层,随着交通量的增加,出现了一些新问题,如面层的早期破损、开裂、坑槽、防水层与面层和桥面粘结强度不足而产生推移等病害。近年来,在我国的部分地区如北京、天津等地的桥面防水层也出现了相应的病害。
设防水层的水泥混凝土桥桥面沥青混凝土铺装在行车荷载作用下的破坏形式一般为剪切破坏,常表现为拥包和推移现象。剪切破坏有两种情况:一是桥面钢筋混凝土模量远大于沥青混凝土和防水层的模量,加之沥青混凝土层厚度较薄,沥青层内产生较大的剪应力而引起的无确定破坏面的剪切变形;二是防水层与沥青混凝土面层和桥面层间粘结力不足而发生剪切破坏。因此,剪切破坏是设防水层的水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装损坏的主要原因,故在实际设计中应基于两种形式的剪切破坏分别加以计算分析。
3.病害分析
3.1结构理论与设计
3.1.1桥梁的结构理论中的问题
桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析论述几近于零,现行规范中只给定了厚度的推荐值,工程界一直在各等级的公路中运用了几十年。随着交通量的增大,现行铺装与重型、超重型汽车的增多和车速的增快已不相适应。桥面铺装层直接承受车轮荷载的冲击,桥面铺装部分或全部参与了主梁结构的变形,因此桥面铺装是一个受力复杂的动力体系,各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。
3.1.2桥面板刚度不够
随着材料工业的发展,桥梁承重结构的改进,使桥梁主梁能以较柔的结构达到受力的要求,高等级公路大跨桥梁的横向越来越宽。特别在设计计算中侧重于主梁纵向的计算分析,对桥梁横向刚度重视不足,横向构造措施不利使桥面铺装分担了过多的次内力。而桥面铺装设计时为了减轻恒载,用加大钢筋用量或采用高强度钢筋来减薄桥面板厚度,由于桥面板刚度不够,在重载作用下引起较大的变形,加之车辆的不断冲击震动,容易使桥面板及铺装层出现裂缝,且发展较快。
114
3.1.3负弯矩的影响
对于连续梁桥、拱桥及悬臂梁桥等桥型结构,由于荷载的作用而产生负弯矩或拉力,使桥面铺装层受到拉力的作用而产生负弯矩区裂缝,从而造成桥面铺装的损坏。
3.1.4支撑梁不均匀沉降的影响
对于空心板或T梁,由于梁体的不均匀沉陷或瞬间的下挠(活载引起的),在桥面铺装层上受到与梁轴相垂直的附加弯矩,这种情况下产生的裂缝主要在沿主梁方向。
3.1.5交通组织管理中造成的偏载
在对高速公路进行交通组织管理中,由于车道功能的不同,人为强制地使桥梁结构运营始终处于偏载状态,使主车道的铺装承担了比超车道高得多(量值可达三至四倍)的运营应力水平,因此加快了主车道铺装层的疲劳。特别是随着私营运输业的发展,货运业主为追求短期经济利益,通过改变车厢结构如加长车厢和加高车轴弹簧等使汽车的载重、轴重及轮载成倍增加。这些车辆对铺装层具有严重的毁坏作用,并使桥梁结构局部超载,加快了主车道铺装层的病害发展。因此,在设计中应根据运营中车辆荷载的实际分布情况,在明确了桥梁结构受力的基础上,对桥面铺装层进行受力计算。
3.2施工工艺
3.2.1铺装层厚度偏小
由于桥梁上部结构在施工中支架的沉降及预应力反拱无法十分准确地预测,或由于施工工艺控制欠佳,施工中主梁顶面标高与设计值相符是比较困难的,一般在测量主梁顶面标高后对其进行调整以保证桥面的厚度。如果调整不好,就会造成铺装层厚度不均,使有的地方厚度偏小,结果削弱了桥面铺装的刚度和承载能力。
3.2.2桥面铺装层与梁表面混凝土未粘结好
在桥面铺装层施工前没有将梁表面的松散砂石粒、泥污等清洗干净;梁表面没有凿毛或者凿毛密度不够,这些都大大降低了桥面铺装与主梁表面之间的粘结力,破坏了混凝土的整体性,车轮的冲击和荷载的作用容易使桥面出现脱皮、裂缝、剥落等现象。
3.3外界影响因素
3.3.1水所引起的损坏
由于沥青的粘附性差,空隙率过大或铺装层开裂导致水分渗入,水渗入到沥青面层内部和水泥混凝土桥面与沥青面层的界面之间,在行车荷载及温度变化下产生水损害,从而出现唧浆、网裂、剥落、松散、坑洞等现象,另一方面由于界面之间存在水压力,降低了界面之间的联结强度,造成沥青层脱落、起皮等现象,使铺装层失去强度和防水能力。同时由于桥面板或梁结构产生过大挠度也易引起沥青混合料铺装层开裂,水渗入后易造成面层松散和坑槽破坏。
3.3.2温度条件所引起的损坏
桥面结构直接承受气候条件的影响,同正常路面结构相比,铺装层材料夏季温度更高,冬季温度更低,即相同的气候条件对铺装结构材料的影响更苛刻。因此,在普通路面中使用良好的材料,用在铺装结构中往往会由于温度产生损坏。
3.4桥面防水层的影响
由于柔性防水层的强度与主板和铺装层的强度有差异,它的存在使上部结构按模量形成刚―柔―刚的板体受力体系,中间柔性夹层会增大桥面板中部的板底拉应力。处于防水层上的铺装层一经开裂,在车轮的动力荷载作用下,彼此间的缝隙越来越大,直到松散脱落。另外,防水层的使用使铺装层发生剪切破坏的机率大大提高。
3.5桥面铺装的约束条件
桥面铺装受桥梁结构的约束,受荷后其边界条件与一般路面相差甚大,加之梁体的挠度、扭曲等形变的耦合作用,给铺装层的工作性能
科技信息○建筑与工程○SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2008年第27期
造成不利影响。
4.病害的解决措施
虽然说桥面铺装受力情况较复杂,施工控制难度大,但只要从设计施工各阶段都全面考虑,重点处理,做到精心施工,也是能把桥面铺装的质量控制好的,笔者在长期的施工实践中意识到以下几点,对提高桥面铺装质量来说是比较有效的。
(1)桥面铺装的结构形式选择要考虑充分。应根据相关规范的规定,结合工程经验,合理确定铺装的厚度、钢筋直径、钢筋间距、混凝土的标号,特别强调铺装混凝土的标号不能低于主筋混凝土的标号。
(2)在浇铺装层混凝土前应彻底清理梁(板)顶面混凝土,建议用高压清洗机冲洗干净,凿除松动的砂石,浮浆及各种油渍;采用人工凿毛,保证新老混凝土粘结牢固。同时为了确保桥面保护层的强度,避免浮浆过多或保护层过厚,在桥面浇注成型后,有条件的建议做露石处理。
(3)控制水泥和混凝土的质量,水泥应首选普通硅酸盐或前期强度不高的水泥,使用同一厂家并有一定存放期的水泥,做好水泥安定性化验检查,严格游离氧化钙、氧化镁和硫酸盐的含量,做好水泥细度试验检查。事先委托实验室做好设计配合比,对各种材料采用称量配料,对混凝土拌合机的水表和定时器效验,根据温度的变化情况,做适合水量调整,并现场做塌落度试验来指导工作,混合料的拌合时间不低于180s,确保混凝土的均匀,确保混凝土质量达到施工规范的要求。
细集料,并通过实验确定,不同规格的集料应分别堆放,以便分别称量进行级配,防止混凝土混合料出现离析现象,底部的集料应进行筛分及洗干净后方可使用。施工时严格控制水灰比,严格按配比施工,并保证混凝土拌和的各项指标稳定性,避免出现水灰比不均匀或浇注间歇时间过长,在工作缝处容易造成损坏,或由于水灰比不均出现桥面不平整,甚至水灰比过大的地方出现网裂现象。严格控制原材料的质量,保证砂石材料的质量符合规范要求。施工严格振捣,防止混凝土振捣不一致,密实度不均匀,特别靠近摸板处容易振捣不够,容易出现蜂窝或角断裂,振捣时既要注意振捣密实,又要注意防止振捣时间过长出现离析,一般掌握以不起泡为度,按顺序进行振捣,不漏振不过振,特别注意边、角薄弱处的振捣。
(5)严格控制铺装层的厚度,最终浇注的厚度以8cm~10cm为宜,如梁(板)出现反拱过大,应在施工前对盖梁的标高进行调整,适当降
●
(上接第149页)目前在主体结构的施工过程中,普遍存在着质量与工期之间的较大矛盾。一般主体结构的楼层施工速度平均为5-7天左右一层,最快时甚至不足5天一层。因此当楼层砼浇筑完毕后不足材料吊运等施工活动,这24小时的养护时间,就忙着进行钢筋绑扎、
就给大开间部位的房间雪上加霜。除了大开间的砼总收缩值较小开间要大的不利因素外,更容易在强度不足的情况下受材料吊卸冲击振动荷载的作用而引起不规则的受力裂缝。并且这些裂缝一旦形成,就难于闭合,形成永久性裂缝,这种情况在高层住宅主体快速施工时较常见。对这类裂缝的综合防治措施如下:
A主体结构的施工速度不能强求过快,楼层砼浇筑完后的必要养护(一般不宜≤24小时)必须获得保证。主体结构阶段的楼层施工速度宜控制在6-7天一层为宜,以确保楼面砼获得最起码的养护时间。
B科学安排楼层施工作业计划,在楼层砼浇筑完毕的24小时以前,可限于做测量、定位、弹线等准备工作,最多只允许暗柱钢筋焊接工作,不允许吊卸大宗材料,避免冲击振动。24小时以后,可先分批安排吊运少量小批量的暗柱和剪力墙钢筋进行绑扎活动,做到轻卸、轻放,以控制和减小冲击振动力。第3天方可开始吊卸钢管等大宗材料以及从事楼层墙板和楼面的模板正常支模施工。
C在模板安装时,吊运(或传递)上来的材料应做到尽量分散就位,不得过多地集中堆放,以减少楼面荷重和振动。
D对计划中的临时大开间面积材料吊卸堆放区域部位(一般约40平方米左右)的模板支撑架在搭设前,就预先考虑采用加密立杆(立杆的纵、横向间距均不宜大于800毫米)和搁栅增加模板支撑架刚度的加强措施,以增强刚度,减少变形来加强该区域的抗冲击振动荷载,并应在该区域的新筑砼表面上铺设旧木模加以保护和扩散应力,进一步
低标高,降低的高度要以反拱的高度值相对应,以保证桥面标高和桥面铺装层的厚度,顶面保护层以2.5cm~3cm为宜,特别在工作缝的位置要连续通过。同时为了保证混凝土保护层的均匀,对钢筋要求点焊,在浇注时混凝土运输采用吊车,尽量避免采用运输车运混凝土,同时浇注时对钢筋及时纠正,保护钢筋与行车道板有合适的距离,保证厚度。桥面铺装层表面仍留预切缩缝并保证填充料的质量;锯缝深度以不损伤钢筋网为准。
(6)在施工过程中应适当考虑桥面铺装的实际受力状况,不仅要在全面积上设置钢筋网,还应重点考虑受拉区钢筋的布置,在受拉力区部分的桥面铺装应将钢筋加密。在特殊位置应作特殊处理,如伸缩缝、弯桥的角部,预切缩缝的两侧都应采取相应的措施予以加强,不管设计是否提出施工中角部加筋补强都是应该做的。
(7)要加强混凝土的养生,湿胀干缩是水泥混凝土又一特征,养生不及时,使混凝土在干燥的空气中自然硬化,水份的蒸发,体积迅速发生干缩,使其表面产生许多裂缝,特别在夏季施工,水份蒸发快,混凝土养生要提早,保持表面湿润状态直到养生期为止;在施工路段设置标志或障碍物,安排人员指挥交通,合理安排施工场地和工序,严禁各种车辆在未达到设计强度的混凝土路面上过早通行。
5.结束语
桥面铺装是桥梁上部结构的组成部分,它直接承受车轮的压力、冲力和剪力的作用,并在汽车的反复作用下被磨耗;同时,由于它粘结在梁体顶面,成为受力结构的上缘部分,其质量的好坏是否平整、是否非常重要;由于交通量大,重型车多,速度快、冲击力大,桥面铺装层的施工质量非常重要,不容忽视。为了减少竣工后返工,延长桥面铺装层的使用寿命,应对桥面铺装的施工予以足够的重视。科●
【参考文献】
[1]黄卫,钱振东.高等沥青路面设计原理与方法.北京:科学出版社.2001.
[2]魏星,高波.高速公路混凝土桥梁桥面铺装的病害及防治措施.公路交通技术.2004(6).
[3]冯永乾.桥面铺装的原因分析及解决方法.公路.2004(7).
[4]陈文峰,卢哲安.高速公路混凝土桥面铺装病害产生原因及防治办法.国外建材科技.2005年(2).
(4)控制混凝土现场施工质量,现场使用的集料应选择干净的粗、具有较好的构造深度将直接影响行车,桥面铺装层的受力较大,作用
[责任编辑:韩铭]
防止裂缝的发生。
(四)加强对楼面砼的养护
砼的保湿养护对其强度增长和各类性能的提高十分重要,特别是早期的妥善养护可以避免表面脱水并大量减少砼初期伸缩裂缝发生。但实际施工中,由于抢赶工期和浇水将影响弹线及施工人员作业,因此楼面砼往往缺乏较充分和较足够的浇水养护延续时间。为此,施工中必须坚持覆盖麻袋或草包进行一周左右的妥善保湿养护,并建议采用喷HL等品种养护液进行养护,达到降低成本和提高工效,并可避免或减少对施工的影响。
4.对裂缝的弥补处理
在采取了上述综合性防治措施后,由于各种原因仍可能有少量的楼面裂缝发生。当这些楼面裂缝发生后,应在楼地面和天棚粉刷之前预先作好妥善的裂缝处理工作,然后再进行装修。根据我公司的经验,住宅楼地面上部的粉刷找平层较厚,可以通过在找平层中增设钢丝网、钢板网或抗裂短钢筋进行加强,并且上部常被木地板等装饰层所遮盖,问题相对较小。但板底则粉刷层较薄,并且通常无吊顶遮盖,更易暴露裂缝,影响美观并引起投诉,所以板底更应妥善处理。板底裂缝宜委托专业加固单位采用复合增强纤维等材料对裂缝作粘贴加强处理(当遇到裂缝较宽、受力较大等特殊情况时,建议采用碳纤维粘贴加强)。复合增强纤维的粘贴宽度以350-400毫米为宜,既能起到良好的抗拉裂补强作用,又不影响粉刷和装饰效果,是目前较理想的裂缝弥补措施。科[责任编辑:张慧]
115
