砼桥面开裂成因分析及处治方法

砼桥面开裂成因分析及处治方法1 前言 桥面铺装层是车轮直接作用的部分，其作用是防止车轮或履 带直接磨耗行车道板，保护主梁免受雨水侵蚀，并对车辆轮重的 集中荷载起分布作用。桥面铺装层应有一定的强度，并能满足抗 裂、抗冲击、耐磨性能等要求。此外，考虑到分缝处各板块角易产 生斜裂，故要求桥面铺装层具有一定的抗弯曲变形能力。目前，随 着交通量和重型车辆的增加，我市桥面铺装层损坏较为严重，维 修周期也越来越短，有的甚至通车不久即出现了开裂、碎裂、露 骨、脱落等现象，不仅妨碍行车安全、影响桥面美观，而且也给维修 工作带来了很大困难。笔者对市内多个损坏的桥面进行观察分析， 认为造成水泥混凝土桥面铺装层过早开裂的主要原因有设计考虑不周，施工不当及外界影响等。 2 桥面过早开裂的原因分析 2.1 桥面板刚度不够 为了减轻恒载，试图用增加钢筋用量或采用高强度钢筋来减 薄桥面板的厚度(如某些顶板偏薄的箱梁结构)，这种桥面板由于刚 度不够，在重荷载的作用下引起较大的变形。此外，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。 2.2 负弯矩的影响 连续梁桥、拱桥及悬臂梁桥等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应力的作用而产生裂缝，从而造成 桥面铺装的损坏。 2.3 桥面铺装层与主梁表面混凝土未粘结好 桥面铺装前没有将梁表面的松散砂石、泥污等清除干净，主梁 表面未凿毛或凿毛的密度和深度不够，这些都大大降低了桥面铺 装层与梁面之间的粘聚力，破坏了水泥混凝土层的整体性，通车 后车轮的剧烈冲击和荷载的作用使桥面出现脱皮、裂缝、剥落等现 象。 2.4 桥面铺装层的厚度过薄 由于施工因素造成梁表面高出设计标高，或由于调整桥面纵 横坡等原因造成了桥面铺装层厚度局部过薄(一般不宜小于8cm)， 削弱了桥面铺装层的刚度和承载能力，这也是桥面早期损坏的原 因之一，如陈李线运粮河桥桥面铺装层的损坏即是此种原因。 2.5 桥面铺装层内的钢筋网走位 钢筋网在进行绑扎和浇注水泥混凝土时，受到施工人员操作 质量、运输机具碾踏和水泥混凝土的自重压力等影响，导致其紧贴梁面的走位现象，削弱了钢筋 网承受荷载的能力，尤其对于出现负弯矩的桥面铺装层，容易因 此而出现桥面裂缝等损坏现象。 2.6 混凝土的干缩作用 目前大桥桥面铺装多采用泵送混凝土工艺，为满足泵送混凝 土较大坍落度的要求，除掺入添加剂外，还加大水泥用量和水灰 比的办法，这都是影响混凝土干缩并成正比关系的主要因素。水 泥用量大时水化热增大，引起行车道板和桥面铺装的温差而产生 变形约束。由于混凝土硬化初期的抗拉强度小，若干缩和冷缩产 生的拉应力超过其抗拉强度，则将导致混凝土内部及表面产生裂 缝。目前普遍存在着忽视混凝土养生现象，这更加促使温度收缩 和干缩裂缝的发育、造成桥面的过早损坏。 2.7 过早通车 有些建设单位为了达到提前通车或“献礼”所需，往往在桥面 铺装完成几天后即开放通车，造成桥面在强度不高、变形未稳定 的情况下过早承受外来重载的作用，这也是造成桥面过早损坏的 原因之一。 2.8 混凝土质量的影响 混凝土的原材料质量低劣、砂率过大、水灰比控制不好、砂石 级配差、混凝土拌和物和易性差以及施工时漏振、模板漏浆等造 成混凝土中出现蜂窝、麻面、强度降低等缺陷，均破坏了铺装层的 整体性、降低了其抗裂、抗冲击、抗弯曲及耐磨的能力。2.9 施工缝处理不当 桥面铺装应力求少设施工缝，需设置施工缝的也应设在墩台顶 的位置。桥面不宽时以全幅一次性浇注为好，桥面宽度大的可以 分隔带为分界面。但不少施工单位在进行桥面铺装时随意设置施工缝，且对施工缝的处理也不当(如不按规范凿毛等)。此外，浇注 混凝土过程中出现的间歇时间太长(一般不宜超过1h)，又没有按规 定设置施工缝。这些都严重地影响混凝土的连续性和整体性。 2.10 荷载过大及冲击影响 高密度重交通以及超载车辆的增加，加重了桥面铺装层的负 荷，并且轮荷载的大型化会产生大的冲击，而在路面不平整或桥 面伸缩等有高差的地方，冲击则更大。 2.11 新老桥连接处由于不均匀沉降引起桥面开裂 此种情况多用于老桥拓宽改造工程中，如涟盐线建湖境内拓 宽改造的洪桥、陈李线射阳境内的黄沙河大桥等。 桥面铺装的损坏一般是上述某几种因素综合作用(影响)的结 果，因而寻找原因时要从各个方面进行综合分析。 3 砼桥面开裂及损坏后处治方法 3.1 裂缝凿槽嵌补法 凿槽嵌补是沿裂缝凿槽(槽形多用V形)，槽的两边砼面必须修 理平整，槽内清除干净，然后在槽内嵌补各种粘结材料，如环氧砂 浆、沥青等化学补强剂。 由于混凝土桥面铺装层局部出现了碎裂、脱落或洞穴等现象 后必须进行局部修复，因此修复时先对缺陷表面凿毛，并将破损 的松散物全部凿除。凿毛应尽量深一些，使骨料露出，然后再用水 泥混凝土或沥青混凝土修补。用水泥混凝土修补前，宜先将修补 孔润湿，再涂刷上同标号的水泥砂浆(或其他粘结材料)，以加强新 旧混凝土间的粘结性。用沥青混凝土修补桥面铺装较水泥混凝土 的容易，且上下结合也较牢靠，施工期间对交通影响也较小。但路面改变了原有结构，作局部修补 时有失美观。 3.2 钢筋网混凝土补强加固法 桥面铺装层如严重损坏，可采用全部凿除、重筑铺装层的方 法，习惯上常用钢筋混凝土浇筑修补。修补前先将旧桥面铺装层 凿去并将旧桥面板凿低数厘米(结合面要求凿成齿形缝)，然后焊接 或埋设钢筋网，浇筑砼后养生到标准强度。204国道五十里河桥桥 面按此方法处理后效果良好。 3.3 混凝土粘结剂或环氧树脂修补法 混凝土粘结剂可根据不同的要求拌制成净浆(主要为矿粉)、砂 浆及混凝土几种类型，视破损程度采用表面封涂修补或浇筑涂层 修补法。对于小面积破损可用前者，如用水必克涂料，对于破坏面 大且较深的则宜用后者。粘结剂修补的操作步骤可分为表面处理、 支立模板(封涂法不用)、胶粘剂拌制和备料、缺陷封嵌或灌筑及湿 治养护等过程。修补前应认真检查缺陷表面处理情况及混凝土胶 剂的质量，修补时应注意避免荷载或重力震动的干扰、避免高温 和近火、避免雨水冲淋，采用封涂法修补时应注意由低向高、由内 向外填抹，并保证在封涂缺陷周围有2cm粘附面、封涂层厚度以不 小于2.5cm为宜。 用环氧树脂材料修补破损桥面时对缺陷部位的处理是很严格 的，要求无水迹、无油渍、无灰尘及污物、无软弱带，并对混凝土加 以凿毛等。修补前先按照需求量及配比要求配制环氧树脂水泥砂 浆或混凝土。由于环氧树脂一旦加入固化剂后凝固较快，容易出 现散热困难、积聚结硬的现象，故配制时必须分盘拌和，随用随配。 修补时先将拌和均匀的环氧树脂基液在预补的缺陷区表面涂刷一薄层，其厚度不应超过1mm。待基液中的气泡清除后(约45min)，再 涂抹环氧砂浆或筑环氧混凝土。涂抹环氧砂浆应摊铺均匀，每层 厚度不宜超过1.0-1.5cm，并用铁皮反复压抹密实。桥面路拱度大时 应增大环氧砂浆或环氧混凝土的稠度，浇筑环氧混凝土的工艺与 普通混凝土基本相同，铺筑时应注意防止扰动已涂刷的环氧基液， 同时要充分插捣密实并用铁抹手工艺反复压抹，直至补平为止。 修补完毕后还应注意做好养护工作，用粘结剂修补的，待初凝 后即遮盖草包、麻袋、布片等洒水湿养，一般养护需72h以上。环氧 树脂材料修补后一般约4-24h才能固结，在此期间应严禁车辆通行。 3.4 钢纤维混凝土修补法 钢纤维混凝土系列用于桥面铺装层维修，能增强桥面抗裂性、 抗弯曲性、耐冲击性和耐疲劳性。其常用掺量为1%-2%(每m 3混凝土掺钢纤维78-156kg)，拌和的投料次序和方法宜采用粗细骨、钢纤维 和水泥先干拌而后加水湿拌，其浇筑与常规性普通混凝土浇筑基 本相同。当前，钢纤维混凝土系列应用于桥面铺装层的维修与加固一 般有两种:一种为部分粘结式的钢纤维混凝土(SFRC)铺装层;一种为 钢纤维增强钢丝网(或钢筋网)混凝土铺装层(复合式FRC)。复合式 SFRC与旧桥面可构成完全粘结的形式，与行车道板一起共同受力， 作为行车道板抗弯拉的部分参加其复合板材的弯曲，且复合式 SFRC连续桥面在支座处可承担负弯矩，因而可提高主梁的承载力。 对简支梁桥桥面可设置SFRC塑性铰，取消伸缩缝装置，形成连续桥 面，以增加桥面行车的舒适性，是桥面维修加固的一项改革措施。 4 处治砼桥面开裂时应注意的事项 4.1 考虑负弯矩的影响 目前，在进行梁体及行车道板设计时，通常不考虑桥面铺装层承载能力的影响，即假设铺装层不参与承受荷载，这对有一定厚度的水泥混凝土铺装层来说，与实际情况是不大相符的。虽然 这种设计法在某种意义上说，增大了梁体和桥面板设计的安全度， 但对于外悬桥面板、连续梁等结构的负弯矩处，以及桥面分缝处 各板块角部等位置，桥面铺装层受到了弯曲拉力的作用。为此，设计时对这些部件除了桥面板考虑负弯矩配筋外，在水泥混凝土桥 面铺装层内拟增设负弯矩的拉力钢筋，以防桥面在此开裂破坏，火车站高架桥面及翼板开裂即为一例。 4.2 确保有一定的铺装层厚度 近几年来，随着交通量及重型车辆的日益增加，过薄的桥面 铺装层已不适应发展的需要。尤其是伸缩缝及桥头附近的桥面铺 装层受到荷载冲击较大，混凝土施工缝处是个薄弱环节，这些地方更需保证混凝土铺装层的厚度(不小于8cm为宜)，必要时还需配 置加强钢筋。 4.3 桥面铺装施工中的几个重要措施 桥面铺装层能否铺好、桥面损坏部分能否修补好，最为关键 的是旧混凝土能否粘结好，这与底层混凝土是否妥善处理以及浇 筑修补材料的质量有关。在进行桥面铺装层新铺和修补施工中应着重做好如下几点工作: 1)旧混凝土表面处理。桥面铺装修补前应先凿去破损的铺装层(若为沥青混合料铺装层，则务必全部凿除)，然后再凿去梁表面 (桥面板)混凝土约2cm左右。并使凿后混凝土表面粗糙、成齿形、箍筋外露。此外还需将凿后的混凝土松散粒、砂石、泥污等杂物清除 干净。 2)材料质量要好。用于桥面铺装浇筑及修补的材料质量和骨料级 配要好，并要求有良好的和易性和浇补时充分捣实。修补桥面宜优先 采用干硬性混凝土或钢纤维混凝土，以减少新浇混凝土的收缩，从 而减少新旧混凝土之间产生的差动收缩力、提高补强效果。 3)增强上下层粘结力。为有利于新旧混凝土之间粘结牢固，可采用下述两个措施:一是在凿毛后的混凝土面上涂抹一层薄的胶结剂， 例如1:0.4铝粉水泥浆、1:1铝粉水泥砂浆、环氧胶液等;二是加设新 旧混凝土之间的联系钢筋。可在旧混凝土层上设置钢筋锚，也可把补 强层钢筋网与底层钢筋焊接。 4)设置定位钢筋。桥面铺装的钢筋网过去常用混凝土垫块定位， 当受到人或机具的踩踏和混凝土拌和物的自重压力时，垫块易走位和 压坏而失去定位的作用。采用短钢筋支撑定位法可克服这一缺点。钢 筋长度约6-12cm，双向间距均约75cm。定位筋一端与钢筋网焊接， 另一端竖立支撑在梁面之上，对钢筋网实行多点支