公路桥梁桥面铺装层早期破坏及防治措施的分析

1、【公 路 桥 梁 桥 面 铺 装 层 早 期 破 坏 及 防 治 措 施 的 分 析】 公路桥梁桥面铺装层早期破坏及防治措施的分析*【内容摘要】：结合公路桥梁桥面铺装层早期破坏的实际调查研究，从设计、施工、运营管理等方面分析了桥梁桥面沥青混凝土铺装层发生早期破坏的原因，并据此提出了防治桥面沥青凝土铺装层早期破坏的措施。分析表明，合理的设计、选材精心的施工，及时的养护，严格的行车管理是防止桥面铺装层早期破坏的有效方法。【关键词】：道路工程 桥面铺装 沥青混凝土面层 早期破坏防治措施随着我国社会经济的蓬勃发展和交通量的日益增长，车辆大型化以及超重超载车的比例不断增加，人们对道路、桥梁通行的安全性、

2、舒适性以及耐久性都提出了更高的要求。由于具有表面平整、无接缝、行车舒适、噪音低、施工期短、养护维修简便等优点，从20世纪90年代初开始，沥青混凝土作为公路桥梁桥面铺装层面层得到了广泛应用。但许多桥梁在建成通车之后不久就产生了各种病害，在诸多病害中最为普遍的就是桥面沥青混凝土铺装面层出现了开裂、推挤拥包、坑槽等，有的甚至发展到桥面渗水、钢筋锈蚀、铺装层 剥落，从而导致大面积的早期破坏，严重影响了桥梁的耐久性和车辆的正常通行。本文根据平时工作过程中接触到的一些桥梁桥面铺装层病害的调查分析，就桥梁沥青混凝土铺装层早期破坏的原因及防治措施进行简要的探讨，以期为桥梁工程的设计、施工及运营管理提供参考。1

3、. 公路桥梁桥面铺装层的结构与功能1.1公路桥梁桥面铺装层的结构公路桥梁桥面铺装层由桥面沥青混凝土面层、防水层和混凝土找平层构成。其中，沥青混凝土面层一般厚58 cm，多采用12层密级配沥青混凝土。沥青面层应具有较好的变形能力、较好的热稳定性和低温抗裂性，并有良好的防渗水和耐磨抗滑性能；桥面防水层多采用改性沥青防水卷材或防水涂料。防水层厚度根据所使用的防水材料不同而不同，一般厚度为38 mm。考虑到桥梁受力特点及气候环境因素,防水材料必须具有较高的抗拉强度、耐高温和不透水性，而且还应具有较好的低温抗裂性能。桥面混凝土找平层一般使用水泥混凝土，其目的是使基面平整，便于防水层的施工。1.2桥梁桥面

4、铺装层的功能l.2.1铺装层的受力功能承受和传递车轮荷载，对车辆轮重的集中荷载起分布作用；承受车轮的摩擦力，防止车轮直接磨耗桥面；直接承受阳光的照晒、风雨的侵蚀及其他自然环境因素的作用，防止雨雪水侵入桥梁结构内造成混凝土损坏及钢筋锈蚀等；参与主梁的受力。裸梁与裸梁上铺设桥面铺装层后的对比试验表明，裸梁状态下的实测挠度比有铺装层的大1220。1.2.2铺装层的服务功能设计合理、施工质量优良的铺装层，在设计使用年限内，能有效地为使用者提供舒适和安全的行车环境；由于铺装层的良好使用质量，可大幅度地降低日常维修费用，为投资者带来可靠的经济效益。2.桥面铺装层发生早期破坏的原因调查分析表明，在车辆荷载及

5、各种自然环境因素作用下桥梁桥面沥青混凝土铺装层的早期破坏主要是剪切破坏，常表现为桥面沥青混凝土面层先出现横向拥包与推移开裂，后出现纵向撕裂，再形成坑槽，最后沥青面层脱落。桥面铺装层早期破坏已成为公路桥梁最常见的病害之一，尤其对于高速公路桥梁，由于其跨径大、坡度大、交通量大、车速高、车辆荷载大、超载车辆多，桥面铺装层早期破坏更严重。下文对造成桥面铺装层早期破坏的原因作简要分析。2.1设计方面的原因(1)设计交通量与实际交通量不符。由于我国经济和社会的快速发展，公路交通基础设施不断改善，使得各地实际交通量的增长较快，而且往往较难准确预测。例如，某公路桥梁设计年均交通增长率为10，但该桥梁建成后实际

6、年均交通增长率为32。实际交通增长率远大于桥梁设计交通增长率，交通量的快速增长，必然导致或加速桥面铺装层的疲劳破损。(2)设计累计标准轴载数与实际累计标准轴载数不符合目前桥面沥青混凝土面层设计采用以轴载l00kN的双轮组单轴为标准轴载，以弯沉值和设计年限内累计标准轴载数为控制指标。但实际通行的车辆中超重和超载车辆越来越多，超载车轴载普遍为200300 kN，远远大于设计标准轴载100 kN。而交通量调查中并没有考虑超重和超载的问题，这就造 成在使用年限内设计累计标准轴载数与实际累计标准轴载数不相符，也就相当于在使用年限内降低了设计累计标准轴载数，减少了沥青混凝土面层的使用寿命。正是这部分超重和

7、超载车辆加大了对桥梁的作用力，加速了桥面铺装层的疲劳破损，促使铺装层发生早期损坏。(3)桥面铺装结构层间结合状态与设计不符。现行桥面铺装层设计是完全按照道路沥青路面设计方法进行的。设计认为桥面铺装结构主要在垂直方向受力和变形，其层间结合是呈完全均质连续状态。但实际上桥梁是一种处于空间的结构物，桥面铺装层是由多种材料组成的多层结构，结构层间结合并不完全连续，除受垂直荷载力外，还有弯拉、纵向及横向水平力和偏心扭曲力，在三个方向都有可能产生变形。在桥梁使用过程中随着桥梁结构变形，必然会使桥面铺装结构层间出现错动，从而使桥面铺装层产生剪切破坏。(4)桥面铺装层设计厚度与其所受应力水平不相符。根据柔性路

8、面设计理论，在车轮垂直压力作用下，除了在车轮下方的结构层产生竖向正应力外，同时会产生水平剪应力。根据均质弹性半空间体在圆形均布荷载作用下荷载轴线各点竖向应力和水平剪应力系数曲线可知，在荷载作用下，路面结构层所受应力随着结构深度(厚度)的增加而逐渐减少，当结构深度(厚度)分别超过20 cm和10 cm后，结构所受的竖向应力和水平剪应力就很小了。而水平剪应力正是造成桥面沥青混凝土面层破坏的主要原因。现场试验检测表明，在不同温度、不同荷载作用下，沥青路面下最大剪应力的位置也是不同的，检测结果如表1所示。试验结果还表明，车辆在急刹车和启动时，结构内所受水平剪应力最大值的位置是在路表面下510 cm处，

9、并不是在路表面。桥面铺装层厚度的 变化，对层间水平剪应力是有影响的。当桥面沥青混凝土面层厚度由5cm变化到10 cm时，铺装层内最大剪应力会有所增大。而当沥青混凝土面层厚度大于10 cm时，最大剪应力随铺装层厚度的增大而显著减小。因此，桥面沥青混凝土面层的合理厚度宜在1012 cm，而目前桥面沥青混凝土面层厚度普遍为58 cm，恰使桥面防水层处于铺装层水平剪应力最大的位置，防水层受到剪切破坏而导致桥面沥青混凝土面层开裂损坏。(5)防水层厚度不合理。试验表明，不同防水材料、不同防水层厚度对桥面铺装层闾抗水平剪应力能力有明显影响。随着防水层厚度的增加，铺装层间抗剪能力会有所降低。当防水层厚度为3

10、mm时，结构层间的抗剪能力较大。因此，桥面防水层的厚度宜为3 mm。但目前桥面铺装层设计中防水层大多采用防水卷材，而卷材标准厚度为35 mm，即使只铺一层，其防水层厚度至少也有4mm，若铺两层则厚度可达610 mm。防水层厚度大造成层间抗剪能力降低，在水平剪应力作用下产生层间滑动，使沥青混凝土面层开裂。2.2施工方面的原因(1)桥面铺装层与主梁面(即行车道板)粘结不牢一般情况下，结构梁(板)浇注完后，顶面一般比较光滑，且有一层几毫米厚的浮浆，如果在施工桥面铺装层前不认真处理梁(板)面，则铺装层与梁(板)不能紧密结合，致使铺装层处于单独承受各种应力的状态，很容易受到破坏。(2)桥面混凝土找平层施

11、工质量不符合要求找平层混凝土原材料质量不合格，配合比选用不好，水灰比偏大，干缩性较大，养护不符合要求等都会使找平层产生收缩裂纹，通车后就会逐渐向上扩展而导致防水层及沥青混凝土面层大面积破损。另外，找平层表面的平整度、粗糙度、强度、浮渣、清洁度、潮湿状况等不符合要求时，都会直接影响找平层与防水层之间的粘结，从而减小层间抵抗水平剪应力的能力，最终导致防水层及沥青混凝土面层开裂。(3)沥青混凝土面层质量不符合要求。沥青混凝土原材料质量不合格、粗细骨料级配及配合比不符合要求、沥青混合料拌和不均匀、混合料摊铺厚度不均匀、混合料碾压不合格等都会导致沥青混凝土面层产生裂缝而发生损坏，或易在水平剪应力的作用下

12、发生层间错动而拉断沥青混凝土面层。(4)防水层卷材接茬处施工质量不符合要求。目前国内桥面防水层多使用改性沥青防水卷材，施工中若防水卷材搭接缝施工质量低劣，接茬不实，接茬粘结不良，接茬处就有可能存有空隙，那么接茬部位就成了防水卷材抗剪能力的薄弱处，在水平剪应力作用下，防水卷材接茬处就会产生错动，直至拉断防水卷材，而导致沥青混凝土面层开裂。(5)桥面铺装结构层间结合不良。桥面铺装层是由多种材料组成的多层结构，铺装层设计就是“假定层间呈完全连续状态”，因此，相邻层次间的良好结合是保证结构整体稳定性的重要条件。如果施工过程中混凝土找平层与防水层之间未能很好粘结或防水层与沥青混凝土面层之间未能很好粘结，

13、将减小层间抵抗水平剪应力的能力，在水平剪应力的作用下，发生层间错动，从而拉断沥青混凝土面层。2.3运营管理方面的原因目前干线公路桥梁日交通量都在几万至十几万辆，出于经济利益，货车车主往往超载超速行驶，各地管理部门虽然也投入大量的人力、物力资源进行整治，但效果不佳。有些地方建立的“治超站、限速站”形同虚设，不但起不到应有的作用，反而成为腐败的温床。一方面，超载超速车辆对桥梁产生的作用力远大于桥梁设计标准，车辆荷载所产生的各种作用力均通过桥面沥青混凝土面层作用在桥梁上，造成沥青混凝土面层破坏。另一方面，由于沥青混凝土铺装面层存在空隙，车辆在有水的桥面行驶时，空隙中的水在车轮的碾压下会产生瞬间的脉动

14、动态水压，称之为“唧筒”效应。车辆越重、车速越高、交通量越大，“唧筒”效应产生的脉动动态水压越大，而该压力水对沥青混凝土面层的_渗透作用远大于静态水。一旦桥面沥青混凝土面层出现细微裂缝，桥面水很快就会被压入铺装层，由于“唧筒”效应而导致和加速桥面铺装层的破坏。3.防治铺装层早期破坏的措施3.1设计方面的措施(1)研究和建立专门的桥面铺装层设计方法目前桥面铺装层设计主要采用路面设计方法，缺乏对桥面铺装层结构受力状况的深入系统研究，没有考虑重载高速车辆的问题，致使设计的铺装层与实际受力情况不相符合，这是造成铺装层早期破坏的根本原因。因此，研究和建立专门的铺装层设计方法是解决铺装层早期破坏问题的基础

15、。(2)适当增加沥青混凝土铺装面层厚度。一方面，根据桥面铺装层实际受力状况，应适当增加沥青混凝土面层的厚度，以使桥面铺装层所受的最大水平剪应力处于沥青混凝土面层内，避免防水层受剪破坏；另一方面，适当增大沥青混凝土铺装面层厚度，以适应行车速度高、载重量大和车流量大的需要。就目前的情况看，桥面沥青混凝土面层厚度应适当加厚，建议一级公路和高速公路应根据车速、载重量、车流量情况，沥青混凝土面层厚度宜为1012 cm。 (3)采用防水涂料作为桥面防水层。为了防止雨水渗入桥梁结构内损坏桥梁结构，交通部颁布的有关规范规定，“在桥梁铺装层内铺设防水层”，并“应选用便于施工、坚固耐用、质量稳定的防水材料”。出于

16、经济和施工等方面的考虑，绝大多数桥梁都选择改性沥青防水卷材作防水层材料，有时甚至铺设多层，这都会导致防水层厚度较大。在水平剪应力的作用下，发生层间错动，从而拉断沥青混凝土面层。另外，防水卷材与沥青混凝土面层结合较好，而与水泥混凝土找平层结合一般较差。而防水涂料与水泥混凝土找平层和沥青混凝土面层结合都较好。因此，桥面防水层采用改性沥青防水涂料，既可减小防水层厚度，又可提高层间粘结力，增加铺装层抗剪能力。(4)增大主梁体的刚度。目前，桥梁上部结构设计为了追求节省材料、降低造价，多采用空心板梁，虽然结构整体能满足强度需求，但由于梁体刚度较小，产生的挠度较大，在车辆荷载作用下，梁体的反复挠曲变形加上反

17、复的局部弯沉变形，必然会加快桥面铺装层的破坏。因此，应设法增大梁体刚度。(5)加强梁体与铺装层的结合。梁体必须设置足够的预埋钢筋，以与桥面找平层钢筋焊接相连，确保梁体与桥面铺装层紧密结合，连成一体，共同作用。3.2施工方面的措施(1)采取各种措施，确保主梁与铺装层的结合在桥面混凝土找平层施工前，应彻底冲洗桥面板，凿除桥面板上浮浆、油污，使表面粗糙；用洁净无污染的水，反复冲洗，清除梁体上的一切杂物，使新老混凝土粘结牢固。在浇注桥面找平层混凝土前数小时，用洁净的水浇洒桥面板，尤其是在气温高的季节，提早洒水，使梁体上表面温度降低，梁体内储蓄的部分热量，随着水分的蒸发不断传导出来，这样可避免梁体因本身

18、干燥，内温高而过多吸收混凝土中水分，导致下层混凝土提早硬化干缩产生裂缝。要合理确定铺装找平层的施工时间，在温差较大季节及炎热天气，要避开中午高温时施工，安排下午开始至夜间施工为宜。这样可避免产生温差拉应力而引起裂缝。为了确保梁体与铺装层紧密结合，共同作用，找平层内钢筋与梁体预埋钢筋最好用搭接焊方式相连，焊缝长度及质量等应满足施工规范要求。(2)严格控制桥面找平层与沥青混凝土面层的施工质量,严格加强对找平层的施工质量控制，施工所使用原材料、混合料及配合比、混凝土的搅拌与浇注等均应按施工规范的要求进行控制。必须加强找平层混凝土的养护，在不少于7 d养护期间内连续保持混凝土的湿润状态，以保证混凝土强

19、度正常增长。此外，在防水层施工前，还应保证找平层表面平整、密实、清洁、干燥，确保找平层与桥面防水层紧密结合。桥面沥青混凝土面层本身的施工质量对于防止其发生开裂破坏也非常重要。因此，应控制好沥青混凝土面层施工的每一个环节，使铺筑的沥青混凝土面层平整密实，符合设计文件规定的各项要求。(3)做好防水卷材接茬处的施工质量。现场钻芯取样检测表明，桥面沥青混凝土面层开裂的位置多是从防水卷材接茬处开始的。因此，应加强对防水卷材接茬处的质量控制，确保接茬密实无空隙、粘结良好。(4)确保铺装层内各结构层间的良好结合。铺装层内相邻层次间的良好结合是保证铺装层结构整体稳定性的重要条件。确保铺装层内相邻层次之间良好的粘结是防止铺装层发生破坏的重要措施。因此，施工时，必须严格执行施工程序，使找平层与防水层、防水层与沥青混凝土面层之间