陳華梅

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012)

?

橋面薄層罩面鋪裝對(duì)簡(jiǎn)支梁橋結(jié)構(gòu)安全性的影響

陳華梅

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012)

為評(píng)定橋面罩面層鋪裝對(duì)簡(jiǎn)支梁橋結(jié)構(gòu)安全性的影響，結(jié)合工程實(shí)例，采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定相結(jié)合的方法，對(duì)某橋橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行評(píng)定，并驗(yàn)算了不同厚度罩面對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力的影響。結(jié)果表明：該橋橋面鋪裝存在較多橫向裂縫，并伴有坑槽、坑洞等早期橋面病害，需要對(duì)橋面加鋪罩面層來(lái)恢復(fù)橋面使用功能，然而加鋪罩面層會(huì)增加橋梁結(jié)構(gòu)荷載，且大橋技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)為3類(lèi)；對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力進(jìn)行檢算，發(fā)現(xiàn)直接在原橋面鋪裝上分別加鋪不同厚度(15～40 mm)的熱拌瀝青混合料(AC-5)薄層罩面，其安全等級(jí)仍能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。因此對(duì)于此類(lèi)橋梁橋面鋪裝的早期橋面病害處治，可采用加鋪罩面的方案，雖導(dǎo)致二期恒載提高，但橋梁承載能力仍能符合設(shè)計(jì)荷載安全等級(jí)要求。

橋梁工程；技術(shù)狀況評(píng)定；薄層罩面；早期病害；承載能力

薄層罩面起源于法國(guó)，其作為一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，通常適用于路面養(yǎng)護(hù)的前、中期階段，防止路面質(zhì)量繼續(xù)惡化，提高路面平整度及行車(chē)舒適度，可抗滑、抗?jié)B、減噪[1-2]。熱拌瀝青混合料(AC-5)薄層罩面是介于薄磨耗層與厚表面處治之間的一種路面結(jié)構(gòu)，現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定其適宜攤鋪厚度為15～40 mm，其結(jié)構(gòu)劃分為表面磨耗層和防水粘結(jié)層，適用于原路面承載能力高、抗變形能力好，但路表抗滑性能衰減，出現(xiàn)裂縫、坑洞、車(chē)轍(H<15mm)等病害[3-8]。

橋面鋪裝在行車(chē)荷載和自然環(huán)境因素交替作用下，容易出現(xiàn)推移、擁包、裂縫、坑洞和橋面滲水等早期病害。薄層罩面可以作為一種新型的橋面鋪裝預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，用于防治橋面鋪裝早期病害。但是加鋪薄層罩面勢(shì)必會(huì)增加橋梁二期恒載，從而改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系，影響橋梁結(jié)構(gòu)承載能力。本文以實(shí)際工程為背景，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)總體技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)定，檢算其原結(jié)構(gòu)承載能力；繼原結(jié)構(gòu)上分別加鋪15 mm、25 mm、35 mm、40 mm薄層瀝青混合料罩面，驗(yàn)算其承載能力是否滿(mǎn)足相應(yīng)荷載等級(jí)要求，為類(lèi)似橋梁養(yǎng)護(hù)提供一定參考。

1　工程概況

某高速公路高架橋，橋梁全長(zhǎng)424.8 m，橋梁總寬14.0 m，橋面凈寬13.0 m。橋型結(jié)構(gòu)為11 m×20 m+10 m×20 m 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板簡(jiǎn)支梁，采取橋面連續(xù)方式，為B類(lèi)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。下部構(gòu)造為柱式墩配樁基礎(chǔ)、肋板式橋臺(tái)配樁基礎(chǔ)。預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁標(biāo)號(hào)為C50，橋面鋪裝采用10 cm厚C50防水混凝土及8 cm厚瀝青混凝土，墩柱、橋臺(tái)、蓋梁、耳墻均采用C30混凝土，橋臺(tái)、橋墩配樁基礎(chǔ)采用C25混凝土。預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)采用公稱(chēng)直徑Φj15.0 mm低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 500 MPa，彈性模量E=1.9×105MPa。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：公路-Ⅰ級(jí)；設(shè)計(jì)安全等級(jí)：1級(jí)；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0;設(shè)計(jì)坡度：雙面橫坡2%。

2　橋梁技術(shù)狀況評(píng)定

2.1構(gòu)件劃分

橋梁構(gòu)件劃分見(jiàn)表1。

表1　橋梁構(gòu)件劃分

2.2病害檢測(cè)結(jié)果

2.2.1橋面系病害檢測(cè)結(jié)果

橋面鋪裝層墩頂處普遍出現(xiàn)橫向裂縫，并伴有坑槽、坑洞、麻面等病害，全橋共計(jì)27條橫向裂縫，裂縫長(zhǎng)約1.16～12.06 m，縫寬約1.2～3.6 mm，8處坑洞坑深均超過(guò)2 cm。3道伸縮縫基本較好，兩側(cè)混凝土護(hù)欄多處破損、露筋，中央分隔帶護(hù)欄局部缺失、損壞，部分泄水孔堵塞。橋面系典型病害照片如圖1所示。橋面系技術(shù)狀況評(píng)分見(jiàn)表2。

表2　橋面系技術(shù)狀況評(píng)分

圖1　橋面系典型病害

2.2.2橋梁上部結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果

全橋273 片空心板共計(jì)有28片空心板板底出現(xiàn)縱向裂縫，1片空心板底出現(xiàn)橫向裂縫，總計(jì)縱向裂縫33條，橫向裂縫1條，其中有4條縱向裂縫寬度值超限，大多數(shù)裂縫伴有明顯的滲水現(xiàn)象，部分空心板底出現(xiàn)蜂窩、麻面，其中第3 跨、第17跨空心板板下為行車(chē)道路，兩跨空心板底面有明顯的車(chē)輛刮擦痕跡，且未懸掛限高標(biāo)識(shí)。全橋273片空心板共計(jì)有252 條鉸縫，其中有46條鉸縫出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，32條鉸縫有不同程度的砂漿脫落。全橋1 092個(gè)支座中有140個(gè)出現(xiàn)不同程度的脫空現(xiàn)象。上部結(jié)構(gòu)典型病害照片如圖2所示。上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)分見(jiàn)表3。

圖2　上部結(jié)構(gòu)典型病害

評(píng)價(jià)部件重新分配后權(quán)重構(gòu)件評(píng)分部件評(píng)分主要承重構(gòu)件一般承重構(gòu)件支座0.700.180.1265.5666.2268.9366.08

2.2.3橋梁下部結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果

該橋墩柱外觀(guān)普遍較好，表面光潔，未見(jiàn)明顯異常，局部有破損、露筋現(xiàn)象，共計(jì)有12道蓋梁出現(xiàn)52處破損、露筋，9 條裂縫，縫寬未超限值。0#橋臺(tái)右幅臺(tái)帽局部破損、露筋。0#臺(tái)側(cè)錐坡有3 條裂縫，21#臺(tái)側(cè)錐坡坡面雜草生長(zhǎng)。下部結(jié)構(gòu)典型病害照片如圖3所示。下部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)分見(jiàn)表4。

圖3　下部結(jié)構(gòu)典型病害

評(píng)價(jià)部件重新分配后權(quán)重構(gòu)件評(píng)分部件評(píng)分橋墩基礎(chǔ)錐坡、護(hù)坡河床橋臺(tái)翼墻、耳墻0.310.280.010.070.310.0282.8310072.5010085.010089.75

2.3橋梁技術(shù)狀況評(píng)定

橋梁總體技術(shù)狀況評(píng)分見(jiàn)表5。全橋總體技術(shù)狀況得分75.55，根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21-2011)第4.1.5 條可判定該橋?yàn)?類(lèi)橋，需要進(jìn)行中修，酌情進(jìn)行交通管制。

表5　橋梁總體技術(shù)狀況評(píng)分

3　不同厚度罩面結(jié)構(gòu)承載能力檢算

在原橋面鋪裝上分別加鋪15 mm、25 mm、35 mm、40 mm薄層罩面進(jìn)行跨中截面抗彎承載能力及支點(diǎn)截面抗剪承載力檢算，瀝青混凝土重度取23 kN/m3，其檢算結(jié)果見(jiàn)表6～7。

表6　加鋪不同厚度薄層罩面正截面抗彎承載能力檢算結(jié)果

表7　加鋪不同厚度薄層罩面斜截面抗剪承載能力檢算結(jié)果

由表6～7可知，隨著瀝青混凝土加鋪厚度的增加，橋梁結(jié)構(gòu)正截面抗彎承載力安全系數(shù)逐漸減小，分別比加鋪前減小5.0%，7.4%，9.6%，12.8%;斜截面抗剪承載力安全系數(shù)相比加鋪前分別減小0.1%，3.5%，4.9%，5.8%，相比抗彎承載力變化幅度較小。當(dāng)加鋪厚度為40 mm時(shí)，正截面抗彎承載力安全系數(shù)僅為1.184，相對(duì)于1.100的安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，雖能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載安全等級(jí)要求，但其安全儲(chǔ)備不足。這也正說(shuō)明相對(duì)于一般攤鋪厚度為40 mm的常用面層混合料(AC-13、AC-16)，薄層罩面混合料(AC-5)有其優(yōu)勢(shì)。在此考慮結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備、施工和易性以及經(jīng)濟(jì)效益，建議加鋪層設(shè)計(jì)厚度為15～30 mm。因此，對(duì)于橋梁總體狀況等級(jí)評(píng)定為3類(lèi)的舊橋，在橋梁進(jìn)行加固時(shí)，直接加鋪熱拌瀝青混合料薄層罩面是可行的。

4　結(jié)論

1)通過(guò)對(duì)某空心板簡(jiǎn)支梁橋進(jìn)行橋梁技術(shù)狀況評(píng)定，評(píng)定該橋?yàn)?類(lèi)橋。

2)分別對(duì)比了橋梁加鋪前和加鋪15 mm、25 mm、35 mm、40 mm薄層罩面后正截面抗彎承載力和斜截面抗剪承載能力，得出安全系數(shù)均隨加鋪厚度增加而減小，正截面抗彎承載能力減小幅度相對(duì)較大；當(dāng)加鋪厚度為40 mm時(shí)，雖能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載安全等級(jí)要求，但其安全儲(chǔ)備不足。

3)相對(duì)于一般攤鋪厚度為40 mm的常用面層混合料(AC-13、AC-16)，薄層罩面混合料(AC-5)有其優(yōu)勢(shì)。在此考慮結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備、施工和易性以及經(jīng)濟(jì)效益，建議加鋪層設(shè)計(jì)厚度為15～30 mm。

4)加載鋪裝對(duì)簡(jiǎn)支梁橋結(jié)構(gòu)有一定的影響，通過(guò)驗(yàn)算得出該橋在進(jìn)行加固時(shí)，直接加鋪薄層瀝青混合料罩面是可行的。

[1]趙巖荊，房濤，倪富建，等.薄層瀝青混凝土在橋面鋪裝中的力學(xué)響應(yīng)[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2010,10(3):1-9.

[2]銀彥鵬.淺談瀝青路面維修改造施工工藝[J].山西交通科技，2015(2):15-17.

[3]李美華,覃潤(rùn)普.TLA改性瀝青BLSMA-16混合料配合比設(shè)計(jì)及路用性能研究[J].公路工程，2012,37(3):127-133.

[4]許德錄.高速公路瀝青路面薄層罩面養(yǎng)護(hù)技術(shù)與施工方法[J].瀝青技術(shù)，2008(13):158-159.

[5]王金學(xué).薄層罩面技術(shù)在高速公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用[J].交通世界(建養(yǎng)機(jī)械)，2008(15):55-57.

[6]李茂政，孫仁娟，鄭麗，等.美國(guó)薄層混凝土罩面技術(shù)簡(jiǎn)介[J].公路，2015(1):194-198.

[7]王曉東，林巖松，侯蕓.同步薄層罩面技術(shù)簡(jiǎn)介[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2010(1):6-8.

[8]唐藝，謝強(qiáng)，何小波，等.簡(jiǎn)支箱梁橋橋面加載鋪裝結(jié)構(gòu)安全性分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，2015(s1):104-108.

[9]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG/T H21-2011公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民交通出版社，2011.

(責(zé)任編輯吳鴻霞)

Safety Influence of Bridge Thin Deck Overlay Pavement on Structure of Simple Supported Beam Bridge

Chen Huamei

(Shanxi Communications Planning Survey & Design Institute,Taiyuan Shanxi 030012)

In order to evaluate the safety influence of the bridge thin deck overlay pavement on the structure of simply supported beam bridge,the bridge deck system,the upper structure and the lower structure of the bridge are evaluated based on the combination of the field test method and the technical condition assessment of the highway bridge.And the influence of different thickness cover on the structural carrying capacity is verified.The results show that there are many transverse cracks and early deck diseases such as pits and potholes on the deck pavement,and deck overlays are needed to restore deck function.However,the overlay will increase the bridge load,and the technical condition of the bridge is evaluated as category 3.After calculating the bearing capacity of the bridge structure calculation,it is found that paving hot mix asphalt (AC-5) overlay with thickness (15～40 mm) directly on the original bridge deck can meet security level of the design requirements.Therefore,for early treatment of the deck disease of this kind of bridge deck pavement,although the deck overlay pavement leads to the increase in secondary dead load,the bearing capacity of the bridge can still meet the requirements of design load safety level.

bridge engineering;technical condition assessment;thin layer cover; early disease;bearing capacity

2016-05-31

陳華梅，工程師，本科。

10.3969/j.issn.2095-4565.2016.04.009

U448.2

A

2095-4565(2016)04-0035-04