韓善偉 (中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司江蘇南京210024)

0 引言

在中國(guó)高速公路目前的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，橋梁所占比例越來(lái)越高，而混凝土橋梁又在其中占據(jù)了相當(dāng)大的比例?；炷翗蛄壕哂屑夹g(shù)成熟，造價(jià)低廉，結(jié)構(gòu)形式多樣等特點(diǎn)，但其在運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)諸如橋面鋪裝開(kāi)裂等問(wèn)題[1]，降低了混凝土橋梁的耐久性和安全性，提高了管理養(yǎng)護(hù)成本[2,3]。針對(duì)這一情況，開(kāi)展了混凝土橋面鋪裝修筑技術(shù)研究，以?xún)?yōu)化混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、提高橋面鋪裝層的耐久性。

1 橋面鋪裝病害歸類(lèi)

混凝土橋面鋪裝的病害類(lèi)型與橋梁結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，混凝土箱梁的橫隔板以及混凝土T梁的加勁肋等構(gòu)件均會(huì)對(duì)橋面鋪裝的受力狀態(tài)產(chǎn)生影響，因此混凝土橋面鋪裝的受力特點(diǎn)和傳力機(jī)理較為復(fù)雜。根據(jù)對(duì)既有混凝土橋梁橋面鋪裝的病害統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其病害類(lèi)型主要可分為開(kāi)裂（包括縱橫向裂縫和斜裂縫），表面變形，表面破損以及表面缺陷四大類(lèi)。則對(duì)這四類(lèi)橋面鋪裝病害進(jìn)行一一闡述。

混凝土橋面鋪裝開(kāi)裂是橋面鋪裝病害中最為常見(jiàn)的一種病害形式，其又可細(xì)分為受拉區(qū)開(kāi)裂、疲勞網(wǎng)狀裂紋以及對(duì)接裂縫等。由于混凝土的抗拉強(qiáng)度較小，在超靜定混凝土橋梁的負(fù)彎矩區(qū)段，其混凝土橋面板由于預(yù)應(yīng)力損失或正彎矩下?lián)线^(guò)大等原因?qū)е仑?fù)彎矩區(qū)橋面鋪裝拉應(yīng)力超限而產(chǎn)生裂縫，如圖1所示?；炷翗蛎驿佈b作為直接承受車(chē)輛局部輪載的結(jié)構(gòu)，其在荷載的反復(fù)作用下還可能產(chǎn)生疲勞裂縫，這種裂縫寬度較小且呈網(wǎng)狀分布如圖2所示?；炷翗蛎驿佈b病害按成因還可分為滑移裂縫、龜裂及不規(guī)則裂縫、疲勞裂縫、負(fù)彎矩導(dǎo)致的裂縫和溫度變化引起的裂縫等。

圖1 橫向開(kāi)裂

圖2 網(wǎng)狀裂縫

表面變形。由于渠化交通的影響，混凝土橋面鋪裝在承受活載作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的變形，而這種變形進(jìn)行累積之后則可能產(chǎn)生車(chē)轍，如圖3所示。若此時(shí)未對(duì)混凝土橋面鋪裝采取養(yǎng)護(hù)措施，則可能進(jìn)一步發(fā)展形成橫向的推移變形，如圖4所示。這兩種病害是鋪裝層變形病害的主要表現(xiàn)形式，其中車(chē)轍變形可能發(fā)生的時(shí)間較早，而推移變形病害的產(chǎn)生則說(shuō)明混凝土橋面鋪裝病害已經(jīng)達(dá)到了較為嚴(yán)重地步。

圖3 橋面鋪裝出現(xiàn)車(chē)轍

圖4 通車(chē)兩年后鋪裝層出現(xiàn)的推移

混凝土橋面鋪裝表面破損主要包括坑槽和補(bǔ)坑兩種病害形式。在混凝土鋪裝層在施工時(shí)發(fā)生骨料離析或者攤鋪厚度不均勻時(shí)，容易引起坑槽破壞，如圖5所示。而補(bǔ)坑破壞則出現(xiàn)于對(duì)鋪裝層進(jìn)行修復(fù)后的補(bǔ)塊邊緣，由于修復(fù)后的材料與鋪裝施工時(shí)的材料力學(xué)性能存在差異，難以形成一個(gè)結(jié)構(gòu)整體共同受力因此會(huì)產(chǎn)生補(bǔ)坑的二次病害，如圖6所示。

圖5 鋪裝層上的坑槽破壞

圖6 鋪裝層的補(bǔ)塊邊緣出現(xiàn)新的坑槽破壞

混凝土橋梁表面缺陷病害主要產(chǎn)生在瀝青混凝土橋面鋪裝層中，其由于施工缺陷以及材料特點(diǎn)可能產(chǎn)生松散病害，如圖7、8所示。這是由于在鋪裝層以及靠近橋梁邊緣處施工碾壓不足造成的，這類(lèi)病害對(duì)混凝土橋梁的影響較小，但也應(yīng)在發(fā)現(xiàn)后及時(shí)進(jìn)行處理。

圖7 鋪裝層結(jié)構(gòu)縫處未壓實(shí)部分

圖8 鋪裝層邊緣未壓實(shí)部分

2 橋面鋪裝設(shè)計(jì)原則

根據(jù)上述分析，導(dǎo)致混凝土橋梁鋪裝層產(chǎn)生病害的原因多樣，需要具有針對(duì)性的具體分析，橋面鋪裝的防水性能、粘結(jié)性能以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性對(duì)鋪裝層結(jié)構(gòu)的耐久性影響顯著。因此在進(jìn)行橋面鋪裝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循如下原則，以抑制橋面鋪裝病害的產(chǎn)生，提高其耐久性：

2.1防水長(zhǎng)效

橋面鋪裝在破損后極易受到雨水的侵蝕后發(fā)生進(jìn)一步的損壞，因此橋面鋪裝的防水性至關(guān)重要?？赏ㄟ^(guò)鋪設(shè)防水層提高橋面鋪裝的防水性能，而防水層不單單和橋面鋪裝一同承受車(chē)輛荷載的反復(fù)作用，同時(shí)還會(huì)受到動(dòng)水壓力的作用，這就要求橋面鋪裝防水層能夠在長(zhǎng)期的荷載作用下兼具防水性和耐久性，這樣才能有效的對(duì)橋梁鋪裝結(jié)構(gòu)提供可靠的防護(hù)作用。

2.2粘結(jié)牢固

橋面鋪裝結(jié)構(gòu)仍然可細(xì)分為磨耗層，防水層，結(jié)構(gòu)層等多層結(jié)構(gòu)。既有研究表明橋面鋪裝層間粘結(jié)失效是導(dǎo)致鋪裝層產(chǎn)生病害的主要原因之一。層間粘結(jié)失效后首先可能發(fā)生鋪裝層的推移和擁包病害，其次在結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形之后受力狀態(tài)也發(fā)生改變，車(chē)轍，開(kāi)裂等病害也會(huì)隨之發(fā)生，因此橋面鋪裝結(jié)構(gòu)必須保證橋面板與鋪裝層間粘結(jié)力的可靠性，避免或減緩各種鋪裝層病害的發(fā)生。

2.3結(jié)構(gòu)合理

雖然橋面鋪裝層病害主要發(fā)生于具有較長(zhǎng)的服役期橋梁上，但其根本原因仍在于力學(xué)方面。橋面鋪裝層本身的抗力不足是其在偏離合力的設(shè)計(jì)受力狀態(tài)后立即產(chǎn)生病害的直接原因。良好的橋面鋪裝層設(shè)計(jì)不僅應(yīng)具有合適的材料強(qiáng)度安全儲(chǔ)備，還能保證鋪裝層在荷載長(zhǎng)期作用下能夠適應(yīng)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的受力和變形。因此，在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合理的鋪裝結(jié)構(gòu)，能夠在很大程度上降低結(jié)構(gòu)體系內(nèi)的應(yīng)力影響，從而有效減少鋪裝層病害發(fā)生的幾率。

3 結(jié)語(yǔ)

采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研的方式對(duì)混凝土橋面鋪裝病害進(jìn)行了分析，將其分為裂縫、表面變形、表面破損和表面缺陷4類(lèi)，并針對(duì)其各自特點(diǎn)進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)之上提出了針對(duì)混凝土橋面鋪裝的防水長(zhǎng)效，粘結(jié)牢固和結(jié)構(gòu)合理3個(gè)設(shè)計(jì)原則，為提升我國(guó)混凝土橋面鋪裝修筑技術(shù)和工程質(zhì)量提供了參考和依據(jù)。