沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析
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桥面铺装常见病害成因分析及其防治措施桥面铺装作为承载车辆和行人交通的重要设施,在使用过程中常常会出现各种病害,如龟裂、坑洞、沉降等,这些病害严重影响了桥梁的使用寿命和安全性能。
本文将对桥面铺装常见病害的成因进行分析,并提出相应的防治措施。
一、龟裂龟裂是指沥青混凝土表层发生的细长裂缝。
龟裂的成因有以下几种:1、材料缺陷。
沥青混凝土材料中含有的杂质、水分和空气都会影响其性能,杂质和水分会减弱混凝土的粘结力,空气则会导致混凝土聚集不均匀,从而造成龟裂。
2、温度变化。
交通荷载和温度变化是导致混凝土龟裂的主要原因之一,因为温度变化会引起混凝土材料的收缩和膨胀,从而导致龟裂。
3、设计不当。
桥面铺装时,如果厚度设计不当、梁板变形不均匀等,会引起混凝土内部应力的不均匀分布,从而导致龟裂的发生。
防治措施:1、加固增强。
在桥面铺装施工前,可以在混凝土表层加铺加强材料,以增强桥面的强度和耐久性。
2、修改设计。
合理的设计和施工可以降低龟裂发生的可能性,如增加混凝土厚度、改善混凝土配合比等方法可以降低龟裂的发生。
3、定期维护。
定期检查桥面铺装的状况,及时发现龟裂并进行维修,可以延长桥面的使用寿命。
二、坑洞桥面铺装坑洞是指混凝土裂缝发展到一定阶段,出现局部凸起和塌陷现象。
坑洞的成因主要有两种:1、车辆荷载。
过重的车辆荷载会对桥梁产生巨大的冲击力,从而导致桥面铺装出现坑洞。
2、材料质量问题。
如果桥梁使用的材料有问题,比如材料中含有过多的杂质等,就会导致桥梁的耐久性降低,从而容易出现坑洞。
1、加强检查。
定期检查桥面铺装状况,及时发现坑洞并进行处理。
2、修改设计。
结合实际情况对桥梁进行设计,可以降低坑洞的发生可能性。
3、加强维护。
对桥梁进行定期维护和保养,包括清洗、涂装等操作,以延长桥面的使用寿命。
三、沉降沉降是指桥面铺装出现下沉现象,导致桥梁不平整。
沉降的成因主要有以下几种:1、地基沉降。
桥梁所处的地基不坚固,受到荷载和自然力的影响容易发生沉降。
摘要: 本文结合作者多年桥梁施工管理的实际经验,针对目前普遍存在的沥青混凝土桥面铺装的早期病害及其原因进行了分析与研究,并由此提出了自己的一些看法与见解,谨供大家作参考之用。
关键词: 桥面铺装;沥青混凝土;病害;施工一、前言桥面铺装的主要作用是分散车轮荷载、保护桥面板及主梁、防止混凝土及钢筋的腐蚀、提高行车的舒适度。
长期以来桥面铺装一直因为是桥梁的附属工程而得不到人们的重视,但是随着一些桥梁特别是大型桥梁桥面铺装的损坏,桥面铺装的质量问题越来越多地受到广大工程界的关注。
桥面铺装层一旦破坏,雨水会沿桥面铺装层的裂缝渗入桥面板,削弱桥面板和桥面铺装层的联系,在荷载作用下桥面铺装层和桥面板间容易发生脱离,同时雨水的渗入加快了桥面板钢筋的锈蚀。
其结果是影响桥梁的使用功能,降低桥梁的使用寿命,影响桥梁的美观,以致改变桥梁的受力状态。
桥面铺装的早期损坏已成为影响高速公路使用功能及诱发交通事故的一大病害。
二、病害综合分析2.1设计方面 2.1.1桥梁承载力低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够,横向构造措施不利使桥面铺装分担了过多的次内力。
对国内2O世纪8O年代所建的整体式钢筋混凝土板桥进行了抽查调查,所调查的桥梁结构大多位于二、三级公路上,由调查可知,整体钢筋混凝土板桥中分布钢筋的面积与主筋的面积之比小于15。
通过有限元分析计算,按纵、横向弯矩综合确定,单列行驶时加重车的单轴限重166.81kN,双列行驶时加重车的单轴限重127.6kN;若只考虑纵向弯矩,单列行驶时加重车的单轴限重166.81kN,双列行驶时加重车的单轴限重140.80kN;由此得出:对于宽跨比大于1的整体式钢筋混凝土板桥,仅考虑横向分布钢筋取纵向主筋的15%是不能满足承载力要求的,应对横向内力进行详细计算,以确定横向筋的数量。
通过交通量调查发现:荷载为20 t以下的车辆数占33.9%,超载车辆占66.1%,桥面板承载能力严重不足,导致桥面铺装严重损坏。
桥面铺装常见病害成因分析及其防治措施桥面铺装是指在桥梁上进行的路面铺装工程,它是连接道路的重要部分,也是保障道路交通安全和顺畅的重要设施。
随着桥面使用时间的增加,其经常会出现一些病害问题,影响到桥面的使用寿命和安全性。
对于桥面铺装常见病害的成因分析及防治措施,我们有必要进行深入研究和探讨。
一、常见病害及其成因分析1. 沥青路面龟裂沥青路面龟裂是指沥青路面表层出现的细小裂缝。
这种情况通常是由于沥青混凝土路面受到了温度变化和车辆荷载的影响,导致路面出现龟裂及断裂。
温度变化引起的龟裂是因为沥青路面在高温下易软化、在低温下易脆化,温度的反复变化使得路面产生应力,从而造成龟裂。
而车辆荷载引起的龟裂则是由于车辆行驶时对路面施加的压力,导致路面发生塑性变形,达到一定程度后会引起路面裂缝。
路面结构不合理设计、材料质量不过关等也会导致沥青路面龟裂的出现。
2. 桥面水损桥面水损是指桥面路面表层因受到雨水浸泡或积水而引起的损坏。
此病害的成因主要有两个方面,一是材料和施工质量问题,如路面防水层设计不合理、材质选择不当,施工质量差等;二是排水系统不畅或设计不合理,导致雨水积聚在桥面上无法排除。
3. 混凝土路面拱起混凝土路面拱起是指桥面混凝土路面出现隆起或鼓起的现象。
它的成因主要有混凝土养护期间水分蒸发不均匀、胎体基础不坚实导致沉降、设计厚度不足等。
4. 桥面裂缝桥面裂缝是指桥面路面出现裂缝病害。
其成因包括沉降变形、材料老化、施工质量差等因素。
二、防治措施1. 沥青路面龟裂的防治措施首先要做好路面的设计和材料的选用工作,确保路面结构合理,材质耐久。
同时在施工过程中,严格控制沥青的温度和厚度,确保施工质量。
及时进行维修和养护工作,对损坏路面进行及时修补和维护,保持路面的平整和整洁。
2. 桥面水损的防治措施在设计和施工阶段要加强防水层的工作,并且选择耐磨耐腐蚀的材料,提高桥面路面的抗水性能。
同时要合理设计和布置排水系统,确保雨水及时流向排水口,避免积水产生。
2010年第3期 (总第193期) 黑龙江交通科技
HE LLONGJIANG JIAOTONG KEJI No.3,2010
(Sum No.193)
沥青混凝土桥面铺装早期破坏原因分析 柳春范 (衡水公路工程总公司)
摘要:桥面铺装是桥面系的一部分,它铺筑在桥面系的上部,主要用来防止行车荷载直接磨耗桥面板,并扩 散荷载,防止主梁遭受雨水侵蚀,同时为车辆提供平整、耐久的行驶表面。 关键词:沥青混凝土;桥面铺装;破坏原因分析 中图分类号:U445.7 文献标识码:c 文章编号:1008—3383(2010)03—0078—01
现在修建的高速公路,其桥面铺装结构设计,一般多采 用沥青混凝土加铺水泥混凝土防水层的结构。这种结构的 优点在于:易于施工,平整度容易控制,行车舒适。其缺点: 如果防水问题解决不好,渗透结构层的水分在反复冻融及重 载车辆的作用下,很容易引起桥面铺装层的早期破坏。 l沥青混凝土桥面铺装早期破坏外观观察 沥青混凝土桥面铺装层在水和车载作用下的早期破坏, 开始并不明显,春融期,在渗入结构层水分较少的情况下,其 表面仅表现为发黑有水渍,很不容易观察到。如果渗透人较 多水分,并且在春融期路面高速行驶的重载车辆的作用下, 结构层内部产生唧浆,水压力达到一定程度后,经水反复冻 融的水泥混凝土浆从沥青混凝土空隙中挤出结构层,在桥面 沥青混凝土表面引起冒浆、松散、破坏,严重的会造成桥面混 凝土破坏,这种情况下,沥青混凝土表面出现带状灰浆,较容 易观察到。 2沥青混凝土桥面铺装破坏的原因分析 在高速公路的养护施工中,笔者亲历了20多个沥青混 凝土桥面铺装的维修。在维修中,对所有的沥青混凝土桥面 铺装进行综合分析,认为主要有以下几个方面的原因。 2.1设计方面 (1)对桥面排水设计没有引起足够的重视。 在桥涵的设计中,往往都注重了防水,但没有重视到排 水问题。沥青混凝土桥面铺装表面层在京石高速公路采用 的是细粒式沥青混凝土结构,石安高速公路采用的是多碎石 沥青混凝土结构。从理论上讲,都是防水的结构。施工生产 中,如果细集料掺加剂量不够,或虽掺加剂量足够但在摊铺 过程中产生离析,或者碾压不当,就会造成沥青表面层混凝 土透水,透人结构层的水蒸发不了,直接作用在桥面铺装结 构层间,造成沥青混凝土桥面铺装破坏。 (2)对桥面泄水孔的设计没有引起重视。 桥面泄水孔,主要是排出路表流水。即使桥面的纵坡和 横坡及泄水孔安装均能满足排除路表水的要求,在雨水较大 时,路表水不可避免地渗透至桥面铺装结构层内,这些水只 能靠蒸发,而不能通过桥面的泄水孔排出,因为泄水孔周围 都是封闭的。 (3)对桥面铺装的结构层过渡结合问题没有引起重视。 在行车道板上面,一般都是高标号的防水混凝土,设计 中没有充分考虑层间的过渡,如果沥青混凝土漏水,不可避 免的使水泥混凝土直接遭受渗透水侵蚀,造成破坏。 2.2施工因素 (1)普通混凝土的弊端。 现有的水泥混凝土大都沿用传统的滚浆法施工工艺来 保证桥面防水混凝土的平整度。这种施工方法容易引起骨 料与填料的部分分离,局部水泥砂浆集中,浮于混凝土表面。 众所周知:水泥砂浆的强度远不如水泥混凝土的强度高。这 些薄弱部位在不能排出的层间、渗透水反复冻融的作用下, 收稿日期:2OLO-02一Ol 作者简介:柳春范,女,工程师,长期从事路桥施工管理工作。 ・78・ 水泥砂浆与水泥混凝土产生分离,形成夹层,长时间荷载作 用后会形成唧浆,破坏结构层,影响沥青混凝土桥面铺装的 使用寿命。 (2)沥青混凝土施工。 ①沥青混凝土不论是何种结构类型和级配范围,从理论 上讲,经过设计和生产调试三个阶段后,是不会有问题的。 但在生产阶段,如果原材料级配尤其是矿粉用量不准或用油 量不准,无论如何,其生产配比与理论配比会有出入。其摩 擦、纹理、稳定性、透水性、压实度等均会出现较大的变化。 ②沥青混凝土的碾压:沥青混凝土施工中,多采用复合 式碾压的方式,胶轮与钢轮压路机相比,胶轮在沥青薄膜作 用下,对沥青混凝土回产生吸附作用,造成层间分离,影响层 间的结合效果和空隙率。 2.3外部原因 (1)积雪、雨水作用。 构造物表面长期不能排出的积雪、积水作用也是桥面渗 水破坏的一个重要的外界因素。桥面长期积聚的雨、雪在液 态情况下,会通过桥面施工的缝隙渗透到结构层中,影响层 间结构的受力效果。 (2)荷载作用。 高速公路上,一般重载车辆速度较快,高速行驶的重载 车辆对桥面产生较大的冲击振动力,从微观上讲,急骤变化 的冲击力在桥面整体产生颤动的过程中,会促使桥面结构层 产生分离。 3桥面铺装层早期破坏的处治方法 (1)将桥面水泥混凝土清扫,对混凝土进行横向拉毛, 凿除表面浮浆,以防止桥面间出现薄弱层,并有利于层间的 结合;并将已经破坏的混凝土彻底凿除,用高于原设计至少
沥青砼桥面铺装早期破坏的原因分析摘要:桥面铺装是桥面系的一部分,它铺筑在桥面系的上部。
本文从设计、施工和其它方面分析了桥面铺装早期破坏的原因,几个结合因素会对桥面铺装产生较大的破坏,严重时会造成钢筋腐蚀、混凝土破坏,影响桥梁的使用寿命。
关键词:沥青桥面铺装破坏原因0 引言桥面铺装是桥面系的一部分,它铺筑在桥面系的上部。
主要用来防止行车荷载直接磨耗桥面板,并扩散荷载,防止主梁遭受雨水侵蚀,同时为车辆提供平整、耐久的行驶表面。
现在修建的二级以上公路,其桥面铺装结构设计,一般多采用沥青混凝土加铺水泥混凝土防水层(防收缩层)的结构,这种结构的优点在于易于施工,平整度容易控制,行车舒适。
其缺点:如果防水问题解决不好,在渗透水反复冻融的情况下,经车载反复作用,很容易引起桥面铺装的早期破坏。
1 沥青砼桥面铺装破坏分析沥青砼桥面铺装层在水和荷载的作用下早期破坏开始不明显,在春融结构层渗透水往上蒸发时,表面蒸发很容易观察到,如果渗透较多水份,蒸发不及时,在高速行驶的重载车辆的作用下,结构层由于动水作用,内部产生唧浆,水压力达到一定程度,砼浆从沥青砼空隙中挤出结构层,造成桥面沥青砼泛白,松散破坏,严重的会造成桥面铺装钢筋破坏。
2 沥青砼桥面铺装破坏的原因分析2.1 设计因素2.1.1 对桥面排水设计没有引起足够的重视在桥涵设计中,往往都注重防水,但没有重视到排水的问题。
沥青砼桥面铺装结构型式,细粒式沥青砼结构和多碎石沥青混凝土结构,从理论上讲,都是防水结构,施工生产如果细集料在生产中掺加剂量不够,或掺加剂量足够但在摊铺过程中产生离析,或者碾压不当,就会造成沥青表面层砼透水,使沥青层间或沥青砼与水泥混凝土层间有游离水,造成沥青砼桥面铺装破坏。
2.1.2 对桥面泄水孔的设计没有引起重视桥面泄水孔,主要是排出地表流水,即便桥面的纵坡和横坡及泄水孔安装均能满足排除表面水的要求,但在雨水较大时,地表水不可避免的会渗透到桥面铺装结构层内,这些水只能靠蒸发,而不能通过桥面的泄水孔排出,因为泄水孔周围都是封闭的。
喃要]本文对沥青混凝土桥面铺装通病及其原因进行了具体分析,结合沥青砼复合桥面铺装从设计、施工、监理、使用等方面,提出了优化措施,具有一定的实际意义。
饫键词]沥青混凝土;桥面铺装;病害分析;优化措啦.1概述沥青混凝土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。
2病害原因分析1)与普通路段沥青相比,桥面铺装层具有沥青铺装的层厚较小、受力体系较为复杂、使用环境恶劣、温度变化影响大等特点。
在车荷载、梁体变形和环境因素等因素的不利组合共同作用下,主要产生两类病害:铺装层内部可产生较大的剪应力,引起不确定破坏面的剪切变形、位移、剪切破坏,产生推移、拥包等车辙病害: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,或施工时碾压不密实或局部离析,表层裂缝或较大孔隙在车辆荷载动水压力及渗入水的作用下,产生面层松散和坑槽破坏等水损病害。
2)造成沥青铺装层早期破损的原因可分为以下几方面:荷载因素:交通量猛增、车辆大型化、荷载等级超过i殳{叶标准。
结构因素:由于受力体系较为复杂,各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。
对复合桥面沥青铺装特别是中小跨径小绞缝简支梁板桥、大跨径钢结构桥面,梁板整体性差、绞缝处及支座负弯矩区开裂。
结合层、防水层等界面材料未进行重点要求,致使结合层抗剪强度不足。
桥梁长大纵坡各结构层沥青砼设计时,采用与一般道路同类型沥青混合料,未对特殊区域进行技术处理。
施工因素:对钢筋砼简支梁板桥,支座安装不稳或垫块材料强度不高,造成个别梁板行车挠动,绞缝开裂甚至脱落。
梁板侧向结合面处理不规范、绞缝质量羞。
梁板安装标高控制不精确,有些现浇梁板堆载预压不规范,实际沉降不均匀造成梁顶标高偏差过大,因而铺装层厚薄不一致,从而嘲氏了梁板与铺装层的整体性强度。
桥面铺装常见病害成因分析及其防治措施桥面铺装是指在桥面上进行的路面铺装工程,常见的病害有沥青路面龟裂、坑槽、起砂、脱空、蜘蛛网状裂缝等。
以下是针对这些病害的成因分析及其防治措施。
1. 沥青路面龟裂的成因分析及防治措施成因分析:龟裂主要是由于沥青路面受到温度变化及车辆荷载作用的影响,导致沥青层产生细小裂缝,进而发展为龟裂。
防治措施:- 定期维护:对于已经产生龟裂的路面,需进行及时维修,填充填料或重新铺设沥青层。
- 防护措施:对于新铺设的桥面铺装,可以使用开裂抑制层或使用高强度沥青混合料,提高路面的抗剪强度,减少龟裂的发生。
- 控制温度变化:通过降低路面的温度变化幅度,可以减少龟裂的产生。
可以采用冷却材料覆盖路面、加装遮阳棚等方法。
2. 坑槽的成因分析及防治措施成因分析:坑槽常常是由于车辆刹车时产生的冲击力和摩擦力导致路面材料破损而形成的。
防治措施:- 坚固路面结构:合理设计桥面铺装结构,增加路面强度和耐久性。
- 加强水密性:在路面铺装中添加适量的剂量,提高沥青混凝土的稠度和粘附性,减少沥青的返弹和溅射。
- 停车时保持距离:车辆停车时应保持一定的安全距离,避免车辆急刹车导致坑槽的产生。
3. 起砂的成因分析及防治措施成因分析:起砂是因为路面材料的抗压强度不足,无法承受车辆荷载,从而导致石料松散、沥青脱落。
防治措施:- 选择合适的材料:选择抗压强度高的材料进行路面铺装,如使用高强度沥青混凝土。
- 加强路面密实度:通过采用合适的施工工艺和设备,提高路面的密实度,增加材料的粘合性和抗压强度。
- 定期养护:对已经产生起砂的路面,可以通过覆盖修补层、密封层等方式进行维修。
4. 脱空的成因分析及防治措施成因分析:脱空是指路面层与基层之间发生松散、空隙等现象,主要是由于材料粘附性不足、路面质量不达标等原因导致。
防治措施:- 合理设计路面结构:保证路面结构层次齐全,并注意层间粘结性能的要求。
- 定期检查维护:加强对桥面铺装的定期检查,发现问题及时进行维修,修补脱空处,并密封路面缝隙,提高路面的粘附性能。
沥青路面早期病害成因分析及影响摘要:本文主要阐述了沥青路面中常见的一些早期病害。
根据沥青路面早期病害的特点,从沥青路面设计、路用材料、路基路面施工及养护等方面对沥青路面早期病害的成因进行分析并阐述了沥青路面早期病害对沥青公路的影响。
关键词:沥青路面、病害分析、影响前言:近年来,随着国家对公路建设投资力度的加大,我国的公路工程建设十分迅速。
中国90%的公路路面均采用沥青路面。
但是随着一条条公路的建成并投入运营,沥青路面早期病害现象也越来越引起业内人士的普遍关注。
目前沥青混凝土最常见的早期病害现象有裂缝、水破坏、泛油、松散、等。
产生的主要因素涉及沥青路面设计、路用材料、路基路面施工及养护等方面。
如不及时处理将会影响道路的使用性能。
或者在通车当年即发生病害,正常维修期大大提前,公路行使质量降低,直接影响车辆运行。
一、常见沥青路面病害1、沥青路面的裂缝沥青路面建成后,都会产生各种形式的裂缝。
初期产生的裂缝对沥青路面的使用性能基本上没有影响,但随着表面雨水的侵入,导致路面强度下降,在大量行车荷载作用下,使沥青路面产生结构性破坏。
沥青路面裂缝的形式是多种多样的,裂缝从表现形式可分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种。
2、沥青路面的车辙车辙是路面结构层及土基在行车重复荷载作用下的补充压实,以致结构层材料的侧向位移所产生的累积永久变形。
3、沥青路面的松散松散是直接影响行车安全的路面病害,松散可能出现在整个路面表面。
也可能在局部区域出现,但由于行车作用,一般在轮迹带比较严重。
4、沥青路面的水损害沥青路面在存在水分的条件下,经受交通荷载和温度涨缩的反复作用,一方面水分逐步侵入到沥青与集料的界面上,同时由于水动力的作用。
沥青膜渐渐地从集料表面剥离,并导致集料之间的粘结力丧失而发生路面破坏。
5、沥青路面的冻胀和翻浆沥青路面产生冻胀和翻浆主要是在冻融时期,因为水的侵入和路基土的水稳定性能差,由于冰冻的作用,路基上层积聚的水分冻结后引起路面胀起并开裂。
桥面铺装常见病害成因分析及其防治措施
桥面铺装常见病害主要包括龟裂、鼓包、车辙等。
它们的成因主要有以下几个方面:
1. 材料质量不过关:材料品质不稳定、弹性模量不一致等会导致桥面铺装出现病害。
如果使用的沥青材料中有假冒伪劣产品,就容易导致桥面裂缝增多。
2. 施工工艺不合理:施工过程中,如果操作不当,如沥青温度控制不当、压实不到
位等,就会导致桥面铺装病害的发生。
高温下的施工容易导致沥青反应过快、流动性差,
造成病害。
3. 长期受车流荷载作用:桥面铺装长时间承受车流荷载,特别是大型载重车辆,会
导致桥面出现车辙、鼓包等病害。
针对桥面铺装常见病害,可以采取以下防治措施:
1. 优化材料选择:选择质量稳定、合格的沥青、沥青混合料及其他填料,以确保桥
面铺装的质量。
2. 合理控制施工工艺:在施工过程中,控制好沥青的温度,合理压实,确保铺装质量。
3. 加强养护管理:定期检查桥面的情况,及时发现并修复病害,保持桥面的平整和
牢固。
4. 加强车辆限制:对于大型载重车辆,可以限制其通行或采取其他措施减少对桥面
的载荷,以延长桥面使用寿命。
桥面铺装常见病害的成因有多方面的因素影响,包括材料质量、施工工艺及车流荷载等。
通过优化材料选择、合理控制施工工艺、加强养护管理和加强车辆限制等措施,可以
有效防治桥面铺装病害,延长桥面的使用寿命。
近年来,为到达到桥面美观、行车舒适并与两端沥青路面形成统一整体,沥青混凝土桥面结构在桥面铺装设计中被广泛采用,然而,根据日常使用和养护统计情况看,与沥青路面相比,桥面沥青混凝土铺装结构的使用耐久性远不如沥青路面,常常形成早期损坏。
桥面的早期损坏严重影响着桥面行车的舒适性和桥梁构筑物的正常使用,解决不好往往会影响行车安全和带来较大的经济损失,甚至产生不良的社会影响。
因此有必要对沥青混凝土桥面铺装结构的早期损坏的原因进行深入科学的分析,并进一步采取有效的预防措施和对策。
1.沥青混凝土桥面铺装结构早期损坏原因分析造成沥青混凝土桥面铺装结构早期损坏的原因是复杂的、多方面的,涉及到设计、施工工艺技术、所使用的建筑材料、当地气候以及交通条件等方面,具体主要有以下几个方面:1.1水引起的损坏常常由于设计缺陷、施工不周、材料不达标、雨量过大、排水不畅等诸多原因,导致铺装结构表面雨水或积水通过桥面接缝、裂缝或沥青混合料的空隙渗入并浸泡沥青混凝土铺装层,使沥青混凝土桥面铺装层长期处于饱水状态,降低了桥面沥青混凝土铺装层强度;同时雨水在水泥混凝土桥面、粘层和沥青混凝土面层的界面之间形成水压力,削弱了各层界面之间的联结强度。
正是由于雨水浸泡和层间联系减弱,导致桥面整体承载力下降,在行车荷载作用下出现了唧浆、网裂、剥落、松散、坑洞等水害象,从而形成早期损坏。
1.2温度变化引起的损坏因季节的变换而带来的温度的不稳定性,对沥青混凝土桥面的影响还是显著的。
桥面铺装层沥青混凝土材料在夏季温度更高、冬季温度更低。
高温时,沥青路面抗剪强度下降,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。
同时夏季和冬季过大的温差变化幅度往往会使铺装层内部产生较大的剪应力和剪切变形而使铺装结构产生损坏。
另外,桥面板或梁结构与桥面铺装结构随温度变化的热胀冷缩幅度也不同步,桥面板或梁变化小,桥面铺装结构变化大,过大的伸缩幅度差也易引起沥青混合料铺装层开裂。
桥面铺装常见病害成因分析及其防治措施
桥面铺装是连接两个岸或两个桥头的交通运输路面,是重要的交通设施。
由于长期受到车辆的重载、温度、湿度等自然环境因素的影响,桥面铺装经常出现各种病害。
本文将对桥面铺装常见病害的成因进行分析,并提出相应的防治措施。
一、沥青路面龟裂
沥青路面龟裂是指桥面铺装沥青路面出现的网状或小块状龟裂。
成因主要包括以下几个方面:
1. 车辆超载。
超载车辆会对桥面造成巨大的压力,导致沥青路面龟裂。
2. 温度变化。
夏季高温会使沥青路面软化,冬季低温会使沥青路面变硬,引起龟裂。
3. 湿度变化。
湿度的变化会使沥青路面受到膨胀和收缩的影响,导致龟裂。
针对沥青路面龟裂的防治措施如下:
1. 限制车辆过载。
通过加强对车辆超载的执法力度,减少超载车辆过桥从而降低桥面受力。
2. 加大施工强度。
在桥面施工时,应保证沥青路面的厚度足够,并加强路面的密实度,以提高沥青路面的抗压能力。
3. 定期维护。
定期维护桥面路面,及时修补龟裂部位,保持路面的完整性。
针对混凝土路面龟裂的防治措施如下:
1. 加大施工强度。
在桥面施工时,应保证混凝土路面的强度达到设计要求,以提高其抗龟裂能力。
2. 控制温度变化。
在施工过程中,可以通过采取遮阳、喷水等方式降低混凝土路面的温度,减少温度变化对混凝土的影响。
正确的桥面铺装材料的选择以及施工工艺的控制是防止桥面铺装病害的关键。
定期维护和检查桥面铺装,及时修补病害部位,也是保持桥面安全和延长使用寿命的重要措施。
沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析陈静云王京元潘宝峰李玉华(大连理工大学,大连116023)摘要:本文对钢筋混凝土桥柔性桥面铺装的早期病害及其原因进行了分析与研究,在总结当前国内桥面铺装结构分析主要方法的基础上,通过理论分析,提出了用有限元进行结构分析时,需要重点研究的几个问题,指出了今后主要的研究方向。
关键词: 水泥混凝土桥面沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析结构分析中图分类号:U433.33 文献标识码:B1 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。
近年来我国公路桥梁建设快速发展,桥梁结构不断创新,大跨桥梁已很普遍,但桥面铺装的设计与施工仍沿用传统的习惯做法,在进行桥梁结构设计时,对桥面铺装层一般不作专门的计算分析。
随着交通量和重型车辆的增加,桥面铺装问题普遍[1-6]。
这不仅妨碍了正常交通,影响了桥面的美观,更易造成交通事故,也给维修工作带来了很大困难。
近年来,人们对于因桥面铺装问题造成的直接和间接的经济损失给予了足够的重视。
桥面铺装的早期损坏已成为影响高速公路使用功能的发挥和诱发交通事故的一大病害。
桥面柔性铺装能大大缓和行车对桥面板的冲击,较易达到运营中平稳舒适的要求,随着沥青材料性能的改进,应用将更加广泛。
但现行规范[7]对沥青铺装结构的设计主要从所用材料、做法及厚度等方面作了指导性的说明,关于具体的设计理论与方法还是空白,铺装层的设计无章可循。
这就造成了在实际设计中,桥面铺装层只作为桥梁工程的附属结构,设计者对其甚少花费精力,从而为桥面铺装的早期损坏埋下了隐患。
因此,应加快对桥面铺装,特别是结构破坏机理和设计理论方面的研究。
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[8,9]。
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(1) 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[7],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。
梁设计的箱梁骨架钢筋在实际受力状态下难以像T梁主筋那样发挥应有的作用。
所以,设计的假设状态与箱梁的实际受力状态不一致。
(2)现行桥规第3.2.2条规定:……如无精确的计算方法,箱形梁也可参照T形梁的规定处理[9]。
从众多箱梁的设计来看,大部分设计者对箱梁构件是按T形梁进行处理的。
而箱梁的实际受力虽有近于T梁的一面,又有异于T梁的一面,对于连续箱梁差别更大。
尤其是近年来箱梁的桥面越来越宽,桥跨与桥宽之比越来越小,箱梁仍按T梁那种长细杆件设计配筋,就越来越不适宜了,导致按(3)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。
(4)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。
(5)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(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。
(2)梁顶清理不利,造成铺装层与主梁结合欠佳。
3.3 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。
3.4 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造成不利影响。
4 桥面铺装设计方法的讨论目前关于桥面铺装的研究还很不成熟,并且现有研究主要集中在材料设计和铺装技术等方面,而关于理论分析和结构计算的研究很少。
罗立峰[5]等人将桥面板简化为正交异性的弹性小挠度薄板,将铺装层简化为各向同性的大挠度薄板,并假定两板之间相对滑动,完全没有摩阻力且没有脱空现象。
在此基础上提出了桥面铺装的平衡微分方程,并以竖向变形为主要控制指标。
张占军[8,10]等人以弹性层状体系为理论基础,用三维有限元的方法对水泥混凝土桥面柔性铺装的层间剪应力进行了计算和分析。
并通过对沥青类桥面铺装层的破坏现象的分析,发现使用摩尔___库仑理论来确定铺装厚度是比较合适的,即以桥面板与沥青铺装层之间的层间剪应力为控制指标,要求其不超过层间抗剪强度。
另外,还结合防水层、平整度、施工工艺和车辙指标的要求,提出了桥面沥青铺装层厚度的计算方法。
张占军[11] 等人用有限元的方法对设防水层的水泥混凝土桥沥青铺装结构的层间剪应力的计算进行了分析,讨论了防水层的厚度、模量、泊松比、沥青混凝土铺装层厚度和模量等参数对结构层层间剪应力的影响。
认为层间最大剪应力主要取决于面层厚度和防水层模量;在防水层模量相同的情况下,增加面层厚度是降低层间剪应力的最有效手段。
合理的控制指标是进行结构设计的重要依据,也是此课题今后要重点研究的一个方面。
从现有的结构分析方法看,主要是用三维等参元模型进行分析,目前较多采用的是三维八结点和二十结点单元。
合理的有限元模型是计算分析的前提,从目前的研究状况来看,主要有如下几个方面急需探讨。
对于桥面铺装, 如何假设及模拟层间接触状况是有限元建模一个很重要的问题。
对于不设防水层的情况,可以借鉴复合路面的处理方式。
胡长顺[12]等人在进行复合路面结构分析时,利用各向异性线弹性理论和三维有限元的方法,构造了一种正交各向异性接触模型,模拟板与地基之间的接触情况。
黄晓明[13]和刘玉荣[14]等人分别在对旧水泥混凝土路面混凝土加铺层和水泥混凝土沥青混凝土复合路面进行力学计算时,接触面采用了Goodman夹层单元模型模拟既非完全连续又非完全光滑的接触状态。
Goodman模型是由Goodman等人最先提出的用于模拟岩体节理的一种特殊单元,将它运用于夹层即为夹层单元。
夹层单元由两个面组成,两个面之间假想由无数微小弹簧连接,单元厚度假定为0,每片接触面有4个结点,一个单元共有八个结点,是一种二维单元。
对于设防水层的情况,实际施工中防水层的厚度在2~5mm之间,一般约为3mm。
由于防水层的厚度很薄,有的学者将其简化为一种接触条件来处理,黄晓明[15]和黄卫[16]等人在对设有防水层的钢桥桥面铺装层进行力学分析时,同样采用了无厚度的Goodman夹层单元来模拟防水层的作用,夹层单元与相邻的夹层单元或铺装体单元之间,只有结点处有力的联系。
张占军等人在文献[11]里在计算水泥混凝土桥沥青混凝土铺装结构的层间剪应力时考虑了防水层厚度。
胡长顺[17]等人在利用有限元法对有裂缝夹层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层进行力学计算时,对有一定厚度的夹层直接使用三维等参元划分单元,而对于土工织物这一类的无厚度夹层,则根据薄膜问题的物理方程与几何方程推导4结点矩形单元,建立单元刚度矩阵,进行力学分析。
总之,如何模拟层间接触状况,特别是如何考虑防水层的影响,是建立合理有限元模型的一个关键问题,是研究铺装层结构设计理论的一个重点。
要采取理论计算与试验分析相结合的方法,将计算结果与试验和实测结果相对比,寻找一种与结构实际受力吻合的模型。
桥面铺装层是一种特殊的路面结构,如何合理简化荷载模型,以及如何进行横向和纵向布载,也直接关系到计算结果的精确程度。
文献[8,10,11]中在计算剪应力时参照路面设计中的荷载模型,荷载参数为BZZ-100,p=0.7MP,δ=10.65cm,水平荷载与垂直荷载同时考虑。
黄晓明在文献[15]中,则对不同的桥跨截面在横向不同位置进行布载,找出最不利的荷位。
只有将桥梁结构分析和路面理论结合起来,才能较好的解决这一问题。
另外需要研究的一个重要问题是,桥梁在荷载作用下产生挠度及其它形变,这些因素对铺装层的力学特性有何影响,如何考虑这些影响,这也是桥面铺装不同于一般复合路面的一个方面。
目前,国内还没有专门针对这方面的讨论。