钢桥面铺装病害成因研究及防治措施
来源:用户上传
作者:
摘要：本文针对几种典型的钢桥面铺装中出现的问题，通过调研、分析对破坏类型及原因进行了分析并提出减少钢桥面铺装病害的手段。
关键词：钢桥面铺装破坏类型防治措施
引言
我国已投入使用的大跨径钢桥中许多桥面铺装都出现了车辙、开裂等病害，个别桥梁甚至进行了多次大修。要在以后的工程中做好桥面铺装并保证其良好的使用性能，就必须总结已有铺装结构出现的问题，本文初步分析其破坏的原因并提出解决办法。
2 我国钢桥面铺装的主要结构形式
目前，大跨径钢箱梁桥桥面的主要铺装材料有：高温拌和浇注式沥青混合料、改性沥青 SMA、环氧树脂沥青混合料。
3 典型钢桥面铺装结构的破坏类型
钢桥面铺装使用过程中出现主要破坏类型可概括为两大类：一是结构性破坏，如疲劳开裂、低温开裂、粘结层失效或脱层等；二是功能性破坏，如车辙、推移、隆胀。
3.1 改性沥青SMA混合料
SMA混合料为间断级配。从改性沥青 SMA 桥面铺装层的使用情况来看，主要病害表现为开裂、推移和脱层等病害。
3.2 浇注式沥青混凝土
浇注式沥青混凝土的特点是在较高施工温度 ( 2 2 0 ~2 5 0℃) 下具有较好的流动性和施工和易性；同时，浇注式沥青混凝土变形能力强，整体性优良，具有优良的抗低温开裂与抗疲劳开裂性能。近年来在钢桥桥面铺装中的得到较多的应用。浇注式钢桥面铺装病害主要包括裂缝、车辙、层间滑移和推挤。
3.3 环氧沥青混凝土
环氧沥青混合料是一种热固性混合料，它的性能受成型时温度、时间等因素变化的影响很大, 对施工质量控制体系的要求相当高, 并且在摊铺后必须保证有足够长的养护期以确保环氧沥青混合料能够基本完成固化。其路用性能比普通沥青混合料优异得多, 是一种使用效果较好的铺装材料。从使用的效果来看部分环氧沥青铺装出现了一定程度的损坏，损坏类型以鼓包开裂、纵向裂缝为主, 也有脱层等病害。环氧沥青混合料铺装的病害并非出现在受力不利的位置, 其损坏绝大部分是由施工的因素的影响。
4病害原因的分析
4.1 裂缝
（1） 因铺装材料耐疲劳性能不足产生疲劳开裂。疲劳开裂是钢桥面沥青混合料铺装的主要破坏类型，是铺装层在正常使用情况下，由行车荷载和温度变化的多次反复作用引起的铺装层的开裂破坏。钢桥面沥青混合料铺装层由正交异性钢桥面板支撑，在车辆荷载作用下，正交异性钢桥面板的变形导致纵向加劲肋、横隔板（或横向加劲肋）、纵隔板、主梁腹板等加劲部件与钢桥面板焊接处成为高应力区，这些位置处的铺装层表面是拉应力或负弯矩区。在纵向加劲肋、纵隔板、主梁腹板顶部的桥面铺装层表面会出现纵向裂缝，在横隔板 （或横向加劲肋）顶部的桥面铺装层表面会出现横向裂缝，在横隔板与加劲肋交汇处，铺装层表面易出现网裂。
（2） 因桥梁结构特别是桥面系结构刚度不足引起铺装表面拉应变过大，使其产生拉应力，同疲劳开裂一样，开裂首先出现在铺装层表面，然后逐渐向底面发展。
（3）汽车荷载过重等引起铺装表面拉应变过大，从而造成纵向裂缝的产生。
4.2车辙
主要是由于钢桥面铺装层在高温季节或长时间承受车辆荷载作用下，铺装层沥青混合料的抗永久变形能力不足引起的。
（1）高温季节，在汽车反复荷载作用下， 因混合料蠕变形成永久变形积累。
（2）地区温度过高，长年高温季节过长及封闭式箱梁内部温度较高等引起粘结层和铺装层温度过高。特别是粘结层的温度升高会使其强度大幅度下降， 抗剪切能力不足，在重载作用下，轮迹下面的铺装层会出现沉陷及其侧向隆起现象，长期累积形成车辙。
（3）汽车荷载过重（超载），使混合料的抗剪切性能无法满足车辆所施加荷载压力，从而使混合料内部发生剪切破坏，造成车辙现象。
4.3脱层及推移
由于钢桥面板与铺装层之间防水粘结层的脱层也是钢桥面沥青混合料铺装的一类主要破坏类型。脱层后钢板与铺装层共同作用的效果基本丧失，在行车荷载作用下脱层会慢慢扩展或形成推移。推移是沥青混凝土的塑性流动变形产生的，钢桥面铺装层与钢板间存在较大的剪应力，当铺装层与钢板之间结合界面的粘结力差、抗水平剪切能力较弱时，在水平方向便产生相对位移直至粘结层失效或脱层。另外钢板表面不平整及桥面系结构刚度较低（同时铺装与钢板间结合强度不足），在行车振动荷载下引起脱层，进而产生推移及斜向开裂。
4.4 坑槽
坑槽发生的主要原因是沥青混凝土空隙率较大等造成的沥青混凝土抗水损害能力不足。
5病害防治措施
针对我国钢桥面铺装层主要破坏现象和原因, 为了减少钢桥面铺装病害,延长钢桥面使用寿命, 降低维修成本,我们需要从设计、施工和使用过程这几个方面做出努力。
5.1 设计过程。目前，钢桥面铺装尚没有完善的设计方法，钢桥面铺装受力条件较一般路面远为复杂和恶劣, 特别是对正交异性板来说, 由于 U型加劲肋、纵横隔板和顶板的厚度变化等原因,使得钢桥面铺装层的受力分析计算变得异常复杂。不同使用条件下、不同桥型的钢箱梁桥面使用的桥面铺装类型也不同, 需要经过调研同等条件的桥梁各种铺装类型的使用情况, 然后经过理论计算和室内试验找出适合的铺装类型。
5.2施工过程。桥面铺装施工工艺包括桥面处理、防水粘结层施工、铺装层混合料备料、拌和、摊铺、运输、碾压等各环节。施工质量控制的好坏对钢桥面铺装特别是环氧沥青铺装层的使用性能有很大影响。如何确保铺装层在投入使用后的优异性能, 除正确的设计与选材之外, 其中最重要的一点就是如何保证铺装层施工中不出现由于质量隐患而引起的铺装层早期损坏。桥面铺装设计单位在铺装方案确定以后, 需要建立标准的施工操作工艺, 细化施工各环节的注意事项。
5.3使用过程。重载影响是钢桥面铺装病害产生的一个重要方面。钢桥面使用过程中预防病害的主要方面是控制重载超载车辆的通行。
6 结语
当前，我国众多大跨径桥梁均采用钢箱梁结构，桥梁的使用性能和使用寿命与桥面铺装的好坏关系密切。本文总结了钢桥面铺装的病害情况，并初步分析了产生的原因，通过归纳和总结, 认为我国钢桥面铺装的主要病害类型有粘结层破坏、开裂、脱层或者剥落、车辙。产生这些病害的原因主要是粘结层抗剪切能力不足, 铺筑在正交异性钢桥面板上的沥青混合料抗疲劳性能不足, 施工过程中细节问题及重载超载的影响等。我们可以通过提高铺装材料性能、改善铺装层工作环境、优化铺装层结构, 注意施工细节，严格控制超载超限等方面预防和减少钢桥面沥青铺装层病害，使我国的钢桥面铺装建设能进入一个良性循环。
参考文献
1. 徐伟，李智，张肖宁，正交异性钢桥面铺装研究及设计要点分析，中外公路，2006
2. 李智，钱振东，典型的钢桥面铺装结构的的病害分类，交通运输与信息工程学报，2006
3. 王晓，程刚，黄卫.环氧沥青混凝土性能研究.东南大学学报（自然科学版） ，2001，31 ( 6 ).
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-571273.htm
