沥青混凝土桥面（精选11篇）
沥青混凝土桥面 篇1
近年来我们国家公路桥梁建设快速发展, 桥梁结构不断创新, 大跨径桥梁已经很普遍, 但桥面铺装的设计与施工仍沿用传统的习惯做法, 并在进行桥梁结构设计时, 对桥面铺装层一般都不作专门计算分析。随着交通量和重型车辆的增加, 桥面铺装问题普遍存在, 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, 随着沥青材料性能改进, 应用将更加广泛。但现行规范对沥青铺装结构的设计主要从所用材料、做法及厚度等方面做了指导性说明, 关于具体的设计理论与方法至今还是空白, 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, 应尽快对桥面铺装, 特别是结构破坏机理和设计理论方面的研究。
1 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, 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作用下产生面层松散和坑槽破坏。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比较薄, 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之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。
2 病害分析
2.1 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, 交通工程界一直在各等级的公路中运用了数十年。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;
(2) 如设计的箱形梁骨架钢筋在实际受力状态下难以像T形梁主筋那样发挥应用作用。所以, 设计的假设状态与箱形梁的实际受力状态不一致。现行桥规定:如无精确的计算方法, 箱形梁也可参照T形梁的规定进行处理。从众多箱形梁的设计来看, 大部分设计者对箱形梁构件是按照T形梁进行处理的, 而箱形梁的实际受力虽有近于T形梁的一面, 又有异与T形梁的一面, 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, 箱形梁仍按照T形梁那种细长杆件设计配筋, 就越来越不适应了;
(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在达到受力的要求, 高等级公路大跨径桥梁的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, 使桥面铺装层在受到拉力作用下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, 人为强制的使桥梁结构运营始终处于偏激状态, 使主车道的铺装层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, 通过改变车箱的结构如加长车箱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, 对桥面的铺装层进行受力计算。
2.2 施工工艺
铺装层厚度偏小。由于桥梁上部结构在施工中结构支架的沉降及预应力反拱无法十分准确的预测, 或是由于施工工艺控制欠佳, 施工中主梁项面标高与设计理论计算值100%相符合是比较困难的, 一般是在测量主梁项面标高后对其进行做相应调整, 保证桥面铺装层的厚度。如果调整不好, 就会造成铺装层厚度不均, 使有的地方偏小;梁顶清理不利, 造成铺装层与主梁结合欠佳。
2.3 桥面防水层的影响
由于柔性防水层的强度与主板铺装层强度有差异, 它的存在使上部结构形成刚—柔—刚的板体受力体系, 中间柔性夹层会增大桥面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。
2.4 桥面铺装的约束条件
桥铺装受桥梁结构的约束, 受荷载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。
3 桥面铺装设计方法的讨论
目前关于桥面铺装的研究还不成熟, 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。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:
(1) 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;
(2) 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;
(3) 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。文献中在计算剪应力时是参照路面设计中的荷载模型, 水平荷载与垂直荷载同时考虑, 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;
(4) 另外还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他形变, 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, 这也许是桥面铺装不同于一般复合路面的一个方面。
总之, 合理解决桥面铺装问题需要从理论分析和结构计算两方面入手。正确的理论基础是根本, 合理的力学模型是关键。通过计算分析与试验及实测对比, 较好的解决如上述的接触模型、荷载简化等问题, 搞清楚其他因素的影响;还要加强对模型尺寸及收敛条件的研究;在条件允许的情况下, 加强对其动力性能的研究。在分析铺装层破坏形式的基础上, 确定关键因素, 提出控制指标并建立相应破坏准则, 为设计提供依据, 要达到这一目标还需要做大量的基础性研究工作。
当务之急是加快对沥青混凝土桥面铺装的进一步研究, 以明确桥面铺装层各结构层计算模型、力学特性及相关参数, 为桥面铺装的设计提供指导;同时, 加强对各铺装层材料的材料性能指标和测试技术的研究, 开发适宜桥面破坏机理的新材料;另外, 还要改进铺装技术及提高施工质量, 保证设计模型的准确性, 从根本上解决桥面铺装早期损坏问题。
沥青混凝土桥面 篇2
a、工程采用2台LTU120C型摊铺机半幅全宽铺筑，面层改性沥青混凝土 采用“滑移式基准梁法”调平控制厚度。
b、摊铺过程中熨平板应根据铺筑厚度，使振夯频率与振幅相配套，保证足够的初始密实度，
c、系数，根据以前摊铺经验，下面层的松铺系数暂定为1.16。 保证摊铺过程的匀速、缓慢、连续不间断，中途不得随意变速或停机 。摊铺中螺旋布料器应均衡地向两侧供料，并保持一定料位高度以保证熨平板后松铺面的平整。
d、边集中人工补平，为保证压实以后与中间部位有相同的密实度，人工补平稍高出摊铺平面。
沥青混凝土桥面 篇3
【摘要】本文介绍了浇注式沥青废胎胶粉混凝土桥面铺装的特点，并进一步通过实例阐述了浇注式沥青废胎胶粉混凝土混合料配合比设计方法以及施工方法。
【关键词】浇注式；沥青废胎胶粉混凝土；桥面铺装
【Abstract】This article describes the waste tire rubber powder pouring asphalt concrete bridge deck features， and further explained by way of example Gussasphalt waste tire rubber powder mixing concrete mix design method and construction methods.
【Key words】Guss；Waste tire crumb rubber asphalt concrete；Bridge deck
1. 前言
（1）桥梁是公路交通基础设施重要的组成部分，随着公路的飞速发展，桥隧比的增加，公路桥梁的数量也在迅速增加。桥梁往往建在咽喉要道，其使用品质决定着整条公路能否正常发挥效能。目前，我国公路桥梁桥面铺装绝大多数采用水泥混凝土和沥青混凝土（包括SMA），存在的突出问题是桥面铺装过早地破坏，进而对桥梁主体造成损害，并且严重影响行车安全和正常通行，不得不过早地进行维修。
（2）水泥混凝土桥面铺装是脆性材料，随从性差，较大的变形会导致其开裂，而桥梁在使用过程中上下振幅较大，因此，水泥混凝土桥面铺装不可避免地发生过早破坏。对于沥青混凝土桥面铺装来讲，在高温时是粘塑性材料，实践证明其抗剪强度往往相对不足，会过早地出现车辙；在低温时是脆性材料，其跟随桥梁上下大幅度振动时很快就会产生开裂，因此，沥青混凝土桥面铺装也不可避免地会发生过早破坏。基于这些原因，开发了浇注式沥青混凝土，它具有独特的防水性能、抗老化性能、抗疲劳性能以及对桥面梁板优良的随从性能和粘结性能，因此，其在国外大量应用于桥面铺装，国内也已经有引进应用。
（3）浇注式沥青混凝土是一种悬浮密实型结构的沥青混凝土，它是采用较硬的沥青（30#～20#），添加高剂量矿粉，与集料在230±10℃的高温下，在专用的搅拌设备中经过较长时间的拌和，形成一种既黏稠又具有很好流动性的沥青混合料，浇注摊铺后，不需要压路机碾压，仅将其刮平，冷却后即形成密实而平整的桥面铺装层。
（4）由于浇注式沥青混凝土是一种悬浮密实型结构，它不得不使用较硬的沥青（往往还要加改性剂）来提高抗车辙性能，这样就导致沥青混合料要在很高的温度下长时间拌和才能具有很好的流动性，并且在沥青混合料的运输和摊铺过程中都要保持这么高的温度。其存在的問题：一是温度高导致能耗高，污染大；二是温度高导致加热时间长，生产效率低；三是加工温度接近闪点，不安全；四是过高的温度导致沥青在施工过程中严重老化。
2. 浇注式沥青废胎胶粉混凝土混合料设计
2.1材料选择。
浇注式沥青废胎胶粉混凝土混合料，由沥青（110#～70#普通道路沥青）、废胎胶粉和集料（高剂量矿粉）制备而成。
所用材料规格和质量符合我国现行公路工程相关规范即可，其中集料的级配符合表1的要求。
2.2浇注式沥青废胎胶粉混凝土混合料配合比设计
混合料设计控制指标（值）如表2所示。
（1）按照表1的要求确定集料的配合比，即4.75mm～13.2mm碎石∶2.36mm～4.75mm（米石）∶石屑∶矿粉的比值；
（2）根据经验确定一个粉集比（废胎胶粉质量与集料质量的百分比），其范围为1%～4%（对应于质量份）；
（3）根据经验确定四个油石比（沥青质量与集料质量的百分比），其范围为6%～9%（对应于质量份）；
（4）确定最佳油石比。进行刘埃尔流动性试验和贯入度试验，根据试验结果结合经验确定最佳沥青用量；
（5）车辙试验和弯曲试验。进行车辙试验和弯曲试验，检验混合料试件的动稳定度和极限应变是否满足要求。
（6）通过上述试验可以确定混合料的配合比，即集料∶废胎胶粉∶沥青的比值。
3. 浇注式沥青废胎胶粉混凝土桥面铺装施工方法
3.1浇注式沥青废胎胶粉混凝土混合料的制备方法。
（1）按照设计配合比把各种规格的集料混合均匀；
（2）把混合均匀的集料和沥青分别加热至170±10℃；
（3）把热集料加入专用搅拌设备，边搅拌边加入废胎胶粉；
（4）废胎胶粉加完后，边搅拌边加入热沥青；
（5）热沥青加完后，保持170±10℃的温度继续搅拌30分钟左右，制得浇注式沥青废胎胶粉混凝土混合料。
3.2浇注式沥青废胎胶粉混凝土混合料的使用方法。
把制得的浇注式沥青废胎胶粉混凝土混合料运输到施工现场；卸入调试安装好的专用摊铺机（包括轨道和侧模板）进行摊铺；紧接着在摊铺好的混合料上撒布油石比为1%～1.5%的预拌沥青碎石（粒径10mm左右），并用滚杠把沥青碎石压入混合料中（当对其没有抗滑要求时则不必撒布沥青碎石）；冷却至常温即为浇注式沥青废胎胶粉混凝土桥面铺装层。
4. 实施例
某桥使用浇注式沥青废胎胶粉混凝土桥面铺装，采用玄武岩集料、石灰岩矿粉、70#沥青、20目～30目废胎胶粉。
4.1配合比设计。
（1）集料总重量为100Kg，集料配合比：4.75mm～13.2mm碎石25Kg、米石20Kg、石屑35Kg、矿粉20Kg时集料级配如表3所示，满足表1要求，即4.75mm～13.2mm碎石∶米石∶石屑∶矿粉=25∶20∶35∶20（集料级配见表3）。
（2）确定废胎胶粉用量。选定粉集比为2%，则废胎胶粉用量为：100Kg×2%=2Kg。
（3）确定最佳沥青用量。首先進行刘埃尔流动性试验和贯入度试验，试验结果如表4所示；然后进行车辙试验和低温弯曲试验，试验结果如表5所示。试验结果表明，最佳油石比为6.4%时各项指标全部满足要求。则最佳沥青用量为：100Kg×6.4%=6.4Kg。
（4）通过上述试验，混合料的配合比即集料∶废胎胶粉∶沥青=100∶2∶6.4
4.2浇注式沥青废胎胶粉混凝土桥面铺装施工。
根据搅拌设备生产能力或者混合料需要量和设计配合比计算每盘材料用量，例如需要4t混合料，那么每盘可用集料4000Kg，需要废胎胶粉80Kg，需要沥青256Kg。
（1）第一步，按照4.75mm～13.2mm碎石∶米石∶石屑∶矿粉=25∶20∶35∶20的比例，把4.75mm～13.2mm碎石、米石、石屑、矿粉混合均匀；
（2）第二步，把混合均匀的集料和沥青分别加热至180℃；
（3）第三步，把4000Kg热集料加入专用搅拌设备，边搅拌边加入80Kg废胎胶粉；
（4）第四步，废胎胶粉加完后，边搅拌边加入256Kg热沥青；
（5）第五步，热沥青加完后，保持不低于170℃的温度继续搅拌30分钟左右，制得浇注式沥青废胎胶粉混凝土混合料；
（6）第六步，调试安装专用摊铺机（包括轨道和侧模板）；
（7）第七步，运输到施工现场；
（8）第八步，把制得的浇注式沥青废胎胶粉混凝土混合料卸入调试安装好的专用摊铺机（包括轨道和侧模板）进行摊铺；
（9）第九步，紧接着在摊铺好的混合料上撒布油石比为1%～1.5%的预拌沥青碎石（粒径10mm左右），并用滚杠把沥青碎石压入混合料中；
（10）第十步，养护，摊铺料冷却至常温即为浇注式沥青废胎胶粉混凝土桥面铺装层。
5. 结语
浇注式沥青废胎胶粉混凝土桥面铺装层的有益效果是：
（1）拌和温度平均降低50℃，带来的效果：一是能够节能减排；二是缩短原材料加热时间，提高生产效率；三是施工温度远低于闪点，保证安全；四是降低沥青在施工过程中的老化程度。
（2）使用废胎胶粉，变废为宝，并且可以减少沥青用量，降低成本。
（3）浇注式沥青废胎胶粉混凝土桥面铺装层具有优良的性能。在浇注式沥青废胎胶粉混凝土桥面铺装层中，胶结料是废胎胶粉橡胶沥青，它具有较大的弹性和弹性恢复能力，可以改善铺装层抗变形能力和抗疲劳开裂的性能；由于废胎胶粉橡胶的存在可将胶结料的塑性区间从60℃～ 65℃提高至70℃～ 90℃；因此，降低了沥青对温度的敏感性，具有更好的高低温性能；再加上废胎胶粉橡胶沥青具有更高的粘度，使浇注式沥青废胎胶粉混凝土桥面铺装层具有更好的随从性；同时，废胎胶粉橡胶沥青具有抗老化、抗氧化能力强等特点，使浇注式沥青废胎胶粉混凝土桥面铺装层的耐久性更好。
（4）浇注式沥青废胎胶粉混凝土混合料用途广泛。它能用于道路路面结构层、防水层、人行道和停车场表面处治等。
参考文献
[1] JT/T797-2011 路用废胎硫化橡胶粉.
沥青混凝土桥面铺装剪切试验研究 篇4
关键词：沥青混凝土,桥面铺装,剪切试验,粘结层
桥面铺装层是指铺筑在桥面板上的功能层, 是桥梁结构的重要组成部分。桥面铺装质量的好坏将直接影响到桥梁整体的质量和耐久性, 所以要求桥面铺装层具有足够的强度和良好的整体性, 并具有良好的高温稳定性及足够的抗裂、抗疲劳、耐磨等性能。造成桥面铺装结构破坏的原因主要是水损害:在行车荷载和温度荷载作用下, 桥面铺装层产生裂缝, 雨水通过桥面铺装层下渗, 致使层间粘结力下降, 抗剪强度降低, 剪切变形加速了裂缝的形成和发展, 随着水分的不断入侵, 形成恶性循环, 最终导致桥面龟裂、破坏。目前国内对混凝土桥梁的沥青混凝土桥面铺装的研究尚处于起步阶段, 尤其是对沥青混凝土铺装粘结层的研究很少。因此对桥面铺装粘结层作剪切试验进行分析是十分必要的。
1 剪切破坏浅析
剪切破坏是沥青混凝土桥面铺装层在行车荷载作用下的典型破坏形式, 常表现为拥包和推移。由于沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥梁结构在材料性质上的悬殊差异性, 以及防水粘结层的存在, 沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥面板层间成为整个桥面铺装体系中最薄弱的部位, 剪切破坏往往发生在该处。外荷载在此部位产生的剪应力与该层间抗剪强度的相对大小, 很大程度上决定了桥面铺装剪切破坏的发生与否。
2 试件及试验条件
本试验采用两种结构类型, 其中结构I为“细粒式沥青混合料铺装上面层 (AC-13I) +中粒式沥青混合料铺装中面层 (AC-16I) +粗粒式沥青混合料铺装层下面层 (AC-20I) ”的三层粘结结构 (记为AC结构) ;结构II为“细粒式沥青混合料铺装上面层 (AC-13I) +中粒式沥青混合料铺装中面层 (AC-16I) +水泥混凝土下面层”的三层粘结结构 (记为CON结构) 。各层之间采用SBS改性沥青粘结层, 厚度大概为1.1～1.5mm。首先制成两个300mm×300mm×150mm (各层厚度均为50mm) 的铺装层试板, 然后将其切割成150mm×150mm×150mm的八个小试块进行试验。
试验中主要采用三种加载工况, 其中第一种工况 (up) 是对顶层和中间层之间的粘结层进行剪压, 第二种工况 (down) 是对中间层和底层之间的粘结层作剪切分析, 第三种工况 (mid) 是分析中间层层内及层间的剪切情况 (参见图1) 。
本试验采用重复荷载的加载方式, 考虑到设计车速和设计车头间距, 采用1HZ为加载频率, 加载时间0.1s, 间歇时间0.9s。路面结构设计中, 轮胎接地压强为0.7MPa, 因此采用0.7MPa作为试件的正面压应力值。试件切割后的实际尺寸为145mm×150mm×150mm, 垂直试件表面的力N=0.145×0.15×0.7×1000=15.255kN, 夹具倾角为40°, 应对试件施加的竖向荷载F=N/cos40°=19.875kN。长时间反复加载可能出现试件脱空现象, 会对试件产生冲击作用, 为避免此现象的发生, 本试验中半正矢波荷载的最小值不为零, 而是保留了最大荷载的10%。加载控制模式采用应力控制模式, 以试件的完全断裂为疲劳破坏准则。
粘结层上下位置 (剪应变变化较大处) , 层内横竖两个方向均布置有应变片, 采集数据。
3 试验结果分析
3.1 试件破坏情况分析
观察整个试验情况发现, 试件的受力部分主要集中在层与层之间的粘结层位置, 裂缝也最先在此处开始出现, 粘结层为桥面铺装结构最薄弱的位置。down AC工况中试件的强度主要是由粘结材料的粘结力, 上下层骨料的嵌挤力、摩擦力, 以及沥青与骨料之间的粘结力提供的。在荷载作用下, 裂缝产生并连通以后, 试件发生微小的滑移或变形, 致使应力重分布, 上下层骨料间的嵌挤力和摩擦力增大, 试件仍然可以承受一定的荷载作用。而对于down CON工况, 剪切的是沥青混凝土和水泥混凝土之间的粘结层, 裂缝连通后, 它的强度只由层与层之间的摩阻力提供, 上层沥青混凝土骨料和下层水泥混凝土之间没能形成良好的嵌挤作用, 很容易滑移至破坏, 层间的错动明显比沥青混凝土间的大。
对于mid AC这种对中间层及粘结层进行剪切的情况来说, 先在上面层和中面层之间的粘结层右侧及中面层和底面层之间的粘结层左侧出现两条裂缝, 随着荷载继续施加, 裂缝又沿着中间层大约45°方向开始同时出现, 上下层出现层间滑移, 中间层逐渐被拉裂, 直至最后达到完全破坏。对于mid CON工况, 则是从最薄弱的水泥混凝土与沥青混凝土层间开始破坏。
3.2 试件应变变化情况分析
分析时只考虑沥青混凝土的应变变化情况, 主要是因为水泥混凝土刚度比较大, 荷载作用下, 处于完全弹性范围内, 所受的应变为弹性应变。
(1) 同一粘结层上下不同位置的应变比较
在剪切试验中粘结层是最薄弱的地方, 因为当其上下两层变形不协调时, 粘结层很容易产生裂缝。如图2, 取mid工况为例, 比较同一粘结层上下不同位置处的两个应变片的变化情况。mid CON-1和mid CON-10分别位于AC-13和AC-16的粘结层上下, 图2中右图为两应变片应变量的差值。由图可知, 应变差值在50s左右达到一个高峰, 此时裂缝开始产生, 应力应变重分布, 试件尚可继续承载。当应变差值再达到峰值时, 裂缝加速产生, 应变差越来越大, 试件最终完全破坏。
(2) 同一层上的应变比较
图3是up AC工况位于同一层的同一水平位置的两个应变片量测的沥青混凝土应变变化情况, 由图3可以发现, 两个应变片的变化趋势相同, 但数值不同, 说明夹具自重对试验结果有一定的影响。
3.3 试件应力变化情况分析
(1) 粘结层处应力变化情况
图4为位于粘结层处的down AC-6和down AC-7两应变片的应力变化曲线。从图可以看出, 600s时开始对试件施加动载, 6号片在600～1700s阶段受到压应力, 而从1700s开始受到拉应力, 并且应力值不断增大, 直至破坏。同样的, 位于6号片右边的down AC-7, 在600～2200s阶段也处于受压状态, 从2200s开始受到拉应力, 并且不断增大, 直到试件破坏。这个趋势表明, down AC试件剪切面处刚开始受到压应力, 随着荷载作用次数的增加, 开始由压应力转化为拉应力, 随着拉应力的增大裂缝开始产生, 直至破坏, 层与层之间的剪切破坏是受拉破坏而不是受压破坏。
(2) 同种工况不同结构相同位置处的应力变化情况
图5所示的mid AC-8和mid CON-8是分别位于mid工况下两种不同结构的粘结层处水平方向的应变计。从图中可以看出, 两个应变计都始终处于受拉状态, 而且应力曲线变化趋势也基本相同。由于沥青混合料所能承受的压应力远远大于拉应力, 因此层与层之间的剪切破坏都是由于试件所受到的拉应力超过了它的抗拉强度所造成的, 路面疲劳设计大多是以拉应力或拉应变为控制指标。
(3) 竖向应变计的应力变化情况
根据试验数据分析可知, 粘结层结构竖向都处于受压状态, 而且压应力随着动载加载次数的不断增加而逐渐减小, 直至试件破坏。
4 试验误差分析
受试验方法和条件所限, 试验结果存在一定误差。首先是施加应力波谱形式带来的误差, 汽车正常行驶时, 层底会出现剪应力正负交替的变化, 刹车时铺装层较深位置同样会出现应力正负交替变化, 而试验中施加的是单一方向的荷载, 只能模拟单一方向的应力应变反应。其次是荷载的误差, 重复荷载加载方式中为保证试件在加载过程中不出现脱空, 在各次脉冲的间歇时间里保留了10%峰值大小的荷载, 增大了试件的蠕变变形, 加速了试件的破坏。再次是试验设备如夹具自重等带来的误差。
5 结论
本文对水泥混凝土桥面的沥青铺装层作了剪切试验研究, 对各种工况下粘结层处进行了应力应变分析, 主要得到以下结论:
(1) 粘结层是桥面铺装的最薄弱位置, 因为粘结层处上下层之间最大剪应力差值比较大, 层间变形不协调, 容易首先出现裂缝。因此, 桥面铺装层与桥面板之间粘结层强度不足, 是桥面铺装破坏的主要原因。
(2) 沥青混凝土与沥青混凝土之间的粘结层在疲劳荷载作用下, 裂缝出现后, 由于应力应变的重分布使得上下层的嵌挤与摩擦作用更好地发挥, 试件仍能承受一定荷载, 但变形在不断增大, 因此宜采用变形量作为疲劳破坏的控制条件。
(3) 沥青混凝土与水泥混凝土之间的粘结层在疲劳荷载作用下, 层间累计应变之差达到峰值后, 层间出现较大滑移, 试件随即破坏, 因此可采用最终破坏作为控制条件。
参考文献
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沥青混凝土桥面 篇5
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。
(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。
(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。
合理解决桥面铺装问题需要从理论分析和结构计算两方面入手,正确的理论基础是根本,合理的力学模型是关键。通过计算分析与实测对比,较好的解决如上述的接触模型、荷载简化等问题,搞清其它因素的影响;还要加强对模型尺寸及收敛条件的研究;在条件允许的情况下,加强对其动力性能的研究。在分析铺装层破坏形式的基础上,确定关键因素,提出控制指标并建立相应的破坏准则,为设计提供依据,要达到这一目标需要做大量的基础性研究工作。
5小结
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,总结了当前国内桥面铺装结构分析的主要方法,提出了用有限元分析需要注意的一些问题,指出了今后主要的研究方向。
当务之急是加快对沥青混凝土桥面铺装的进一步研究,以明确桥面铺装层各结构层计算模型、力学特性及相关参数,为桥面铺装的设计提供指导;同时,加强对各铺装层材料的材料性能指标和测试技术的研究,开发适应桥面破坏机理的新材料;另外,还要改进铺装技术及提高施工质量,保证设计模型的准确性,从根本上解决桥面铺装早期损坏问题。
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沥青混凝土桥面 篇6
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。
2.1.3 对桥面铺装的结构过渡结合问题，没有引起重视 在行车道板（梁）上面，一般都是高标号的防水混凝土（或防收缩钢筋网），设计中没有考虑层间的过渡，不可避免地使水泥直接受渗透水的作用造成破坏。
2.2 施工因素
2.2.1 水泥混凝土的施工 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，这种施工方法会造成骨料与填料的部分分离。局部水泥砂浆集中，众所周知，水泥砂浆强度远不如水泥混凝土的强度高。渗透水在这些不能排除的薄弱层间，反复冻融作用下，水泥砂浆与水泥砼发生分离，形成夹层，长时间作用后会形成唧浆，影响沥青砼桥面铺装层的使用寿命。
2.2.2 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，其组成设计配比经过试验和生产配合比阶段后，从理论上讲，是不会有问题的，在生产阶段，实际配合比和理论配合比会出现较大的出入，如果生产阶段不认真控制，混合料中如果加入矿粉和用油量不准，其摩擦，纹理、稳定性、透水性、压实等均会出现较大的变化。②沥青混凝土的碾压方式也对质量有影响，胶轮与钢轮压路机相比，胶轮在沥青膜作用下会对沥青砼产生吸附作用，影响层间的结合和空隙率。
2.3 外部原因
2.3.1 构造物表面长期不能排出的积雪、积水的作用，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的结构层中。
2.3.2 荷载作用 二级以上公路超载超速车辆较多，高速行驶的重载车辆对桥面产生较大的冲击震动力，在急骤变化的冲击力作用下，桥面整体产生颤动的过程中，会促使桥面结构层间产生分离。
3 桥面铺装层早期破坏的处治方法：
以上从设计、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，常见有以下几种方法对桥面铺装层进行处理：
3.1 将桥面沥青砼清除，对砼进行横向拉毛，凿除表面浮浆，以防止桥面层间出现薄弱层，并有利于层间的结合，已经破坏的混凝土彻底凿除，用高于原设计标号至少一个等级的混凝土进行修补，确保混凝土的强度。
3.2 将泄水槽进行更换或处理，一般设计的泄水槽周围封闭，上盖是铁篦子，只能排出表面而不能排出层间水，更换后的泄水槽，要保证排水通畅。
3.3 沥青砼采用防水密集型级配，碾压时，采用双钢轮进行最终碾压，防止吸附现象。
3.4 增加桥面防水层（或封层）：在水泥混凝土与桥面沥青砼间增设，防水效果较好的防水层。
4 结论
4.1 复合式桥面铺装中增设排水层，及改进排水设施，会增加资金投入，但可以大大改善桥面铺装层，提高使用寿命。
4.2 经过处理后的桥面经过雨后钻孔发现，混凝土和沥青层间结合牢固，没有发现，沥青混合料的松散现象。
沥青混凝土桥面 篇7
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, 即可分散荷载参与桥面受力, 又起到联结各主梁共同受力的作用, 即是桥面的保护层又是桥面结构的共同受力层, 应具有足够的强度和良好的整体性, 以及抗裂、抗冲击、耐磨性。随着交通量的不断增加, 尤其是超载车辆的迅猛增加, 使桥面铺装病害较多且发展较快。即妨碍了车辆正常通行, 又影响了桥面的美观, 更易造成交通事故, 也给维修工作带来很大困难, 应该引起业内人士的足够重视。
2、破坏形式:
沥青混凝土桥面铺装与正常的路面和水泥混凝土桥面铺装相比, 损害形式有所不同。主要有以下两种形式:
2.1 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、拥抱等病害。
2.2 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, 在车辆荷载及渗入水的作用下产生面层松散和坑槽破坏。
3、病害分析:
3.1 结构理论与设计
3.1.1 桥梁的结构理论中对桥面铺
装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, 工程界一直在各等级的公路中运用了几十年。随着交通量的不断增加, 现行铺装与重型、超重型车辆的增多和车速的增快已不相适应。
3.1.2 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。
3.1.3 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裂缝, 从而造成桥面铺装的损害。
3.1.4 在对于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的运营应力水平, 因此, 加快了主车道铺装的疲劳。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
3.2.1 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顶应力反拱无法十分准确的预测, 或由于施工工艺控制欠佳, 施工中主梁顶面标高与设计植不相符, 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, 就会造成铺装层的厚度不均, 局部厚度偏小。
3.2.2 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梁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, 彼此间的间隙越来越大, 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、弯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、病害防治措施:
由于现行桥面铺装设计及施工工艺等方面的不足, 常引发一些桥面铺装病害, 针对经常发生的病害, 结合多年的施工经验, 总结了以下几点防治措施:
4.1 桥面铺装防水混凝土标号提高
到40号, 厚度增大到10-12厘米, 钢筋直径加大至12毫米, 提高铺装层的整体强度, 以适应交通量及车辆荷载的增长。
4.2 严格控制施工质量, 梁板顶面拉毛处理, 并用高压水枪清洗干净。
严格控制混凝土配合比及塌落度, 使混合料具有良好的和易性。混凝土采用低收缩配方以减少收缩裂缝。
4.3 为使桥面铺装与梁板结合紧密,
使桥面铺装共同参与受力, 同时采用植筋技术, 以固定桥面铺装钢筋的位置。即在梁顶板按一定间距钻孔, 孔深要大于锚固长度, 孔径略大于钢筋直径, 用高压气泵将孔清理干净后, 灌入调配好的环氧树脂液并植入钢筋, 待胶液固化并达到强度后, 将植入的钢筋与桥面铺装钢筋牢固焊接后, 再浇注防水混凝土。
4.4 在混凝土中掺加钢纤维或聚丙烯纤维, 以提高混凝土的整体性, 防止开裂。
4.5 在墩顶负弯矩区, 设置加强钢筋, 减少铺装层顶开裂。
4.6 可取消铺装层上的沥青路面, 将铺装层加厚, 并设置双层钢筋网;
或在铺装层与沥青路面之间铺设防水卷材, 以改善桥面层的破坏。
4.7 冬季采用专用除雪剂或用机械进行除雪, 减少盐水对混凝土的腐蚀。
摘要：当前沥青混凝土桥面铺装病害经常发生, 本文对沥青混凝土桥面铺装病害原因进行了分析, 结合多年的施工经验, 提出了病害的防治措施。
参考文献
沥青混凝土桥面铺装层质量浅谈 篇8
桥面铺装 (bridge deck pavement) 指的是为保护桥面板和分布车轮的集中荷载, 用沥青混凝土、水泥混凝土、高分子聚合物等材料铺筑在桥面板上的保护层, 又称车道铺装, 其作用是保护桥面板防止车轮或履带直接磨耗面, 保护主梁免受雨水侵蚀, 并借以分散车轮的集中荷载。常用的桥面铺装有水泥混凝土, 沥青混凝土两种铺装形式。在不设防水层的桥面上, 也有采用防水混凝土铺装的。近年来, 临汾地区沥青混凝土复合桥面铺装使用较多, 无论是水泥混凝土复合桥面、钢结构复合桥面, 沥青混凝土铺装早期破损现象也时有发生, 如出现局部铺装脱落、严重车辙破损等, 这些病害比较普遍, 直接影响了行车舒适性、交通安全及钢结构桥梁耐久性。
2 破坏原因的简要分析
2.1 主要病害
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、壅包等病害;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, 在车辆荷载及渗入水的作用下产生面层松散和坑槽破坏。
2.2 造成沥青铺装层早期破损的原因
1) 荷载因素:交通量猛增、车辆大型化、荷载等级超过设计标准。2) 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铰缝简支梁板桥、大跨径钢结构桥面, 梁板整体性差、铰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。3) 施工因素:对钢筋混凝土简支梁板桥, 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, 铰缝开裂甚至脱落。梁板侧向结合面处理不规范、铰缝质量差。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, 从而降低了梁板与铺装层的整体性强度。部分梁板顶部清理不彻底, 使混凝土与沥青面层的结合层施工质量较差。面层沥青局部过薄、沥青混合料配合比控制不严、混合料离散性过大、现场摊铺碾压环节局部离析、碾压不密实。4) 环境因素:厄尔尼诺现象使全球气候变暖, 夏季炎热天气延长, 冬季极值气温更低。5) 使用管理因素:车道间车流量分布不均衡, 偏载使用。最高及最低气温等极值天气使用管养措施可能不够到位, 治超力度不足等。
3 改进途径
3.1 优化设计
水泥混凝土桥面铺装层的结构组合:水泥混凝土桥面铺装层形式有沥青混凝土、普通水泥混凝土、钢纤维混凝土、连续配筋混凝土、扩张网混凝土等。国内外经过几十年的实践与探索, 结合各自国家和地区的具体情况, 在水泥混凝土桥面铺装方面选用的结构类型与厚度不尽相同, 一般采用沥青混凝土铺装层, 包括防水层和沥青混凝土面层。
3.1.1 设计因素
1) 剪应力对厚度要求。通过沥青类桥面铺装层的破坏现象分析, 使用摩尔—库仑强度理论来确定铺装层厚度是比较合适的, 即要求桥面与沥青铺装层之间的层间剪应力不超过层间抗剪强度, 即:τf≤τR。其中, τf为层间剪应力;f为制动摩擦系数, 可取0.2或0.5, f=0.2时表示缓慢制动, f=0.5时表示紧急制动情况;τR为层间抗剪强度。采用涂膜层材料与防水层粘结时, 在满足桥面铺装结构层间抗剪强度的要求下, 铺装结构层厚度宜在5 cm～8 cm。2) 防水层对厚度要求。随着沥青层厚度的增加, 层间剪应力降低, 当沥青层厚度大于6 cm时, 基本可满足防水层不被剪切破坏的要求, 如沥青层厚度在10 cm以上, 防水层一般不会因水平剪应力而破坏。3) 平整度对厚度的要求。满足平整度指标要求的沥青层厚度宜为6 cm～15 cm。4) 施工工艺对厚度的要求。考虑到沥青混合料的摊铺、碾压等施工工艺, 尤其是材料离析现象, 综合考虑沥青混合料铺装层的施工厚度不宜小于最大公称粒径的2.5倍, 最好为3倍。如表面层采用AK-16A, 则结构层厚度宜为4 cm～5 cm;AK-13A时则宜为3 cm～4 cm。5) 厚度设计方案。根据以上分析提出沥青混凝土桥面铺装层结构为:4 cm AK-13抗滑表层+2 cm AC-10Ⅰ细粒式沥青混凝土+粘结与防水层+桥面防水混凝土。为保护水泥混凝土桥面及加强沥青面层与水泥混凝土桥面的粘结, 需在水泥混凝土桥面上设置粘结与防水层结构, 采用SBS改性沥青作涂膜防水层。
3.1.2 桥面铺装排水设计
1) 桥面排水措施。桥面排水包括桥面铺装层表面排水和桥面铺装层结构层内部排水两部分。为迅速排除桥表面积水, 除原有的泄水管与泄水孔外, 在桥梁两外侧边缘 (或弯桥的弯道内侧) 设置桥面排水盲沟, 以加强桥面铺装内部排水, 尺寸为10 cm×5 cm, 用沥青碎石或沥青贯入式碎石填充, 要求空隙率大于20%。2) 桥面防水措施。为防止雨水滞积在桥面或渗入到桥面结构层内 (或梁体) 而影响桥梁使用耐久性, 除做好桥表面排水系统外, 还应在混凝土桥面设置防水层。设置防水层至关重要, 可有效防止渗入的雨水再渗入到钢筋混凝土结构内, 对混凝土结构起到很好的保护作用。
3.2 掌握现场指标控制的操作技巧
沥青混合料的各项性能指标要求经常是矛盾的, 因此熟悉各项技术指标的实际控制意义在于灵活应用, 努力实现沥青混合料的最佳综合性能指标。如实际空隙率与集料品种、级配、含油量、摊铺均匀性、摊铺及碾压温度、压实功等均有关系。因此, 要控制沥青混合料的实际性能指标, 应从集料、结合料、混合料配合比、混合料技术指标、施工工艺进行系统控制, 全面控制方能达到设计要求。本人认为尤其应抓好以下几点:1) 严格按规范要求进行目标配合比、生产配合比验证。2) 抓好原材料料源, 提高稳定性、均匀性。3) 采用先进的沥青拌和加工设备, 如进口拌和楼, 精确计时, 提高混合料均匀性, 技术性能指标稳定性。4) 加强前场与后场的配合, 注意拌合能力与摊铺能力匹配。
3.3 重视缺陷责任期内管理
项目实施完成后, 实体质量已经定型, 合理使用及时修补处理质量缺陷仍是提高路面使用寿命的重要环节。在缺陷责任期内承包人应注意定期检查, 及时处理施工缺陷。如混合料不均匀、施工碾压不足造成局部泛油;车辙车道凹陷, 局部雨天积水、路面坑洞等等。接管养护单位在使用管理方面应注意:1) 合理组织交通, 提高车道间车流量分布的均衡性, 减少偏载使用。2) 合理设置路口各向通行时间, 避免在长陡坡等特殊部位车辆拥堵, 减少汽车尾气加温造成轮迹带软化泛油, 急转弯、急刹车造成局部车辙损害。3) 加强关键阶段的针对性管养:如夏季对特殊路段采用多浇水喷淋、降低沥青表面温度。及时巡查、减少路段积水, 及时清理路面泥砂等脏物, 避免滑溜性污染。4) 加强特殊时期的治超工作, 如最高、最低气温时节, 梅雨季节等, 对可能产生大量车辙破坏、水损破坏的时机进行专项管理。5) 做好交通量及轴载监测, 对典型桥梁的变形观测, 为今后设计、维修提供数据保障。
4 结语
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, 总结了当前国内桥面铺装结构分析的主要方法, 提出了用有限元分析需要注意的一些问题, 指出了今后主要的研究方向。当务之急是加快对沥青混凝土桥面铺装的进一步研究, 以明确桥面铺装层各结构层计算模型、力学特性及相关参数, 为桥面铺装的设计提供指导;同时, 加强对各铺装层材料的材料性能指标和测试技术的研究, 开发适应桥面破坏机理的新材料;另外, 还要改进铺装技术及提高施工质量, 保证设计模型的准确性, 从根本上解决桥面铺装早期损坏问题。
参考文献
[1]立峰, 钟鸣, 黄成造.桥面铺装设计方法探讨[J].中南公路工程, 1999, 24 (2) :20-22.
[2]景彦平.沥青结构及高聚物改性沥青机理研究[D].西安:长安大学, 2006.
[3]张磊.江阴大桥钢结构铺装桥面病害机理研究[D].南京:东南大学, 2004.
[4]照宏朱, 许志宏.柔性路面设计理论与方法[M].上海:同济大学出版社, 1987.
[5]重庆交通科研设计院.宁波庆丰大桥钢桥面铺装建议方案[Z].2008.
沥青混凝土桥面 篇9
1 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。主要有：
1)铺装层内产生较大的剪应力，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兴结构的大挠主而产生的裂隙，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。
2 病害分析
结构理论与设计：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，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和冲击，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。现行桥蜂王浆第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。
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。而箱梁肉脯际受力虽有近于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。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。
3 施工工艺
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。梁顶清理不利，造成铺装层与主梁结合欠佳。
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，它的存在使上部结霜铁案模量形成刚-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，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。
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、扭曲等形变的藕合作用，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。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，从目前的研究的状况来看，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。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。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。
合理解决桥面铺装问题需要从理论分析和结构计算两方面人手，正确的理论基础是根本，合理的力学模型是关键。通过计算分析与实测对比，较好的解决如上述的接触模型、荷载简化等问题，搞清其它因素的影响;还要加强对模型尺寸及收敛条件的研究;在条件允许的情况下，加强对其动力性能的研究。在分析铺装层破坏形式的基础上，确定关键因素，提出控制指标并建立相应的破坏准则，为设计提供依据，要达到这一目标需要做大量的基础性研究工作。
5 结语
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，总结了当前国内桥面铺装结构分析的主要办法，提出了用有限元分析需要注意的一些问题，指出了今后主要的研究方向。
沥青混凝土桥面 篇10
1 桥面破坏形式
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。
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。
3) 设防水层的沥青混凝土桥面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。
2 病害分析
2.1 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接近于零。现行规范中只给定了铺装厚度的推荐值, 工程界一直在各等级的公路工程中运用了几十年。随着交通量的不断增大, 现行铺装与重型、超重型汽车的增多与车速的加快已不相适应。桥面铺装层直接承受车轮荷载的冲击, 桥面全部或部分直接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。
2) 现行桥中箱形梁也参照T形梁的规定处理。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。
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。
2.2 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, 无法准确地进行预测, 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。2) 梁顶清理不利, 造成铺装层与主梁结合欠佳。
2.3 桥面防水层的影响
由于柔性防水层的强度与桥面板和铺装层的强度有差异, 它的存在使上部结构形成刚—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, 彼此间的缝隙会越来越大, 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也大大提高。
2.4 桥面铺装的约束条件
桥面铺装受桥梁结构的约束, 受荷载作用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。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。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。合理解决桥面铺装问题需要从理论分析和结构计算两方面入手, 正确的理论基础是根本, 合理的力学模型是关键。通过计算分析与实测对比, 较好的解决问题, 搞清影响因素;还要加强对模型尺寸及收敛条件的研究, 在条件允许的情况下, 加强对其动力性能的研究。在分析铺装层破坏形式的基础上, 确定关键因素, 提出控制指标并建立相应的破坏准则, 为设计提供依据, 要达到这一目标需要做大量的基础性研究工作。
3 结语
对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, 总结了当前国内桥面铺装结构分析的主要方法, 提出了需要注意的一些问题以及今后研究的主要方向。当务之急是加快对沥青混凝土桥面铺装的进一步研究, 以明确桥面铺装层各结构层计算模型、力学特性及相关参数, 为桥面铺装的设计提供指导;同时, 加强对各铺装层材料的材料性能指标和测试技术的研究, 开发适应桥面破坏机理的新材料;另外, 还要改进铺装技术及提高施工质量, 保证设计模型的准确性, 从根本上解决桥面铺装早期损坏问题。
参考文献
[1]赵满, 梅琪, 赵庭耀.混凝土桥面铺装设计与施工[J].东北公路, 2000.
沥青混凝土桥面 篇11
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形式密切相关, 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。
随着我国公路桥梁建设快速发展, 桥梁结构不断创新, 而桥面铺装的设计与施工仍沿用传统的习惯做法, 在桥梁结构设计时, 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。这不仅影响了桥面的美观, 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。
而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说明, 关于具体的设计理论与方法方面上还是空白, 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, 应加强对桥面铺装, 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。主要有: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;因温度变化并伴随桥面板或梁结构的大挠度而生产的裂隙, 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。
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影应力而引起的无确定破坏而的剪切变形;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
3.1.1 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。
3.1.2 现行规定第3.2.2条规定:……如精确的计算方法,
箱形梁也可参照T形梁的规定处理。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, 柳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, 就越来越不宜了, 导致按T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。
3.1.3 随着材料工业的发展, 桥梁承重结构的改进, 使桥梁能以较柔的结构
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。
3.1.4 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恋矩或拉力, 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。
3.1.5 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颁布情况, 在明确发桥梁结构受力的基础上, 对桥面铺装进行受力计算。
3.2 施工工艺
铺装层厚度偏少。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, 一般在测量主梁项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。
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, 防水层的使用铺装层发生剪切破坏的机率更大。
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。
摘要：随着交通量和重型车辆的增加, 桥面铺装问题普遍。这不仅影响了桥面的美观, 更易造成交通事故, 也给维修工作带来了很大困难。因此, 应加强对桥面铺装, 特别是结构破坏机理和设计理论方面的研究。