【分享与讨论】桥面铺装病害机理分析、预防与维修

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编者按：桥面铺装层的作用是防止车轮直接磨耗桥梁板，保护梁板免受雨水直接侵蚀，并对车辆轮重的集中荷载起分布作用。桥面铺装层应具有一定的强度，并具备抗裂、抗冲击、耐磨性能等要求。目前，随着交通量和重型车辆的增加，桥梁桥面铺装层损坏比较严重，有的桥梁甚至通车不久即出现了开裂、碎裂、露骨、脱落等现象，不仅影响行车安全、公路的正常运营和桥面美观，对桥梁维修也带来了很大困难。
      编者从桥面铺装病害机理分析、设计及施工防治以及加固维修等几个方面抛砖引玉，着眼于桥面铺装主体、铺装与梁体的结合以及梁体本身三方面分析探讨，希望大家能就此话题就当前桥面铺装技术领域的一些新材料、新工艺、新技术、新动向进行讨论与交流。

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1 桥面铺装自身的因素
　　在大量高速公路桥面破坏修复实践中发现，很多是由于桥面混凝土铺装层引起的，有的被压裂，有大面积表皮脱层皮，混凝土强度低，钢筋网偏下等现象。通过对破坏情况分析有主要以下原因：
9 q  J* J( w+ I3 J4 R. T1.1 桥面混凝土强度低而被破坏
0 [' S  ~6 t% F0 |- ~( j　　桥面混凝土坍落度大，振捣时表层浮浆较厚或桥面有积水就直接摊铺混凝土使浮水上到表层降低了混凝土强度；冬季施工保温措施差混凝土受冻，混凝土振捣不实或养生不好降低了混凝土强度等级。
# F3 s4 Q# ^  y$ B# m8 T) ^, N! h/ m1.2 桥面铺装层的厚度太薄
3 [9 j4 u, D8 F+ l8 W  ]' \　　经常因施工因素，梁板表面标高高出设计标高，或者调整桥面纵横坡等原因造成了桥面铺装层厚度局部过薄(一般不宜小于8cm)，削弱了桥面铺装层的刚度和承载能力，这也是桥面早期损坏的原因之一。
$ y/ G0 `% K1 |7 R1.3 混凝土质量的影响
( N) P! P7 m0 c7 i* m　　混凝土的原材料质量低劣、例如混凝土浇筑砂率过大、水灰比控制不好、原材料砂石级配差、混凝土拌和物和易性差以及施工时漏振、模板漏浆等造成混凝土中出现蜂窝、麻面、强度降低等缺陷，会破坏了铺装层的整体性、降低了其抗裂、抗冲击、抗弯曲及耐磨的能力。
9 Q$ F0 r" f( O' Y　　目前很多桥梁桥面铺装采用泵送混凝土工艺，为满足泵送混凝土较大坍落度的要求，除掺入添加剂外，还加大水泥用量和水灰比。水泥用量和水灰比的越大，砼的干缩就越大。由于混凝土硬化初期的抗拉强度小，若干缩和冷缩产生的拉应力超过其抗拉强度，则将导致混凝土内部及表面产生裂缝。再加上忽视混凝土早期养生，这更加促使温度收缩和干缩裂缝的发育、造成桥面的过早损坏。   
1.4 桥面铺装层内的钢筋网走位
+ Q- G5 q% B6 W7 |　　对于出现负弯矩的桥面铺装层，在进行绑扎钢筋网和浇筑水泥混凝土时，受到施工人员操作质量、运输机具碾踏和水泥混凝土的自重压力等影响，导致其紧贴梁面的走位，削弱了钢筋网承受荷载的能力，容易因此而出现桥面裂缝等损坏现象。
2 桥面铺装与梁板顶面结合对铺装的影响
% c7 O# s) Z$ h9 S/ W" A( l2.1 桥面铺装层与梁板表面混凝土粘结力差  
     主要是浇筑桥面混凝土前，梁板顶散灰土等杂质清扫不够，分两幅施工时养生水溶混凝土白色粉尘二次污染。预制梁顶面粗糙度不够，浇筑混凝土前没有对接触面撒水湿润等因素造成。如果桥面铺装主梁表面未凿毛或凿毛的密度和深度不够，都会降低了桥面铺装层与梁面之间的粘结力，使水泥混凝土层的整体性遭到破坏，车轮的剧烈冲击和荷载的作用使通车后桥面铺装层出现脱皮、裂缝、剥落等现象。   
$ y( R0 n' r: b. l/ M      对策措施：
　　要保证桥面混凝土与梁板顶面混凝土结合为一体；在预制梁体式其顶面进行刷毛处理，刷毛深度露出石子3～5mm，刷毛后及时清扫干净；梁与梁之间如设计了铰缝混凝土，浇筑混凝土时高度低于梁顶3～5cm做成槽口，浇筑桥面混凝土后每条槽口形成“小梁”，加强桥面混凝土与梁的结合；桥面钢筋绑扎前保证预制梁板、桥面板表面粗糙，清洗干净，对预制梁板顶遗漏的水泥砂浆和松弱层进行彻底的凿除，必要时用气泵或高压水冲洗，并在浇筑前对梁板顶均匀的洒水湿润，但不得有明水、积水。
5 }! T3 }$ Q  b9 b1 x5 M　　当桥面太宽分两幅施工时，先浇筑横坡较低的一幅，避免养生水对另一幅的二次污染。另一幅浇筑混凝土前对粉尘杂物还必须进行一次清除，特别对接缝处更应细致的处理干净。
2.2 桥面混凝土与沥青混凝土结合较差
　　混凝土初凝时拉毛或压毛是桥面混凝土传统的制毛工艺，表层平整美观大方，但表层存有不密实的浮浆与沥青混凝土结合不十分理想。在长期超载的车轮碾压下，桥面混凝土浮浆便“未老先衰”被破坏，从而引起沥青混凝土的破坏。
7 W# F; F" ?4 x      对策措施：
　　(1) 确保桥面混凝土有足够的整体强度。混凝土拌合料要级配合理，具有良好地和易性，现场施工时严格控制坍落度，夏季施工可配置坍落度5～7cm。桥面如有积水用麻布沾水清除后再摊铺混凝土，用人工拉平板振动器振捣与振动梁振捣，然后用滚杠、刮杠人工抹面压实找平。及时进行遮盖洒水养生，大风或高温时对平整后的混凝土及时用塑料布覆盖，防止水分蒸发过快造成混凝土裂纹并降低混凝土强度。
　　(2) 严格控制桥面混凝土冬季施工。桥面混凝土一般厚度10cm以下，且暴露在高空，极易受冻，特别是昼夜温差较大的初冬更应引起高度重视。混凝土在初凝时一旦受冻，将成为豆腐渣而不能使用。
/ r6 Y8 ^8 g0 R" J/ Y　　(3) 保证桥面钢筋的正确位置，特别强调桥面钢筋网与梁顶必须有一定的保护层。浇筑混凝土采用吊车提升或泵送为宜。禁止混凝土运输车直接碾压钢筋，必要时搭设简易车道。
  |% N3 B- A- P* X2 V  d4 D　　(4) 桥面铺装分幅施工时，应对纵横项工作缝进行防渗水处理。连续梁设计时考虑了负弯矩的桥面开裂，设置了二布六涂防渗水措施，而分幅施工的桥面工作缝的渗水也不可忽视。
" E# a# F5 f4 A" k; |2 ~! U$ s　　(5) 刷毛工艺用普通的钢丝刷人工操作，重点是掌握刷毛时间，过早不均匀，容易刷掉石子沾刷子不易操作，如果晚了刷不动。一般掌握在初凝后亦不沾刷子最好，必要时集中人力大突击战。刷毛按二遍最好，第一编纵向刷，第二遍横向刷，深度已露出石子1～2mm即可，刷后及时用扫帚把沫清扫出桥面范围。
2.3 桥面铺装早期破损与防水层的关系
　　桥面铺装早期破损与防水层材料选择不当及施工质量有关。过厚的防水层和粘结性差的防水层，在重载交通的反复作用下使沥青混凝土铺装层产生推移、松散，导致桥面铺装破损。
　　防止桥面铺装早期破损的关键：一是解决沥青混凝土铺装层透水问题，二是防止由于防水层施工在沥青混凝土桥面铺装层和水泥混凝土桥面之间形成薄弱夹层或无粘结层。因此，在重载交通下建议不要采用卷材和粘结性差的防水材料。
3 主梁本身对铺装的影响
3.1 梁板顶板厚度不够，降低了梁板顶面的承载力
0 C" r4 [" ~7 G5 N" _　　预制板梁混凝土施工目前多采用一次性浇注成型的施工工艺。内模固定不牢、控制内膜上浮的压杠布置不当和混凝土振捣时因挤压力的作用使内模上浮，造成板梁底面超厚和顶板厚度不足。梁板顶板局部厚度除两端部分以外在实际检查中又是很难发现和量测的，尤其是梁板的跨中部分，往往是顶板最薄的部分，当荷载集中时，梁板顶板无法承受集中荷载而破坏，进而造成桥面破坏。
      对策措施
5 _5 m" |+ L. l; l　　针对梁板顶板厚度不够的问题，在进行梁板预制或现浇时，要严格控制混凝土的坍落度与振捣方式、时间，同时设置足够刚度的压杠，必要时增加芯模定位钢筋，确保芯模不出现上浮现象。
　　当梁板混凝土达到一定强度时，要对其顶板进行检查，用小锤轻敲看是否存在“空鼓”现象，确定其范围，然后人工凿除并清除干净后重新浇筑顶板混凝土。
$ V) p5 G8 d) {# O3.2 梁板拱度对桥面的影响
4 S4 y/ a7 W) g0 G0 I5 L; Q3.2.1 梁体内所建立的预应力使梁体拱度偏大
　　梁板浇注后达到设计规定强度进行预应力张拉，张拉后梁板产生的预拱度在设计文件中有明确的说明，但实际产生的拱度一般比设计拱度值大，个别梁板实际拱度会达到设计拱度的1.5以上，这就造成相应部位桥面变薄，降低了桥面的承载力。另一方面，由于梁板拱度最大值在梁板跨中部位，导致桥面在纵向呈现波浪型，增大了车辆荷载的局部冲击力，对桥面受力产生了不利影响，降低了桥面的使用寿命。
- A" c( H8 p- \4 ~% _7 X3.2.2 混凝土的收缩变形
　　混凝土在空气中凝结硬化过程中，体积减小的现象，称作收缩，由于混凝土的收缩虽然有预应力损失，但更多的作用是使梁产生向上的预拱度。混凝土的收缩一般在两周内完成全部收缩的1/4，一个月完成1/2，三个月达3/4左右，两年后趋于稳定。
  D7 {3 B1 V- Q1 f  r: ^　　影响混凝土收缩的因素有：a.水泥用量b.水泥品种c.骨料性质d.养护条件e.混凝土的制作条件f.构件体积/表面积大时收缩小。
$ k; e/ \, o8 S* @! z5 I7 H2 T* C7 ]3.2.3 混凝土的徐变
. x0 t9 k/ _9 w5 n- b' D# [$ C　　在荷载长期作用下（维持压应力不变），混凝土的应变随时间继续增长的现象，称为混凝土的徐变，由于混凝土的徐变可使预应力梁的预拱度值增加0.5～1倍．影响混凝土徐变因素很多，一般分为以下三类：
　　(1) 内在因素　　混凝土的组成成份和配比是影响徐变的内在因素，水灰比越大，水泥用量越多，徐变越大，骨料越坚硬，含量越多，徐变越小。
7 v) y+ t5 _3 D　　(2) 环境条件　　养护条件下的温度和湿度是影响徐变的环境条件，在预加应力阶段，湿度越大，温度越高，水泥水化作用充分，徐变就越小，采用蒸汽养护可使徐变减少20％～35％。
* u( f9 o0 l$ U* H9 O" f　　(3) 应力条件　　徐变是混凝土受载后随时间增长的变形，因此，施加初应力的水平和加载时混凝土的龄期是影响徐变的重要因素，加载时混凝土的龄期越长，混凝土硬化越充分，徐变就越小。
      对策措施
  ~( ~4 L3 e5 s% q# `+ I+ w) C0 a　　严格控制张拉时间和张拉时的混凝土强度，同时控制张拉应力达到设计控制应力，避免张拉应力过大。对于先张法预应力梁板，可以根据工期要求采取放张时间推迟的办法，即在梁板混凝土强度达到设计要求的前提下，可适当的延长放张时间。对于后张法预应力梁板可采取延长养生期的办法进行，如果梁板在张拉后两个月之内不能安装的情况下可采取对梁体顶部进行增加荷载预压，以减小梁体的上拱度。
+ s4 ~/ b/ j1 e2 w/ p3.3  预制梁板顶板裂缝影响桥面混凝土质量
# U( g) Z$ r( W! L　　预制梁板混凝土顶板经常出现横向裂缝及不规则裂缝，出现裂缝的主要原因，一是水泥用量过大或温差过大以及养生不及时等易出现干缩裂缝，二是底座不牢，沉降不均匀出现横向断裂，三是吊装或堆码，受力支点不当出现裂缝；这些裂缝如果不经过适当处理，在使用过程中就会造成梁顶板承载降低，进而造成破坏。
      对策措施  
　　在预制梁板时严格控制混凝土的浇筑质量及养生质量。对于芯模的拆除时间应严格控制，以防止芯模拆除过早而造成顶板塌陷。对于顶板已产生裂缝的梁板可采取注浆处理，对于超规裂缝范围全部凿除混凝土后再进行顶板浇筑的补救措施，并在浇筑桥面时对此处进行横向加密钢筋的加强补救措施。
- m0 i0 }4 F" j, Y$ ]  J3.4 负弯矩的反射作用
( `& m% u5 R% J3 i' v     连续梁桥、拱桥及悬臂梁桥，由于荷载的作用而产生负弯矩或拉力，桥面铺装层受到拉应力的作用，因此产生裂缝，从而造成桥面铺装的损坏。
  s/ p9 [. N( z8 Z' Q& j$ X4 施工及运营管养等其它方面的原因
4.1 施工缝处理不当
2 B& q- Z' u2 e9 ^) }　　桥面铺装应力求少设施工缝，需设置施工缝的也应设在墩台顶的位置。桥面不宽时以全幅一次性浇注为好，桥面宽度大的可以分隔带为分界面。但不少施工单位在进行桥面铺装时随意设置施工缝，且对施工缝的处理也不当(如不按规范凿毛等)。此外，浇注混凝土过程中出现的间歇时间太长(一般不宜超过1h)，又没有按规定设置施工缝。这些都严重地影响混凝土的连续性和整体性。
, V( j& N0 i& t; N4.2 过早通车
: N8 ^" h: h, F% F8 N3 z: H* R+ Z　　为了达到提前通车或“献礼”所需，有些建设单位往往在桥面铺装完成几天后即开放通车，造成桥面在强度不高、变形未稳定的情况下过早承受外来重载的作用，这也是造成桥面过早损坏的原因之一。
- T2 h. Q* g# b! v4.3 荷载过大及冲击影响
8 ^2 h+ m) V1 ]1 U, e0 [1 S3 Y　　高密度重交通以及超载车辆的增加，加重了桥面铺装层的负荷，并且车轮荷载的大型化会产生大的冲击，而在路面不平整或桥面伸缩等有高差的地方，冲击则更大。