水泥混凝土橋面鋪裝病害及預(yù)防措施

近年來，隨著高等級(jí)公路的快速發(fā)展，橋梁的數(shù)量增多，許多橋建成通車之后不久就出現(xiàn)了問題，給車輛的運(yùn)行和橋梁的維修帶來諸多不便。個(gè)別路段橋面鋪裝不斷出現(xiàn)較大面積的早期破壞，病害主要表現(xiàn)為局部坑槽、角隅破壞、縱橫縫兩側(cè)啃邊、縱向裂縫等。本文就與此有關(guān)的問題進(jìn)行分析與探討。

一、水泥混凝土橋面鋪裝病害產(chǎn)生的原因

水泥混凝土橋面鋪裝病害產(chǎn)生的原因不外乎設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)方面，但設(shè)計(jì)方面的原因多于施工方面的原因。

現(xiàn)代公路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)是行車速度高、載重量大、車流量大。因此，作為橋梁直接承載層的橋面鋪裝設(shè)計(jì)必須適應(yīng)這一特點(diǎn)，鋪裝層必須具有較高的強(qiáng)度和足夠的厚度、含筋率，以及合理的鋼筋空間分布，以防止混凝土開裂破壞，并保證耐磨。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念是，橋面鋪裝不參與結(jié)構(gòu)受力；設(shè)計(jì)時(shí)，只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用6cm～10cm的厚度，混凝土標(biāo)號(hào)為c25～c35，鋼筋作為構(gòu)造鋼筋，而不是作為受力鋼筋來配置，直徑一般為6cm～10mm，網(wǎng)間距為15cm×15cm～20cm×20cm。設(shè)計(jì)者一般未對(duì)該設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性進(jìn)行充分論證。由于設(shè)計(jì)上的不足，加上施工過程各環(huán)節(jié)控制不嚴(yán)，因此，經(jīng)常會(huì)發(fā)生橋面鋪裝的早期開裂破壞現(xiàn)象。

汽車荷載通過車輪作用于橋面時(shí)，是一個(gè)局部移動(dòng)集中荷載。在這一作用下，橋面鋪裝隨著梁體產(chǎn)生正彎距和負(fù)彎距，局部區(qū)域還會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，這是造成橋面鋪裝層遭受破壞的根本原因。在這一局部集中荷載作用下，橋面鋪裝層一方面產(chǎn)生局部彎沉，即橋面局部產(chǎn)生向下彎曲和向上彎曲，于是產(chǎn)生了正彎距和負(fù)彎距，鋪裝層上下均出現(xiàn)拉應(yīng)力；另一方面產(chǎn)生壓應(yīng)力集中，由于混凝土存在微觀裂(空)隙，在宏觀強(qiáng)大集中壓力作用下，微裂隙尖端會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力集中產(chǎn)生，造成微裂隙擴(kuò)展，最后在主拉應(yīng)力作用的方向產(chǎn)生拉伸破壞。由此可知，鋪裝層上下與全層的縱橫方向均出現(xiàn)拉應(yīng)力，而且是一種反復(fù)應(yīng)力、沖擊應(yīng)力。橋面鋪裝中的任何縫隙(包括施工縫和假縫)都會(huì)激發(fā)更嚴(yán)重的拉應(yīng)力集中，使混凝土在薄弱處首先破壞，進(jìn)而逐漸向周圍擴(kuò)展。

二、預(yù)防措施

混凝土橋面鋪裝層病害的原因比較復(fù)雜，影響的因素很多，根據(jù)上述分析，筆者認(rèn)為應(yīng)從設(shè)計(jì)和施工兩方面采取以下預(yù)防措施：

1．設(shè)計(jì)方面

(1)鋪裝層必須具有足夠的厚度，以適應(yīng)行車速度高、載重量大和車流量大的需要。因?yàn)楹穸冗_(dá)，則剛度大，車輛局部集中荷載作用下所產(chǎn)生的橋面鋪裝局部拉應(yīng)力亦相應(yīng)減少，鋪裝層就越難發(fā)生拉伸破壞。根據(jù)車速、載重量、車流量情況，可加大鋪裝層厚度約為12cm～18cm。

(2)鋪裝層鋼筋不應(yīng)單純按構(gòu)造鋼筋配置，而應(yīng)更多地考慮按受力筋配置。必須具有足夠的含筋率，大橋和特大橋考慮配置上下層縱橫方向的鋼筋，以承受鋪裝層因局部集中荷載作用下所產(chǎn)生的拉應(yīng)力。可采用雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑8mm～10mm，上層網(wǎng)距15cm×15cm，下層間距20cm×20cm，縱橫向盡可能保證連續(xù)。

(3)由于橋面鋪裝層中，任何縫隙都會(huì)激發(fā)更嚴(yán)重的應(yīng)力集中，因此這些縫隙便成了橋面的薄弱環(huán)節(jié)，是橋面鋪裝混凝土破壞的"起點(diǎn)"。因此，在滿足功能要求的前提下，盡可能減少各種縫隙，在鋪裝層鋼筋網(wǎng)間距較密的情況下，可大大減少各種假縫數(shù)量，縱向工作縫應(yīng)設(shè)置在車道分界線及車道之外，以減少荷載對(duì)縫隙的作用次數(shù)。

(4)目前，橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，多采用空心板梁，雖然結(jié)構(gòu)整體能滿足強(qiáng)度要求，但由于梁體剛度較小，產(chǎn)生的撓度較大，在車輛荷載作用下，梁體的反復(fù)撓曲變形加上反復(fù)的局部彎沉變形，必然會(huì)加快橋面鋪裝層的破壞。

(5)梁體必須設(shè)置足夠的預(yù)埋鋼筋，并與橋面鋪裝層鋼筋焊接相連接，確保梁體與橋面鋪裝緊密結(jié)合，連成一體，共同作用。

2．施工方面

除嚴(yán)格按照施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行施工外，還必須注意以下幾點(diǎn)：

(1)在溫差較大季節(jié)及炎熱天氣，要避開中午高溫時(shí)施工，安排下午開始至夜間施工為宜。這樣可避免產(chǎn)生溫差拉應(yīng)力而引起裂縫。

(2)為了確保梁體與鋪裝緊密結(jié)合，共同作用，鋪裝層鋼筋與梁體預(yù)埋鋼筋最好用搭焊方式相連，焊縫長(zhǎng)度及質(zhì)量等應(yīng)滿足施工規(guī)范要求。進(jìn)行鋪裝施工前，必須對(duì)梁體表面的砂漿等雜物進(jìn)行鑿除、清洗，并充分鑿毛，以防止鋪裝層與梁體在車輛荷載作用下發(fā)生脫離，鋪裝層易遭破壞。

(3)鋪裝層縱橫鋼筋必須穿過各種縫隙，并保持每根縱橫鋼筋連續(xù)，以承受由于混凝土收縮變形或變溫作用以及車輛荷載作用下引起的拉應(yīng)力，避免縫隙的過早破壞。

(4)混凝土坍落度控制在3cm～5cm。由于塑性混凝土拌和物在硬化過程中收縮，水灰比(坍落度)越大，收縮越大，水泥混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力越大，橋面就越容易產(chǎn)生收縮裂紋。因此嚴(yán)禁使用泵送混凝土澆筑橋面，因?yàn)楸盟突炷烈话闾涠容^大，常達(dá)13cm～18cm。在使用塑性混凝土澆筑橋面時(shí)，應(yīng)采取真空吸水法施工，盡可能把多余水分吸出。

(5)必須保證鋪裝層混凝土全面覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，在7天以上養(yǎng)護(hù)期間內(nèi)連續(xù)保持混凝土的濕潤(rùn)狀態(tài)，以保證混凝土強(qiáng)度正常增長(zhǎng)。

(6)采用外加劑應(yīng)慎重，因?yàn)橛行┩饧觿?huì)增加混凝土收縮，有些會(huì)降低混凝土后期強(qiáng)度。因此，在需要使用某種外加劑時(shí)，必須查明有何副作用，并嚴(yán)格控制其用量。