沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析
沥青混凝土桥面铺装病害原因探析
沥青混凝土桥面铺装病害原因探析一、桥面铺装常见病害：1、裂缝沥青混凝土面层出现开裂，大部分以横缝、纵缝、网状裂缝的形式出现，将面层除去后，发现桥面水泥混凝土铺装层上也出现裂缝。
2、拥包、车辙：桥面铺装中的沥青面层在位于行车道位置发生纵向拥起，有时拥起部分向两侧隆起，伸缩缝附近还会出现波浪状，严重的对行车的舒适性、安全性影响较大。
3、坑槽：一般在雨后容易形成，随着病害的发展，桥面铺装层出现唧浆、松散等病害，在得不到及时维修处理和行车的双重作用下，导致粗集料脱落，形成坑洞，对行车的安全造成严重隐患。
4、纵向通缝：桥面铺装在雨雪、盐水的侵蚀和反复冻融和超重荷载作用下桥面铺装损坏，进而渗水进一步侵蚀绞缝致使绞缝损坏，从而反射到沥青路面表面层上。
二、病害产生原因：1、横向裂缝产生原因分析①.沥青面层的自身的温缩裂缝。
②.刚性混凝土铺装层的裂缝反射的裂缝。
③.施工时存在碾压裂纹。
④.施工缝处理不到位，接缝处粘结的不牢。
2、网裂、龟裂产生原因分析①.沥青路面上常会出现一些油皮，若不及时处理，薄层油皮会随着行车的增加越来越严重，逐渐发展成网裂。
②.当路面出现裂缝后，经雨水的浸入和荷载作用发展形成龟裂。
③.沥青混合料质量较差，拌和温度过高、拌和时间过长或在成品料仓储存时间过长，使沥青变硬，对拉应力敏感而产生裂缝，经过压路机碾压就会产生网裂、龟裂。
3、拥包、车辙产生原因分析①.原材料规格不稳定，时粗时细，石粉含量时多时少，摊铺到路面上，表面细集料过于集中。
② .混合料中沥青用量偏大，造成泛油现象。
③ .沥青混凝土施工配合比与生产配合比有出入，造成沥青混合料出现异常。
④ .压路机碾压速度过快或摊铺厚度过后，就会导致混合料产生推移，导致出现拥包。
⑤ .沥青质量不合格，沥青的粘度低，感温性很强。
⑥ .施工时，沥青混凝土的压实度不足，在通车后超载行车荷载的作用。
4、坑槽产生原因分析（1）、沥青面层压实度不足压实度直接影响路面的强度，压实度达不到要求，易使地表水浸入，使沥青与矿料剥离脱节而松散。
沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析
沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析论文导读：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。
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。
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1.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。
论文发表，结构分析。
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。
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。
沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析
沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析【摘要】沥青混凝土桥面铺装是道路工程中常见的一种铺装方式，但在早期使用过程中常常出现各种病害，影响使用寿命和安全性。
本文通过对沥青混凝土桥面铺装早期病害的原因进行分析，探讨了水泡和裂缝的形成原因，提出了防治措施和建议。
在沥青混凝土桥面铺装中，早期病害主要包括裂缝、坑洞、龟裂和水泡等多种类型，其中裂缝和水泡是最常见的病害。
造成这些病害的原因主要包括材料选用不当、施工工艺不完善、设计缺陷等因素。
针对这些问题，本文提出了一些防治措施，如提高材料的质量、加强施工质量控制、合理设计桥面结构等。
未来的研究方向应该着重于改进材料性能、提高施工技术水平和完善设计规范，以减少沥青混凝土桥面铺装的早期病害发生率，提高道路使用寿命和安全性。
【关键词】沥青混凝土、桥面铺装、早期病害、水泡、裂缝、原因分析、防治措施、建议、研究方向1. 引言1.1 背景介绍沥青混凝土是一种常用的桥面铺装材料，具有优良的耐久性和抗磨损性能，被广泛应用于桥梁工程中。
在沥青混凝土桥面铺装的使用过程中，随着时间的推移，可能会出现一些早期病害，影响桥面的使用和安全性。
早期病害是指在桥面铺装完工后不久就出现的损坏和缺陷，包括水泡、裂缝等。
这些病害不仅影响了桥面的美观性，还可能导致桥面的结构性能下降，甚至危及桥梁的使用安全。
对沥青混凝土桥面铺装早期病害的原因进行深入的分析，对于提高桥梁的使用寿命和安全性具有重要意义。
本文旨在对沥青混凝土桥面铺装早期病害的原因进行深入探讨，并提出相应的防治措施，以期为相关领域的研究和工程实践提供参考。
1.2 研究目的研究目的是为了深入分析沥青混凝土桥面铺装早期病害的原因，探讨水泡和裂缝的形成机理，以便为相关工程实际应用提供参考和指导。
通过对早期病害种类和形成原因的分析，可以揭示沥青混凝土桥面铺装在施工和使用过程中存在的问题，进一步探讨有效的防治措施和解决方案。
通过研究早期病害的原因，可以为未来的研究方向提供借鉴，指导相关领域的工程技术改进和创新。
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。
沥青混凝土桥面铺装病害的原因分析
沥青混凝土桥面铺装病害的原因分析摘要：近年来我国公路桥梁建设快速发展，针对沥青混凝土桥面铺装早期病害破损现况，本文就设防水层的水泥混凝土桥沥青混凝土桥面铺装早期病害原因做了简要的分析。
供大家参考借鉴。
关键词：桥面沥青混凝土，早期病害，原因分析引言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，既是桥面保护层又是桥面结构的共同受力层，所以必须具有足够的强度和良好的整体性，并具备足够的抗裂、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，大跨径桥梁已经非常普遍，目前大多数的桥面铺装都采用柔性铺装。
桥面柔性铺装能大大缓和行车对桥面板的冲击，能达到运营中平稳舒适的要求，随着沥青材料性能的改进，应用更加广泛。
但随着交通量和重型车辆的增加，桥面铺装问题也越来越多。
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。
特别是近年来设防水层的水泥混凝土桥沥青混凝土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。
几年来, 从本人所从事的泉州市内环路高架桥改造及市区道路和桥梁加铺沥青施工和日常养护的路面维修来看，高速公路沥青混凝土桥面铺装早期出现的病害更加突出，对桥面铺装的沥青混凝土路面进行铣刨重铺的返修率更高。
本文以下就从可能引起沥青混凝土桥面铺装早期病害产生的原因做简要的分析。
1. 沥青混凝土桥面病害情况目前在桥面铺装中广泛使用防水层，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，桥面防水层的存在使上部结构板体受力体系发生变化，处于防水层上的沥青铺装层一经开裂，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。
桥面破损现象2. 设防水层的沥青混凝土桥面铺装破坏形式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。
桥面沥青铺装层裂缝病害分析及处理措施
导致钢筋混凝土桥面沥青混凝土铺装结构出现病害的原因有很多种，其中主要包括桥梁结构铺装结构、材料以及所处环境等，也就是说在实际进行桥面铺装工作的过程当中我们必须实现对上述因素的充分考虑。
在实际运营过程当中桥面沥青铺装层起着相当重要的作用。
这要求施工部门以及相关工作人员必须提高对上述工作的重视程度，在实际施工中借助科学的技术与手段实现对桥面沥青混凝土铺装结构的保障，从根本上防止起病害现象的出现。
一、裂缝病害产生的原因1.结构设计方面的因素。
随着交通业的日益发达，对于桥面的负荷能力要求也越来越高，通过良好合理的设计方案，使得桥梁主梁架构能达到现实生活中的受力要求。
而在桥梁建设工作中，对于桥面沥青层的结构分析以及负荷能力计算都不够系统和全面，往往是侧重于对主梁进行计算分析，而忽略了对于桥面沥青铺装层的刚度要求，从而导致了沥青铺装层的抗压能力不足，易于损坏。
桥面沥青铺装层也是保证桥梁安全运行的核心结构之一，要重视对于沥青铺装层的计算和分析。
而在对其的具体分析中发现，不同形式的主梁以及去本身架构会在一定程度上提升对其进行受力分析的工作。
例如对于连续桥梁、悬臂梁桥以及拱桥等不同的桥梁结构，由于荷载时的受力方向、程度都有一定的特殊性，如果没有良好的结构设计方案，桥面沥青层可能会产生负弯矩裂缝。
所以，这项工作也是值得我们在具体施工的过程中高度重视的，只有在良好合理的设计方案下，才能保证桥面沥青层有更长的使用期以及强大的抗压能力。
2.施工工艺方面的因素。
由于施工工艺方面的因素，桥面沥青层的质量得不到保证，也会使其容易产生裂缝病害，而严重的影响了桥梁上的交通安全。
在这方面桥面沥青层产生裂缝病害的原因主要是两方面，一方面是由于水泥的质量不合格，这样便容易形成裂缝病害。
而也可能是由于水泥和水的比例没有搭配好，若水泥的用量大于水，则会产生收缩性裂缝，相反，用水量过多的话会造成坍落度偏大，形成裂缝。
例如在冬季施工时，温度比较低，混凝土的融合速度较慢，则会在一定程度上影响施工的效率。
沥青混凝土桥面铺装常见病害分析与施工质量控制
结作用。 原桥面水泥砼铺装层未清洗干净， 在水泥 砼铺装层和沥青砼铺装层间形成 了一层隔层， 使 得粘层（ 防水层） 起不到应有的作用。雨水进入后 在行车的反复作用下即形成唧浆。 １ ４施工的冷接缝和与路肩结合时未按要求 涂洒粘层沥青 ， 使得这些地方雨水有机会渗入， 经 行车碾压把水浆挤出即形成唧浆。 ｌ ５沥青混合料不均匀 ， 局部地方粗、 细集料 不均匀 ， 沥青铺装层的空隙率偏大 ， 在雨天， 车辆 荷载作用下， 由于沥青脱落很快就会冒出白浆。渗 水进 ＾ 、 难以排出， 行车反复碾压形成唧浆 。另外 ， 沥青面层压实度不够 ，车辆行驶尤其是超重车的 行驶造成车辙 ， 在主车道发生较多。 １ 施工时未按规范要求进行碾压， ． ６ 施工时的 沥青用量偏少或沥青温度过高 ， 沥青老化失去粘 结力， 石料和沥青的粘结力不够造成松散。 强度不 足， 经重车反复振动碾压 ， 长时间就会破碎脱落。 １ 水所引起的损坏。由于沥青的 － ７ 粘附性差 ， 空隙率过大或铺装层开裂导致水分渗入， 水渗人 到沥青面层内部和水泥混凝土桥面与沥青面层的 界面之间， 在行车荷载及温度变化下产生水损害 ，
１ 沥青性能不好， Ｉ ８ 油层老化 ， 路面使用疲劳、 衰减，反复多次的微裂，即会形成较大面积的网 裂 ，严重时形成龟裂。施工时沥青混合料温度过 高， 沥青老化 ， 失去粘性。 １ ． ９温度条件所引起的损坏。 桥面结构直接承 受气候条件的影响， 同正常路面结构相比， 铺装层 材料夏季温度更高， 冬季温度更低， 即相同的气候 条件对铺装结构材料的影响更苛刻。 １ ０沥青混凝土铺装层结构受力所引起的损 ． １ 坏。沥青混凝土桥面铺装层同桥梁结构在材料性 能Ｅ 差异较大 ， 即一柔一刚 ， 因此在外力作用下会 导致应力与变形 的不连续 。在刚度大得多的桥梁 结构上， 柔性铺装层必须具有足够的强度和稳定 要达 到 ９％。 ８ 性， 尤其是抗剪强度更为重要。 ３． ．６提高 沥青 和集 料 的粘囊性能 １ ２沥青混凝土桥面铺装的功能要求 ３ ２在设计上应保证沥青混凝土铺装层的厚 为保证沥青混凝土桥面铺装结构在设汁使用 度满足使用要求， 于高速公路桥面， 对 其沥青混凝 期限内的使用性能和耐久性，桥面铺装应具备以 土铺装层厚度应￣ｇｍ —般等级公路桥面沥青混 ＞ ｅ， 下功能 ： 凝土铺装层厚度应与相接公路面层—致并一起施 ２ １良好的抗裂陛和适应变形的能力。 在车轮 工 。 荷载作用下，某些结构铺装层内产生较大的拉应 ３ ． ３沥青混凝土配比要采用连续密级配 ， 确保 力， 反复作用容易导致铺装层的疲劳开裂 ； 连续梁 沥青混凝土不渗水 ，同时在泄水孔的设计、施工 桥桥墩处出现的负弯矩引起桥面开裂 ， 从而引起 时，保证泄水孔的顶面标高低于桥面水泥混凝土 铺装结构层开裂 ； 大跨度桥梁结构变形较大， 因此 铺装标高 ， 确保～旦渗水可将渗下的水排出， 以防 要求桥面铺装具有优 良的柔韧陛和适应变形的能 止渗下的水浸泡沥青混凝土。 力，以避免铺装层早期疲劳开裂和较低温度时的 ３ ４施工前应对水泥混凝土桥面进行清扫和 收 缩开裂 。 冲洗， 对尖锐突出物及凹坑应予打磨或修补， 以保 ２ 优 良的热稳定性。 － ２ 水泥混凝土桥面在夏季 证桥面平整、 粗糙、 干燥、 清洁桥面、 横坡应符合要 高温季节 ， 阳辐射大 ， 太 沥青铺装层从上到下温度 求。 粘层油宜采用乳化沥青或改性沥青 ， 洒布要均 都较高，要求具有优良的高温抗蠕变及抗剪切性 匀 ， 确保充分渗 人 起到粘结作用。 以 能， 才能将车辙深度限制在容许范围内。 ３ 在施工时， ５ ． 沥青混凝土宜采用胶轮压路机 ２ ． ３良好 的 抗老化 能力 。 为保证 沥青铺 装层 的 复压及轻型钢筒式压路机终压的方式，不得采用 耐久性，铺装层结构必须具备良好的抗老化的性 可能损坏桥梁的大型振动压路机和重型钢筒式压 能。 路机，沥青混凝土铺装层的施工碾压一定要严格 ２ ４良好的防水性。 保护水泥混凝土桥梁及预 控制压实度， 同时要加强检测， 确保各项指标符合 应力钢筋不被腐蚀 ， 是保证桥梁功能的首要问题 ， 规 范的要 求 。 因此 ， 不仅要求沥青铺装层混合料具有高度的密 ３ ． ６把好防水层的施工质量关： 防水层必须全 水性和抗水损害的能力 ，而且要求桥面铺装结构 桥面满铺 ， 达到无破洞 、 漏铺、 脱开、 翘起、 皱折的 具有完善的防水体系。 要求。应做好边角佣 阳角湖 弯处及形状不规则的 ２ － ５良好的层间结合。 在桥面混凝土与防水层 细部防水层的铺设。
沥青混凝土桥面铺装早期病害原因探讨
工程技术沥青混凝土桥面铺装早期病害原因探讨路晟1夏写善1刘丹丹2(1．许昌市公路管理局，河南许昌461000；2．许昌广莅公路工程建设有限责任公司，河南许昌461000)睛要】本文对沥青|琵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7当前国内桥面铺装的主要方法．提出了需要注意的一些问题以及冷后主要的研究方向。
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，为桥面铺装的设计与施工提供指导。
法键词】桥面；销装；防水层；沥青随着交通量和重型车辆的增加，桥面铺装病害问题普遍显现出来。
这不仅影响了正常交通，影响了桥面的美观，更易造成文通事故，也给维修工作带来了很大困难。
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。
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问结合面粘结力差，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—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干两种形式的剪切破坏分别加以计算分析。
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沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析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。
1 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,桥面铺装问题普遍出现。
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。
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。
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,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。
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。
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。
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。
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。
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。
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,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。
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。
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。
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。
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。