桥面铺装开裂成因分析

桥面铺装开裂成因分析及处理措施摘要：本文对贵阳东北绕城线冷水沟大桥桥面铺装层开裂破坏的现象及原因进行详细的分析，认为引起冷水沟大桥桥面破坏的主要原因有以下几方面：汽车超载、桥面施工质量不高、梁间缺乏横向联系等。经分析决定采用补强方案，用钢纤维乳胶混凝土重铺破坏的铺装层。关键词：冷水沟大桥；桥面铺装层；混凝土开裂破坏1引言贵阳东北绕城公路冷水沟大桥，是106国道公路上的一座重要桥梁。曲线的线形，采用T形简支梁结构，桥长230m，桥跨组成为7×30，桥面宽22.5m，双向四车道，采用普通混凝土铺装，铺装层平均厚度为8～10cm（设计值为10cm）设Φ8，15×15cm的钢筋网。整桥面采用连续铺装结构，每120m为一组，在梁端接缝处设置了纵Φ12，横Φ10的20×20cm的加强钢筋网，全桥设三道伸缩缝。为消除温度应力在铺装层表面进行了切缝处理，缝间距5m。该桥于1998年10月建成通车。至今约2年半的时间，桥面铺装层出现了大量纵横向裂缝，裂缝随时间推移而增多，其中以纵向裂缝居多。据2001年3月7日现场调查，裂缝的面积占桥面铺装裂缝的面积的2/3以上，部分桥面混凝土破坏严重，底下的配筋清晰可见，已经对交通造成影响。可以认为桥面破坏的主要原因是这些超载的重车造成的。但再经过长期观察和在重铺桥面施工过程中所了解到可知，桥面铺装层破坏的原因可能是由多方面的。2桥面破坏原因分析根据冷水沟大桥桥面铺装层的破坏情况初步认为，桥面铺装层破坏主要是桥梁结构在重车超载的影响下引起的，重车超载是主要肇因。同时桥梁结构和桥的施工质量使得桥本身存在很多缺陷，在各方面共同作用下使得桥面铺装层过早破坏。经分析归纳如下几点。⑴桥梁体结构对铺装层的影响体面大桥采用预应力简支T型梁结构，主跨跨径为30m，梁肋是预制吊装的，桥面板（翼板）为现浇的普通钢筋混凝土。桥梁体主跨梁间没有设横隔梁（除头尾三跨外），但一般来说T形梁都要设横隔梁加强梁与梁间的横向联系和加强桥面翼板的刚度。梁端的距离很大平均有10cm以上，太大的梁端距是施工放样的失误造成的。采用简支T形梁结构,在竖向荷载作用下,跨中产生很大的弯矩和竖向位移,在交通量比较大的路线上不宜采用跨径较大的简支梁结构。冷水沟大桥南下车道长期承受超载车辆，简支梁结构显得刚度不够，在车载下产生很大的挠度，翼板交接处可认为是T梁间的铰接处，在竖向荷载下缺乏竖向支承，裂缝一般出现在梁的交界处。延着梁的方向延伸，形成顺桥向的裂纹。简支梁梁端没有受到其他约束，梁端的间距太大，在竖向力作用与跨中上时，梁端产生较大的转角，梁端的上部距离增大，而且配筋量不足，没有足够的抗拉强度，铺装层受拉开裂，形成梁端的横向裂纹。梁与梁之间不设横隔板缺乏横向联系，荷载的横向分布不均匀，翼板的刚度也不够。在竖向荷载作用下容易造成翼板上有过大变形，没有设置横隔梁是梁变形过大的主要原因，铺装层受到过大拉应力而开裂破坏。⑵混凝土强度低冷水沟大桥采用普通钢筋混凝土作桥面和铺装层，普通混凝土的抗拉强度比较低，可能由于施工工艺的缘故，有局部区域的混凝土强度比较低，达不到设计要求，由8月份的取心抗压试验报告看到混凝土的强度只有28～35MPa，混凝土强度低在超载车的作用下容易在这些脆弱的地方开始开裂，作为抗拉要求比较高的桥面铺装层应该用抗拉性能比较高的材料铺装，若采用普通混凝土铺装应该增加配筋的数量，以提高铺装层的抗拉性能。⑶桥面及桥面铺装层施工质量桥面板和桥面铺装层的施工质量也存在一些问题。凿开铺装层可以看见，在铺装层与桥面板间普遍存在着一层砂浆夹层，强度很低，桥面板与铺装层间没有足够的联系，桥面板和铺装层间砂浆夹层的存在，导致铺装层与桥面板间脱粘而剥离，使得桥面铺装过早破坏。因为铺装层跟桥面板间没有足够的联系，不能与桥面板共同受力。桥面板没有足够强度，发生较大变形，铺装层受到较大的拉应力而开裂。雨水从裂缝渗入桥面铺装层和桥面板间，进一步削弱层间的联系，加快了桥面铺装层的破坏。另外汽车引起的震动也会引起软弱砂浆层的破坏。桥面板混凝土采用了较大粒径的石料作集料，而局部区域振捣不均匀甚至缺乏振捣形成很多空隙水通道，配筋已经锈蚀。在这些地方形成了脆弱区域。而裂缝的存在又加速了配筋的锈蚀。有些地方桥面板混凝土出现离析的现象，可能是浇注时下雨所至而没有得到适当处理。离析的混凝土夹层也是软弱夹层。钢筋的锈蚀对桥的寿命造成直接影响。桥面板上局部区域还有比较多的杂物，是施工时没有清除掉的临时结构，例如桥面板上的砖块，和吊装梁时留下的竹筒接头，由于这些杂物的存在，桥面板上也形成许多缺陷，杂物周围形成许多水通道，在雨水的长期作用下，杂物边缘和杂物下底面的钢筋都遭到不同程度的锈蚀。铺装层厚度虽然基本符合设计要求，但是有少量区域混凝土平均厚度太小，只有5～6cm，对于超载车辆很多的南下车道显然铺装层厚度相对来说是不够，加上桥梁采用简支梁结构，铺装层显得更加脆弱，因此在长期在超载车作用下会导致桥面铺装层的过早破坏。梁端间距也不符合一般要求，梁端间距越大，在梁端出现脆弱区域也越大，在竖向荷载作用下，梁端产生了转角，梁端容易开裂。⑷超载车对桥面铺装层的影响分析桥面的主要破坏原因是汽车超载所至。超载车主要是石料、砂料和木材等建筑材料的运输车辆，这些车辆一般载重都超过汽车的容许范围。汽车影响主要也与桥的结构有关系。冷水沟大桥是简支预应力T型梁结构。简支结构在竖向荷载作用下跨中竖向位移（挠度）很大使得横隔板有较大的竖向变形。翼板交界处缺乏横隔梁，翼板变形缺乏竖向支持，而且T型梁翼板（桥面板）与铺装层缺乏足够的联系。翼板之间的配筋未能提供足够的横向联系。桥面板本身也存在很多缺陷所以产生较大的挠度。本来只作为保护桥面板的铺装层在过大的竖向变形时受到的拉应力超过混凝土的抗拉极限出现裂缝。在超载车辆反复作用的震动下裂缝发育。向两旁对称发展和变长。同样梁端之间距离较大，梁间的传力杆件未能充分发挥传力的作用，因为梁间距太大，传力杆太长，柔度比较大，当梁端受力要转动时受力杆太长发生弯曲变形，转角比较大，转角使梁上端距离增大，超过混凝土的抗拉强度范围的变形。铺装层受拉而开裂。梁端的转角是由梁中间的挠度引起即梁的挠度越大，梁的转角也越大。同时重车高速通过桥面会引起桥梁的强烈震动，简支梁桥的抗震动性能也比不上超静定结构，重车引起的震动容易引起桥梁结构的疲劳破坏，也会引起桥面的开裂，所以梁端的裂缝也是由超载的汽车和桥梁的结构引起的。超载车的车速比较快，也是导致桥面开裂的原因之一，重车高速经过桥面产生强烈的震动，简支梁间没有横隔梁，震动对桥面及铺装层本来强度不高的混凝土产生很大的影响，震动使得裂缝扩大，沿着桥梁的方向和梁端部方向延伸，把裂缝贯通，进一步使桥面破坏。总的来说桥面铺装层的破坏是受多方面原因影响的，但都可以通过提高铺装层的抗拉强度来防止铺装层受拉破坏。冷水沟大桥正尝试采用钢纤维乳胶混凝土铺装桥面，钢纤维乳胶混凝土是新型桥面铺装材料，能提高桥面铺装层的抗拉强度，从而减少桥面铺装层受拉破坏的可能性，提高桥面板的服务寿命。3结束语桥面铺装层是桥面结构的保护层，也是直接暴露在大气中的部分，其破坏因数有许多，例如：直接受到温度的影响产生温度应力；直接受大气降水影响强度降低；直接受车载作用；桥面结构本身材料的影响也会引起桥面结构的破坏，其中最常见的是碱集料反应，会直接破坏桥面结构；桥面结构与铺装层间的粘贴不良也会引起桥面铺装层的提前破坏；桥梁结构对桥面影响也很大，桥梁结构的受力模式影响应力的分布，桥梁结构的过大变形会引起桥面结构的破坏；还有许多因数由于不同桥梁施工工艺的不同；桥所在地区的气候不同等因数影响。桥面铺装层的作用和目的并非用于结构，而考虑它的承载能力。桥面铺装的主要目的是保护桥面板，提高桥面板的耐久性和服务寿命。桥面铺装层破坏，雨水会从桥面铺装层的裂缝渗入桥面板，削弱桥面板和桥面铺装层的联系，在荷载作用下桥面铺装层和桥面板间容易发生脱离。同时雨水的渗入加快了钢筋的锈蚀。对于已破坏的桥面应该找出桥面铺装层的破坏原因，针对不同原因采用相应的方案尽快解决，防止桥面受到破坏。针对不同地区的气候状况应该采用不同的铺装材料，南方气候温暖潮湿，在选用材料时应注意防水性能。另外在重交通线路上的公路大桥尽量不要采用简支梁结构，以减少车辆荷载跨中弯矩的影响和汽车引起的桥面震动的影响，提高桥梁的受力性能。