混凝土桥面铺装与设计和施工

混凝土桥面铺装质量问题与质量保证措施张凤武汉汉交路桥有限责任公司桥面铺装是公众接触与了解公路桥梁工程质量状况及行车舒适程度最直接的分部工程，它直接决定了公众对桥梁工程质量的评价。近年来我国公路桥梁的建设快速发展，桥梁结构不断创新，桥跨也越来越大，但桥面铺装的设计与施工仍沿用传统的习惯做法。随着重载、大交通的到来，桥面铺装出现了一些较为普通的病害，如开裂、破碎等。因此，如何改进桥面铺装的设计与施工方法，确保桥面铺装耐久、平顺，是我们必须认真对待的课题。1设计与施工的习惯做法桥梁的结构理论对桥面铺装本身的受力与计算甚少论述，普遍是桥面铺装层不参与梁体的结构受力，而在主梁内力分析中只将其作为恒载，在主梁顶面上采用8-10cm厚的砼或沥青砼铺装作为磨耗层。桥面铺装层在设计中只作为桥梁工程的附属结构，设计者对它甚少花费精力，一般地在柔性结构路面的公路桥梁中考虑采用沥青砼铺装层，在刚性路面的公路桥梁中采用水泥砼铺装层。湖北省较普遍地采用刚性路面，因此大部分桥面铺装均为水泥砼铺装。混凝土铺装层在施工中作为最后一个施工工序，在规范中为保证行车舒适的要求，对桥面层平整度要求很高。近年在工艺方面一直在改进以满足平整、舒适的行车要求。较普通的工艺是将铺装层纵向分幅施工，分幅宽3.5-5m，横桥向施工完后锯缝，人工摊铺，施工工艺及技术重点放在确保达到或靠近规范规定的平整度控制值。普通采用的工艺流程如下：测量梁顶面标高调坡或局部凿低清理原梁顶面污物及浮浆绑扎钢筋安装侧模再次清除洒水湿润工用面摊铺砼和初步振平行夯捣实二遍表面成活压纹养护（强度达5-10MPa时锯缝）嵌缝。2铺装层质量问题砼桥面铺装层的病害之一是整度欠佳导致行车舒适度差。但近年来随着施工工艺日趋完善，只要精心施工，克服平整度差的缺陷并不困难。随着重载、大交通的到来，砼铺装层的另一病害—铺装局部开裂、破碎等正越来越突出，该病害的典型表现为纵、横缝角部约45°的斜裂，纵向施工缝的啃边及纵裂等，且该病害一旦形成后修复极为困难。在高速公路的桥梁中该病害对行车安全危害很大，矛盾更为突出。养护部门往往是坏了补，补了坏，没完没了。砼桥面铺装的病害在高速公路的桥面铺装中表现突出。桥面铺装的开裂大致经过下述几个阶段：①施工缝或角隅处渗水，即雨后较长时间才干燥或冒水；②施工缝或角隅处垢出石灰水（膏）发黑或局部唧水，啃边；③施工缝左、右20-30cm出现纵向裂缝或角隅开裂；④裂缝增大或增多，横向间距15-30cm；⑤开裂的铺装层局部碎裂。经统计：铺装开裂有以下特点：①开裂的多少与车辆密度特别是重载车呈正相关关系；②绝大多数的开裂集中于主车道纵向施工缝左右1-1.5m范围内，超车道基本完好；③连续箱梁结构（30-125m）较其它结构开裂严重；④空心板式结构较其他结构开裂严重；⑤修复后沿纵向修补施工缝，原铺装又出现开裂或局部角隅开裂；⑥桥面横向开裂极少且较少引起碎裂；⑦从修复的情况看，开裂与铺装厚度无明显的规律性，但开裂后，如铺装较薄则易碎裂。3桥面铺装病害的处治措施桥面开裂采取挖补的修复原则，其主要技术措施如下：（1）混凝土要求采用满足施工技术规范要求的1-2cm级配石，优质的含量少的砂及普通硅酸盐水泥拌制干硬性砼，坍落度小于5cm。砼中加入JK-24砼路面修补剂及钢纤维，提高砼的早期强度和品质，要求砼强度48H达到35MPa以上，以便开放交通。（2）修复工作按照一次到位，彻底修复的原则进行，凡发现开裂的铺装均须重修。开凿必须在原桥面上锯缝后进行，最小的开凿边长不小于1.5m，且桥面上任一锯缝与另一缝（包括原有锯缝，分缝）的间距必须保证在1.5m发上（即啊小边长大于1.5m）。跨横缝的桥面修复完成后应及时恢复锯缝。（3）修复的桥面铺装中设置φ8钢筋网格为10cm×10cm或φ6钢筋网格为7cm×178cm的钢筋网。确保对原有桥面清凿干净，要求所有修复中在原梁顶面上加间距50cm×50cm带弯钩的锚筋，与桥面钢筋网连接在一起。4砼桥面铺装病害分析造成砼桥面铺装开裂的原因很复杂，包括设计、施工、用料及工程监督管理等方面。4.1结构理论与设计⑴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，现行规范中推荐采用8cm厚的砼铺装层，工程界一直在各等级的公路中运用了几十年。随着交能量的增大，现行铺装与重型、超重型汽车的增多和车速增快已不相适应。桥面铺装层直接承受四轮荷载的冲击，桥面铺装部分或全部地参与了主梁结构的变形，因此桥面铺装地一个极其复杂的多向受力结构，各种结构型式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。如箱梁结构的翘曲变形，预应力徐变及超静定结构的次应力均会引起铺装内砼应力的重分布。对厚8cm铺装与主梁结合一起（20m空心板及T梁）的分析表明，单纯考虑铺装施工后由于铺装与主梁砼收缩的不一致，造成成铺装与梁的结合面内剪应力及法向上拔应力接近临界状态，局部已超出规范容许值，造成了铺装的病害隐患，应力大的部位在桥宽1/3处，而纵横锯缝的交角处产生严重应力集中。⑵在砼内布置钢筋的作用是，当砼内应力较低时，使其应力布均匀；当砼应力较高时；承担局部应力，使砼中应力重分布，以改善应力集中现象。但该配筋应有一个最小值，较小的配筋量又不足以抵抗砼本身收缩所产生的应力，防止砼结构表面因温度变化引起开裂的构造钢筋间距应小于14d（d为钢筋直径）。由于构造钢筋太少而引起表面的收缩开裂在跨径为16m的普通钢筋砼T梁的腹板中较为常见。高速公路采用金属扩张网时，一般含筋量是φ8钢筋网格为20cm×20cm钢筋网的1/2.5—1/3,中上面所述合理配筋量的1/5。显然改用金属扩张网对含筋率降低太多，对横向收缩的约束几近于零。砼收缩完成后留下开裂的隐患，为运营特别是重车的冲击提供了破坏的诱因。⑶纵向桥面铺装的施工分缝隙处是否有钢筋穿过是引致桥面病害的重要因素。桥面收缩在施工分缝缝隙间产生较大的拉应力，若钢筋穿过纵缝，则钢筋附近砼应力值可大为降低。若缝间无钢筋穿过，缝隙显然要拉开。重车轮作用于纵向施工缝边缘，当缝拉开后若铺装层底结合欠佳，则铺装层内最大拉应力产生于离缝边约18-22cm处，使桥面开裂碎。当砼桥面分二幅施工、缝间无钢筋穿过时，砼收缩完成后纵缝隙必然断开，再经雨水侵蚀后，削弱了层间结合，而高速公路车道的划分，正好使纵缝位于主车道运营车辆的左轮附近，增加了冲击频率，使离纵缝20-30cm处较早地产生了纵裂乃至破坏。⑷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，桥梁的横向亦越来越宽。特别在设计计算中侧重于主梁纵向的计算分析，较少进行横向分析计算，对桥梁横向结构刚度重视不足，横向构造措施不力。使部分桥梁横向刚度过小，使砼桥梁铺装分担了过多的次应力。⑸高速公路为便于交通组织管理，划分了超车道，主车道及路肩，人为强制地为桥梁荷载横向分布划定了某一比例，并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大得多（量值可达3-4倍）的运营应力水平，因此加快了主车道砼的疲劳。特别是随着私营运输业的发展，货运业主为追求短期经济效益，通过改变车箱结构如加长、加高车箱等使汽车的载重成倍地增加，部分5T东风车载重达12T，12T自卸车载重达30T，30T平板运输车辆重达70T等等，使车辆的轴重及轮压成倍地增加。这些车辆对砼铺装具有严重的毁坏作用并使桥梁结构局部超载。这些车辆在经济较为发达的地区比较常见，严重加剧了主车道砼铺装的病害发展速度。就上述所提及的剪应力及层间法向上拔力水平，浇注薄层桥面铺装时，只采用清理与清洗来达到结合完好的可靠度很低，应采取一些构造措施如锚筋、剪力键等。4.2施工工艺⑴铺装层砼浇筑厚度偏小。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挂，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桥梁进行调坡以保证桥面的厚度，但仍有少数铺装厚度仅为4-5cm。⑵梁顶面清理一干净，未全面凿毛。主梁顶面由于施工组织中利用作为堆料场或临时通车造成严重污染，施工中仅采用高压水冲洗无法保证清理彻底，应采取措施对梁顶面进行凿毛，以确保铺装层与主梁的良好结合。但施工规范未明确要求应凿毛，故存在着清凿方面执行不力的情况。⑶砼配合比中水灰比偏大，造成砼干缩性大，少数砼质量控制不严。桥面铺装的施工常采用小型拌和机现场拌制，施工变异性大，难于保证均匀的质量。个别施工单位为图成型方便，片面加大砼的坍落度。⑷扩张网定位不正确，无法保证设计图示的位置。砼铺装中采用φ8钢筋，网格为20cm×20cm的钢筋网柔度大，定位较难。施工人员或小型机具的作用均可引起位置的变化。⑸砼良好的运营服务性能来自良好的养生期，它需要优良的施工组织与计划来实现，而砼桥面铺装作为最后一个分部工程，其实际的施工计划常被某一目标工期所改变，造成砼本身的早期损伤：该损伤可能源自养生不当，工艺欠佳，早期通车等等，也为病害的发展留下另一诱因。5桥面铺装质量保证措施桥面铺装是一个极复杂的受力结构，应采取一切有效的措施，确保其耐久、可靠。精心设计，精心施工，不图节约。5.1柔性铺装柔性铺装由于与主梁的变形分离使之受力明确，简单，设计相对容易，且较易达到运营中平整舒适的要求，随着沥青材料性能的改进，应予推广采用。柔性铺装结构最小沥青铺装厚度不应小于5cm，且沥青应采用改性沥青，骨料使用玄武岩。5.2砼铺装砼桥面铺装层受力极为复杂，应依主梁的结构型式分别采取不同的设计，设计须考虑一定的超载及安全储备。⑴空心板式结构，设计中应将整体层与铺装层一超考虑，即18cm厚一次施工，内设两面网格为10cm×10cm的φ10钢筋，顶层钢筋离顶面3cm，钢筋层间距12cm。⑵T型梁式结构，将其中的三角垫层取消，直接设置12cm厚的铺装层，将每根主梁肋板的箍筋加长伸入铺装中与钢筋连接，内设网格为10cm×10cm的φ10钢筋网，离顶面3cm。⑶连续箱梁（50m以下）,铺装层厚度应为12cm，支座前后L/3范围内设两层10cm×10cm的φ10钢筋网，层间间距6cm，其余部分设一层10cm×10cm的φ10钢筋网，离顶面3cm，箱梁腹板箍筋伸入铺装内与铺装的φ10钢筋网相连，同时在箱梁顶板上设置间距为300cm梅花型布置，大小为30cm×30cm的混凝土剪力键或钢筋群剪力座，混凝土键深8cm。钢筋座用φ12钢筋，间距6cm×6cm。独柱多跨连续箱式结构稳定性差，使用要慎重，应采取一切必要的措施保证较小的横向翘曲变形。（4）大跨径箱梁由于变形大、次应力高，除采用了上述措施外，铺装中应加入适量的钢钎维以改善混凝土的受力性能，合理用量为40-60kg/m3。（5）桥面铺装应采用干硬性混凝土，坍落度应小于5cm，其标号应等于或大于主梁标号一个等级。施工时应严格认真地对原梁顶面进行清凿，执行凿除、高压水冲洗、浇筑一幅后再凿除、清洗的程序。纵向分幅施工时将施工缝设置在分车道标线处，必须确保钢筋在铺装层中的位置并使所有的横向钢筋穿过施工缝。工程管理各方面应当认识到桥面铺装须有一个合理的工期和养生期并予以确保。6结束语混凝土桥面铺装的良好使用性能，来自于可靠的设计，优良的施工工艺和可操作的控制标准以利监督管理，通过设计的有效改进，施工的良好实施，我们一定能消除桥面铺装中的质量问题，修出平整舒适、耐久可靠的混凝土桥面。