子课题1 高速公路沥青混凝土桥面铺装使用状况调查及病害成因研究(2) - 图文

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件内部的荷载应力就越低。因此，粘结层的完好对改善桥面铺装层的受力条件非常重要。铺装层与桥面板之间粘结层的破坏不仅大大降低了两者复合作用，增加了铺装层内部的应力，加速铺装面层的破坏，而且给修复工作带来了极大困难，增大了修复费用。一般桥面铺装发生铺装层与桥面板之间粘结力丧失，产生剪切破坏时，铺装面层仍能保持一整体，并未发生严重破坏，但目前对层间剪切破坏的修复方法只能将粘结层破坏区域的沥青混凝土铺装层（无论破坏与否）全部铲去，重新铺洒粘结层，铺沥青混凝土铺装层，这样大大增加了工程费用，且修复时会妨碍交通正常运行，因此必须严格控制粘结层的剪切破坏。

3.2.2桥面铺装病害成因分析 （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的推荐值，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、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。

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T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。

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

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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。

（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，施工中主梁项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）梁表面清理不利，造成铺装层与主梁结合欠佳。

（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。

（4）桥面铺装的约束条件

桥面铺装受桥梁结构的约束，承受荷载后其边界条件与一般路面相差甚大，

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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。

3.3 相关科研

通过对已建桥梁桥面铺装破坏的调查发现，桥梁的上下坡段最容易产生车辙、滑移、坑槽等病害。特别在坡度较大、上下坡坡道较长路段。此类病害的破坏程度远远大于平坦路段。这也是西部地区桥面铺装最主要的破坏形式。导致此类病害的原因有：桥面铺装材料不能满足高温稳定性能要求；桥面防水粘结层效果较差；对于平坦桥面，上下坡段的车辆荷载对桥面铺装的剪切效应更加明显。因此有必要针对长大纵坡桥面铺装层的材料高温稳定性和防水粘结层开展专题研究。

3.3.1长大纵坡桥桥面铺装沥青混合料稳定性研究

目前，国内外针对长大纵坡沥青路面的研究甚少，大多数仅仅局限于小坡度沥青路面的结构设计、材料组成的范围内。针对混合料高温稳定性方面的研究主要是车辙试验。车辙是沥青路面设计的一个重要的高温指标，20多年来各国在这方面做了很多工作，总结了许多路面永久变形的规律，对控制车辙变形做出了贡献。

1960年以前，对车辙问题研究很少，美国采用的路面设计方法中采用经验的方法来估计路面的抗剪切性能，主要通过在特定CBR值的材料上加铺充分厚的沥青层以保证设计年限内路面的车辙变形在容许的范围内。1977年的第四届国际沥青路面结构设计会议上提出的考虑车辙的设计方法，该程序主要采取限制表面车辙在指定的水平内和预估沥青粘结层或整个路面结构的车辙变形量。1982年之后，道路研究者对车辙问题的兴趣又高涨起来，发表了很多关于柔性路面中车辙的预估以及轮载和胎压对路面层内应力、应变的影响的论文，研究主要是围绕材料性能的描述和建立沥青路面车辙预估模型。1993年，美国战略公路研究计划(SHARP)的沥青研究项目在执行期间，总经费5000万美元中，有949万美元用于永久变形的研究上，该研究最终提出了A-318和A-15两篇研究报告，成为Superpave的主要组成部分。研究成果对现有沥青混合料高性试验方法进行评价的基础上提出了新的试验、评价方法，并试图根据新的破坏模型制计算机软件进行车辙深度预估。

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朱永灵、林绣贤应用线性粘弹性理论研究沥青路面的永久变形。林绣贤对沥青面层永久变形计算中有关参数的确定方法进行了研究。许志鸿等以粘弹性层状体系理论为基础结合蠕变实验和现场测量结果，提出了一种简化的高等级公路沥青路面车辙的预估方法，比较符合我国的实际情况。

“七五”国家重点科技项目对石家庄、西安、上海和惠州等地实体工程沥青面层材料做了单轴压缩蠕变实验，测量了材料在不同时间和温度下的应变并分析了不同类型混合料的应变累计规律及其抗高温变形性能，结果认为以单轴压缩蠕变曲线评价沥青混合料抗高温变形能力的优点是直观、方便，但静载压缩蠕变实验的加载方式与实际行车荷载存在静、动作用的差异，应使用动态影响系数加以修正。徐世法、朱照宏根据测定沥青混合料高温性能的蠕变实验、轮辙实验和环道实验的结果，从材料组成、性能和路面组成三方面分析了影响沥青路面抗车辙能力的关键因素，并对控制沥青路面车辙的有效途径进行了讨论和建议值。徐世法、朱照宏针对我国高等级沥青路面结构的具体特点提出以容许车辙深度作为车辙的控制指标，并给出了沥青路面容许车辙深度范围，指出了有效的车辙防治措施。杨众等对现有的车辙预估方法进行了综述，提出了一种使用车辙实验确定永久变形的车辙预估方法—改进的层应变法。

曹林涛通过实验讨论了空隙率、级配、荷载和沥青用量对沥青混合料高温抗变形能力的影响。黄晓明、张晓冰和邓学钧对沥青路面车辙进行了环道实验研究，提出了不同保证率下的车辙预估模型。张登良等通过实验对高等级道路沥青路面车辙进行了研究，以粘弹性层状体系理论和流变学模型分析为基础，结合沥青混合料的变形特性，提出了包括层减薄量和侧向隆起高度的车辙深度预估方程。茅梅芬使用室内环道实验建立了在重复荷载作用下车辙和荷载作用次数之间的数学关系式，并分析了沥青性质、沥青混凝土级配、实验温度、沥青面层厚度对车辙深度的影响。郝培文等研究了不同沥青用量与级配组成对沥青混合料抗车辙性能的影响。李闯民等分析了重复荷载作用下的沥青路面车辙因素。张志祥等利用高温单轴静态蠕变实验比较了SMA16、AK16C、AC25I三种沥青混合料的高温抗车辙性能。翟东梅等对几种不同级配的沥青混合料做了浸水车辙实验，以条件试件和标准试件的辙槽发展速度比作为评价指标来评价混合料水稳性。

国内外用于反应路面材料永久变形响应的试验包括下列4种：单轴压缩试验、

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