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公路桥梁水泥混凝土桥面铺装“白改黑”的探讨

发布时间:2018-12-22 12:01所属分类:理工论文浏览:1

摘要:由于沥青混凝土路面的优良性能和整体美观性,国内原大量修建的水泥混凝土路面逐步实施白改黑改造为沥青混凝土路面,但对其中水泥混凝土桥面铺装的白改黑仍存在不少问题。本文将探讨水泥混凝土桥面白改黑的注意事项和实施方案,并且结合本地区水泥混凝

  摘要:由于沥青混凝土路面的优良性能和整体美观性,国内原大量修建的水泥混凝土路面逐步实施“白改黑”改造为沥青混凝土路面,但对其中水泥混凝土桥面铺装的“白改黑”仍存在不少问题。本文将探讨水泥混凝土桥面“白改黑”的注意事项和实施方案,并且结合本地区水泥混凝土桥面“白改黑”的实施情况,为今后类似项目提供解决思路。

  关键词:公路桥梁,水泥混凝土桥面铺装,白改黑

中国公路

  0引言

  早期因材料技术、经济发展水平等因素的限制以及水泥混凝土在实际应用中具有整体性能良好、强度高、承载能力强等优点,我国修建了大量水泥混凝土路面,也包括水泥混凝土桥面。这些水泥混凝土路面(桥面)随着使用年限的增长及车辆轴载的快速增加,已出现各种病害不适应经济社会的发展,不满足民众对行车舒适性的要求。

  因此,近些年我国对原修建的水泥混凝土路面逐步实施“白改黑”,公路路容路貌得到极大改观;但是受桥梁承载力、桥面所处环境、“白改黑”方案及施工交通影响等因素综合影响,公路上遗留部分桥梁未予“白改黑”,成为影响路容路貌、行车舒适性和安全性的最后关键点。本文将对桥梁“白改黑”存在的问题及实施方案等方面进行论述,并结合本地区水泥混凝土桥面“白改黑”的实施情况,为今后类似项目提供解决思路。

  1水泥混凝土桥面状况

  桥面铺装作为桥梁上部结构的主要保护层,直接承受车辆荷载作用,并且暴露在各种自然环境下,必须具备足够的强度、良好的整体性以及抗冲击、腐蚀与耐疲劳特性。近些年随着交通量快速增长、重载车辆逐年增多以及气候环境的进一步恶化,对桥面铺装层材料的受力性能要求更是提出了更高的要求。

  但是原修建并已运营多年的水泥混凝土桥梁桥面,一方面是桥梁本身经过多年的运营在多种因素影响下桥面出现使用性能下降,另一方面特别是面对日益繁重的交通压力桥梁已经出现超负荷情形,而早期修建的桥梁荷载设计等级均按原《公路工程技术标准》的规定,已经较难满足现状交通需求,出现诸如桥面坑洞、破碎、平整度不佳和伸缩缝损坏等病害。桥面铺装发生破坏后,仅以日常小修保养维修及局部修补等措施难以从根本上来解决问题,势必需要专项措施综合处置。

  2桥面“白改黑”考虑的因素

  水泥混凝土桥面“白改黑”首先要考虑改造后的恒载能否满足桥梁承载能力要求,即要通过承载能力验算确保实施方案的可行性。其次是研究桥面病害严重程度,明确是何种原因造成桥面病害,确定病害修复方案和“白改黑”方案适应性。再者是研究“白改黑”实施后对现状桥梁安全设施的影响,特别是护栏能否满足规范的要求,能否维持乃至提高桥梁交通安全水平。最后是改造后桥面铺装的使用性能及经济性。

  2.1桥梁承载能力

  实现水泥混凝土桥面“白改黑”的措施,主要有挖除原铺装重新浇筑新桥面,相应桥面标高维持不变或适度抬高,或对原铺装进行病害处治及表面处理后在原铺装上加铺新的结构层,桥面标高根据表面处理情况和加铺层厚度相应抬高。

  目前就桥面因“白改黑”改造造成恒载发生变动,特别是荷载增加对桥梁承载能力的影响,相关研究较少,多数结合具体的工程案例有所体现,缺少全面系统的研究。实际中我们面对的桥梁形式多种,桥长及单跨跨距更是多样,以及桥梁的病害情况轻重不一影响不同等,都对桥梁的承载能力存在着重要的影响。这也给增加了分析桥梁承载能力的难度。

  有研究T梁桥结构承载能力[1]表明:直接在原桥面铺装上加铺15~40厘米的热拌沥青混合料(AC-5)薄层罩面,桥梁承载能力仍能符合设计荷载安全等级要求。但也有对重庆部分桥梁改造加铺情况的调查和计算分析[2],研究认为:

  1)大部分加铺的桥梁都为老桥,部分桥梁在加载铺装沥青混凝土前并没有进行桥梁的安全验算,存在一定的安全隐患。

  2)利用桥梁博士软件对跨度为30米的简支箱梁桥建立加铺前和加铺4厘米和10厘米模型,得出加载铺装对该30米简支梁桥产生的影响比较大。

  3)利用Midas/Civil软件对简支箱梁和连续箱梁桥建模,分别对其加载不同大小的荷载来模拟桥梁加铺前和加铺4厘米、10厘米沥青混凝土的情况,得出加载铺装对连续箱梁桥结构的影响并不显著,但对简支箱梁桥结构影响很显著。

  由此可见,“白改黑”对桥梁的承载能力的影响更重要是与桥梁本身存在较大的关系,必须充分认识到对现有桥梁先行进行评估的重要性;如涉及到具体的工程案例,在有基本判断的基础上,再计算核验仍然很有必要性。一般情况对桥梁实施“白改黑”应尽量选择增加荷载小的方案,防止危及桥梁结构安全。

  2.2桥面病害情况

  桥面病害的病害类型、病害面积、严重程度均对桥面“白改黑”方案造成较大的影响,其涉及到对原桥面的病害处治规模以及桥面加铺层的厚度,严重情况甚至需挖除并重做桥面铺装。早期多数从业者认为桥面铺装属于桥梁的附属结构,对桥梁承载能力不具有加成作用,造成部分桥梁水泥混凝土铺装层厚度偏薄(6~8厘米)并且铺装内钢筋配置不足,而在实际施工中限于施工控制水平和施工能力不足又造成钢筋绑缚不到位、保护层厚度不均[3]。

  部分拱桥虽然配以15~20厘米双层钢筋网水泥混凝土,但因桥拱中填筑材料压实不足等原因造成桥面混凝土铺装层受力不均而破损。另也有早期较多修建的空心板桥其水泥混凝土铺装多数出现开裂、破碎等病害并且屡修屡坏,究其原因与梁板构造存在密切关系。

  因为梁板构件的横向联结主要依靠铰缝,而铰缝一般尺寸较小、配筋不足、施工困难并且混凝土填充不易密实,容易造成横向联结相对薄弱,在重载交通或是支撑体系受力不均时,极易出现单板受力现象,从而进一步引起桥面铺装层的损坏,甚至危及桥梁自身安全。可见,对不同类型桥梁实施“白改黑”应根据其病害情况,全面分析造成病害的原因,有针对性的实施桥梁加固、病害处治及选择最优“白改黑”方案。

  2.3桥梁交通安全设施

  桥梁交通安全设施主要是桥梁护栏。早期修建的桥梁其护栏按原《公路交通安全设施设计规范》设计和施工,护栏防撞能力已达不到现行规范对护栏防撞能力的要求。如实施“白改黑”对桥面加铺沥青混凝土,桥面标高相应增高,应按现行《公路交通安全设施设计规范》的规定重新设置护栏。也存在部分桥梁其最外侧混凝土栏杆不具备防撞能力,行车安全由设在行车道边缘的波形护栏提供。对该类型桥梁实施“白改黑”应根据调整后护栏的布设情况确定护栏综合改造方案。

  2.4桥面“白改黑”使用性能及经济性

  目前水泥混凝土桥面铺装层“白改黑”方案众多,据了解有挖除原桥面铺装重做桥面铺装并加铺沥青混凝土,也有对桥面进行病害处治并抛丸处理后加铺15~40厘米的热拌沥青混合料乃至薄至少3mm的超薄磨耗层。这些年国内涌现出许多新材料、新工艺,极大的增加了桥面“白改黑”方案的可选择余地。新材料、新工艺多是在常规加铺方案难以开展的情况下使用,其使用工程项目有地区特色,有成功也有失败,相对而言先期投入较大、后期使用效果不明朗,是影响其使用的重要原因。

  3衢州地区桥面“白改黑”措施

  衢州地区通过近些年实施的公路养护大中修工程实现国省干线公路水泥混凝土路面“白改黑”,同时这两年来对其中部分处在养护大中修路段内的桥梁实施“白改黑”,目前只剩下部分桥梁未“白改黑”。已进行桥面“白改黑”的桥梁中,小桥一般进行抛丸处理后直接加铺4厘米SMA13或AC-13C沥青混凝土并且对护栏采取重建或加高处理,大中型桥梁主要在原桥梁结构基础上实施“白改黑”。以下仅就大中型桥梁“白改黑”的实施方案及效果等方面列出:

  ①某1号桥,为6孔25米石拱桥,全长186米,桥梁全宽25.5米,桥面净宽22米,于2001年建成通车。荷载等级为汽车-20级。原行车道边缘设有混凝土防撞护栏,桥面外侧为人行道美观栏杆,桥面铺装多处损坏,导致拱圈有渗水现象。实施方案为:拆除原行车道边缘处的防撞护栏和桥梁边缘的人行道栏杆,在桥梁外侧重新浇筑墙式防撞护栏;凿除原桥面铺装24厘米水泥混凝土铺装层后,铺筑19厘米双层钢筋网水泥混凝土+防水层+5厘米SMA-13沥青混凝土,桥面标高不变;取消原每跨墩顶处的伸缩装置。经过3年的通车运营,桥面总体较好仅在原伸缩缝处出现坑洞等病害。

  ②某2号桥,为20孔24米石拱桥,全长480米,桥梁全宽25.5米,桥面净宽22米,于2005年建成通车。荷载等级为汽车-20级。桥面外侧设有波形护栏及人行道美观栏杆,桥面铺装部分损坏严重。实施方案为:拆除原行车道边缘处的防撞护栏和桥梁边缘的人行道栏杆,在桥梁外侧设置梁柱式防撞护栏;原桥面铺装(钢筋混凝土)进行病害处理并进行抛丸处理后,加铺防水层+4厘米SMA-13沥青混凝土;重设伸缩装置。经过2年的通车运营,桥面总体较好,仅局部下面病害处治不到位处出现损坏。

  ③某3号桥,为11跨30米预应力钢筋混凝土T梁桥,全长346米,桥梁全宽27米,桥面净宽24.5米,于2005年建成通车。荷载等级为汽车-20级。原行车道边缘设有波形护栏,桥面外侧为人行道美观栏杆,桥面铺装少量损坏平整度较差。实施方案为:拆除原行车道边缘处的防撞护栏和桥梁边缘的人行道栏杆,在桥梁外侧设置梁柱式防撞护栏;原桥面铺装(钢筋混凝土)进行病害处理并进行抛丸处理后,加铺7毫米超细磨耗层(TFC);重设伸缩装置。经过2年的通车运营,桥面总体较好,因加铺厚度偏薄、病害处理不全面,平整度改善有限。

  ④某4号桥,为13跨30米预应力钢筋混凝土I梁桥,全长402米,桥梁全宽25.5米,桥面净宽22.5米,于2007年建成通车。荷载等级为汽车-20级。原行车道边缘设有波形护栏,桥面外侧为人行道美观栏杆,桥面铺装总体较好。实施方案为:拆除原行车道边缘处的防撞护栏和桥梁边缘的人行道栏杆,在桥梁外侧重新浇筑墙式防撞护栏;原桥面铺装(钢筋混凝土)进行抛丸处理后,加铺8毫米纤维碎石封层。经过2年的通车运营,桥面总体较好。

  ⑤某5号桥,为9跨20米预应力空心板梁桥,全长194米,桥梁全宽25.5米,桥面净宽22.5米,于2007年建成通车。荷载等级为汽车-20级。原行车道边缘设有混凝土护栏,桥面铺装总体较好局部破损,伸缩缝处损坏。实施方案为:原桥面铺装(钢筋混凝土)进行精铣刨2厘米后,铺筑2.5厘米ECA-10易密实沥青混凝土,桥面抬高0.5厘米;部分伸缩缝予以修复。经过2年的通车运营,桥面总体较好。

  据了解目前国内其他地区有加铺高强沥青和聚酯玻纤布连接层+2.5厘米超薄高强沥青混凝土(UTA-10)[4]、表面抛丸+3.5厘米高弹SMA-13+2.5厘米U-Pave[5]、铣刨全桥铺装2厘米+5厘米改性沥青玛蹄脂碎石SMA-13[6]、铣刨桥面4厘米后+4厘米密集配橡胶沥青混凝土[7]、抛丸处理后加铺微表处[8]等等。可看出各种新材料、新工艺均得到尝试,通过对各案例了解也均取得一定的效果。

  衢州地区对大中型桥梁采取的“白改黑”方案取得一定的效果,但是也反映出部分问题:老桥伸缩缝的处理不当、桥面病害处治不到位、桥面路况指标考虑不周等。目前部分进行“白改黑”的桥梁桥面铺装实施后观察期较短,特别是涉及新材料、新工艺以及非常规处置措施,还需进一步观察后效。

  4结论

  桥面铺装改造是整个水泥混凝土道路改造工程中普遍而又重要的一点,目前桥面“白改黑”暂未形成较为一致的看法,特别是大中型桥梁桥面铺装的“白改黑”,因其承载能力受限多数优先选用薄层加铺层。本文在初步探讨“白改黑”需要注意的事项外,再结合本地区“白改黑”方案的介绍,希望为其他类似项目提供思路,也希望更多的从业者将相关实施情况予以介绍、探讨。

  参考文献:

  [1]李旭.混凝土桥面铺装对梁桥承载能力的影响[J].北方交通,2010,01:31-33.

  [2]唐艺.桥面加载铺装对桥梁结构的影响研究[D].重庆:重庆大学,2014.

  [3]李晓光.旧空心板桥水泥铺装层改造方案研究[J].工程建设与设计,2016,08:110-112.

  [4]王远胜,刘兵,付小康.超薄高强沥青混凝土(UTA一10)使用性能及施工技术研究[J].安徽建筑,2008,04:82-86.

  [5]姜雷.旧水泥混凝土桥面铺装改造技术研究[J].科学发展,2017,19:100.

  [6]李维杰.洛溪大桥旧水泥混凝土桥面铺装加铺薄层沥青铺装层的工程应用.2014年广东省城市道路与桥梁建设技术交流会论文集,2014,05:374-377.

  [7]王磊,谭伟.桥面铺装改造方案的探讨[J].城市道桥与防洪,2013,05:112-113.

  [8]包凌文.微表处技术在混凝土桥面改造中的应用与探讨[J].城市道路理论研究(电子版),2011,23.

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