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科技信息 。建筑与工程ｏ ＳＣＩＥＮＣＥ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２００７年第８期 沥青混凝土桥面铺装早期病害及原因分析 米 宁 吕景州 王会亭 薛风丽刘 芳 （平顶山市交通局质检站河南 平顶山４６７０００） 摘要：本文对钢筋混凝土桥桥面铺装的早期病害及其原因进行了分析，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。 关键词：沥青混凝土；桥面铺装；早期病害；原因分析 一、概述 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。 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 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 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 不足．横向构造措施不利使桥面铺装分担了过多的次内力。 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 ｆ３）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 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 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 好的整体性，并具有足够的抗裂、抗冲击、耐磨性能。 裂缝。从而造成桥面铺装的损坏。 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 ｆ４）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 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 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 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 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 通量和重型车辆的增加．桥面铺装普遍存在问题。这不仅妨碍了正常 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 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 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 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 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 损失给予了足够的重视。桥面铺装的早期损坏已成为影响公路使用功 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 能的发挥和诱发交通事故的一大病害。 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 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 结构受力的基础上，对桥面铺装层进行受力计算。 平稳舒适的要求，随着材料性能的改进，应用将更加广泛。对铺装结构 ２．施工工艺 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 ｆ１１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 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 应力反拱无法十分准确地预测，或由于篪工工艺控制欠佳，施工中主 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 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 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 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 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。 度不均，使有的地方厚度偏小。 二、破坏形式 ｆ２１梁顶清理不力．造成铺装层与主梁结合欠佳。 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 ３．桥面防水层的影响 ，坏形式有所不同。主要有：①因温度变化并伴随桥面板或梁结构的大 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 挠度而产生的裂隙，在车辆荷载及渗人的水的作用下产生面层松散和 使上部结构按模量形成刚一柔一刚的板体受力体系，中间柔性夹层会 坑槽破坏：铺装层内部产生较大的剪应力，引起不确定破坏面的剪切 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， 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 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 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 外，防水层的使用使铺装层发生剪切破坏的机率大大提高。 病害；②欧美自２０世纪７０年代以来在桥面铺装中广泛使用防水层， ４．桥面铺装的约束条件 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 桥面铺装受桥梁结构的约束，受荷后其边界条件与 般路面相差 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 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 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 造成不利影响。 害。 四、桥面铺装设计方法的讨论 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 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 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 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 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 少。 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 从现有的结构分析方法看，主要是是三维八结点和二十结点单 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 元。 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 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， 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 主要有如下几个方面急需探讨。 两种形式的剪切破坏分别加以计算分析。 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 三、病害分析 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 １．结构理论与设计 式。 （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 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 行规范中只给定了厚度的推荐值。随着交通量的增大，现行铺装与重 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 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 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 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 门针对这方面的讨论。 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 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人手。 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 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 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 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 梁的实际受力状态不一致。 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 （２）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 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，（下转第４１页） 维普资讯 http://www.cqvip.com
科技信息 ０科教视野０ ＳＣＩＥＮＣＥ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２００７年第８期 到公卿”。 现的物。也不是由景得情，以情寓景，情景交融的产物，而是诗人表达 哲理的一个象征物。因此，它是一个“抽象的意象”，这个“意 此诗作于诗人四子苏逐满月时，按常理世人希望自己的孩子聪 某种情感、象”就是诗人对人生渺小、漂泊无定感受的哲理性概括和象征。 慧．以望在事业上有所成就，可诗人却大发感慨，联想到自己才华横 再如前文已分析过的《六月二十七日望湖楼醉书五绝・其一》，因 溢．可被黑暗社会弄得一生坎坷不平、一事无成。而世上却有一些无德 之辈，逢迎拍马，攀附权势，在仕途上一帆风顺。本诗在抒发感慨 为此诗作于诗人仕途失意时期，当时，在诗人眼里，社会是一片黑暗，之余。同时也暗含了对社会颠倒是非、混淆黑白、难容聪慧的讥讽。虽 看不到光明，然而，他又坚信，这一切终将过去。因此，他将自然界中来 势凶猛、不可一世的“黑云”、“白雨”，这两个意象象征着黑暗势力，从 有悲伤、慨叹，却能给人以深思。再看《迁居临皋亭》： “我生天地间，一蚁寄大磨。区区欲右行，不救风轮左。虽云走仁 而使本诗表达了一种“世事徐观去梦寐，人生不信长坎坷”的人生哲 义．朱免违寒饿。剑米有危炊，针毡无稳坐。岂无佳山水，借眼风雨过， 归田不待老，勇决凡几个。幸兹废弃余，疲马解鞍肽。全家占江驿，绝境 天为破。饥贫相乘除，未见可吊贺。澹然无忧乐，苦语不成些。” 此诗作于诗人被贬黄州时，这是他仕途遭受最严厉的打击时期。 在这困苦、迷惑的日子里，诗人深刻地反省自己，冷静地思考人生，这 就使得他的哲学思想更多地渗透到作品中。“我生”与“天地”，就好像 蚁”与“大磨”的关系一样，微不足道。这就是作者的感慨与对自身 仕途的深刻反思，也是对整个人类社会的普遍认识：即个人力量衰微， 不能左右、扭转整个社会。紧接着的“区区欲右行”与“不救风轮左”的 关系，是对不可抗拒的社会和自然规律的揭示。苏轼的哲学思想，源于 “儒、释、道”三教合一，在此磨难之际，为了寻求解脱苦难的思想工具， 具有齐生死、等是非的释道哲学对他有着不可抗拒的吸引力。在诗中 对“风轮”的认识，就出自于佛典《楞严经》，百以“废弃”为幸，视“忧乐” 为“无”，则更是《庄子》“齐物”思想的直接显露。 从苏轼平淡的叙事诗中，也能感悟出哲理，这是苏轼诗的一个创 “一理．具有令人涵咏不尽的意味。 苏轼以意象象征哲理，将哲理蕴含于意象之中，意象与哲理交融 为有机联系的统一体。意象是作为象征某种哲理而存在的象征物，而 哲理也不仅是作为象征的思想内容而存在——它使“意象”增加了灵 魂，使肤浅的意象变得深刻，使得诗作读来觉得言有尽而意无穷。 二、将哲理隐藏于意象之中 苏轼意象中所隐藏深含的哲理，如果我们不仔细地联系时代背景 及作者的思想去分析，常常是不易被发觉的，由于苏轼是一位伟大的 诗人．同时又是一位了不起的哲人和政治家，宋代又是一个充满思辩 色彩的哲理的时代，因此，他从未停止过对社会人生和当前时代的哲 理性思考，他的哲理往往隐含于描写自然景物、题咏日常生活的诗作 中。 如《题沈君琴》： “若言琴上有琴声，放在匣中何不鸣。若言声在指头上，何不于君 指上听”。 这首诗纯属议论，描写的是日常生活中一个很平常的现象，乍看 造。从作品的实际情况看，它似乎以“趣”见长，通过叙述一些有趣的小 故事与哲理相融合，实现“趣”与“理”的有机统一。如《书焦山论长老 上去，虽幽默诙谐，机趣盎然，但并无什么深意可言，然而，如果仔细地 壁》： 去品味分析，这首诗在深层隐含了一个人人都常见到，却又没能想到 “法师住焦山，而实未尝住，我来日辄问法，法师了无语，法师非无 的哲理：主体必须与客体统一，才能达到预期的审美境界，这一揭示， 语，不知所答故，君看头与足，一旦或人问，每睡安所措，归来被上下， 使得这首小诗受到了许多人的喜爱。 夜无著处，展转遂达晨，意欲尽镊去，此言虽鄙浅，故自有深趣，持此 再如《惠崇（春江晚景）》： “竹外桃花三两枝．春江水暖鸭先知，蒌蒿满地芦芽短，正是河豚 问法师，法师一笑许”。 这首诗叙述了一个“有深趣”的小故事。但诗人将这个小故事，运 欲上时”。 用诗歌的艺术形式，讲得委婉曲致、妙趣横生，对读者很有吸引力。在 在这首诗中，寥寥数笔，就将惠崇《春江晚景》这幅画中各种美丽 这故事之后，隐含了一禅思佛理：佛法只解意会，只可心悟而不可言传 的景色描绘出来了，给人一种愉悦的美感。然而，这仅是一首描写山光 的道理，即禅宗“顿悟”的道理。 水色的题画诗吗？不，“春江水暖鸭先知”为何能让人传诵不已，就是因 哲理的时代，诗人深远的思想，使苏诗必然地具有“尚理”的特点。 为其中隐藏了一个实践得真知的道理，用诗的意象引人进人一种妙不 哲理诗作为诗歌的一种，它必须符合诗歌的本质特征，否则，它也难以 可言的理趣境界。 生存。苏诗中的优秀作品，大多做到了哲理与情感、意象的完美结合。 通过以上作品的分析，我们可以看到，苏诗中的哲理都是通过意 使哲理诗符合了诗歌的本质特征，有着旺盛的生命力。 象表达的，或以意象象征哲理，或把哲理隐藏于意象之中，苏轼的哲理 苏轼的哲理诗有两个重要特征。 诗实现了对前代哲理诗和情景交融之作的根本性突破。 哲理是宋代诗歌最重要的果实与内核，它比情感更为深邃，更容 用意象象征哲理 易引人深思，产生吟咏不尽、回味无穷的艺术效果。 如《和子由渑池怀旧》： 正是因为“尚理”对诗歌有着内在的合理性，在苏东坡之后，诗歌 “人生到处知何似？应似飞鸿踏雪泥。泥上偶然留指爪，鸿飞那复 计东西。老僧已死成新塔，坏壁无由见旧题。往日崎岖还记否？路长人 “尚理”慢慢成为宋代的审美风尚，被大众所接受仿效，如叶绍翁的“春 色满圆关不住，一枝红杏出墙来”；朱熹的“问清哪得清如许，为有源头 困蹇驴嘶”。 这首诗是苏轼给弟弟苏辙的《怀渑池寄子瞻兄》的和诗，这首诗的 活水来”等，莫不以“尚理”取胜。因此，从这一角度上说，苏诗的“尚理” 一一、思想无非是诗人感慨人生太渺茫了，有如“飞鸿踏雪泥”，只是偶然留 特点，具有时代的里程碑作用，它影响了整整一个时代的美流和 下一些爪痕而已，人生也太短促，转眼之间人就已死了，壁上的题诗也 发展趋向。就“无由见”了。“往日崎岖还记否？路长人困蹇驴嘶”。这即是总结他 往日生活道路的崎岖，也预示了未来生活道路的坎坷。在诗中“飞鸿踏 雪泥”是一个新颖的意象，但是，这只“飞鸿”不是在某种具体场景中出 （上接第９８页）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。 作者简介：李小云，男，江西省安福中学中学■级教师。 参考文献 『１］混凝土桥面铺装设计与施工． 『２］混凝土桥面铺装病害与设计和施工的关系浅析． 『３］对桥面裂缝及铺装层破坏的讨论． 五、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。 ［４］桥面铺装过早损坏的原因分析及处治对策［Ｊ】． 『５］桥面铺装设计方法探讨． ［６］桥面铺装病害调查及成因分析『Ｊ１＿ 『７］ＪＴＪ Ｏ１４—９７，公路沥青路面设计规范． 『８］水泥混凝土桥面沥青铺装层厚度的研究． 『９］ＪＴＪ Ｏ２３—８５，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 『１０］水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装结构设计方法研究． 『１１］设防水层的混凝土桥桥面铺装结构剪应力计算与分析． ［１２］复合式路面设计原理与施工技术【Ｍ】． ４１。—。—