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环氧沥青钢桥面铺装多维度检测评估体系研究
2019年03月15日    阅读量:3197    新闻来源:中国沥青网 sinoasphalt.com  |  投稿

据统计,目前国内正交异性板钢桥面铺装总量超过400m2,其中环氧沥青铺装自2001年南京二桥首次成功引进后,目前国内体量已经超过150m2,在服役期10年左右的桥梁中占主要地位。然而,国内部分桥梁由于高温、重载等极端使用条件的耦合作用,环氧沥青铺装出现了较为严重的早期病害和性能衰减,逐步进入集中养护阶段。


准确掌握钢桥面铺装使用性能,对于铺装养护方案决策具有重要的支撑作用中国沥青网sinoasphalt.com。但国内针对钢桥面铺装性能检测评估方面的研究几乎为空白,多以经验为主,缺乏量化数据支撑,导致钢桥面铺装的养护决策还存在一定的盲目性。同时由于环氧沥青钢桥面铺装病害与传统沥青路面在主要病害类型、分布特征、发展规律等方面都存在较大区别,传统的沥青路面技术状况评定标准也不能完全适用于环氧沥青钢桥面铺装技术状况评定。


因此,本文针对环氧沥青钢桥面铺装进行检测评估体系新技术研究,根据典型病害类型,建立多指标评价体系和网格化的使用性能评价方法,支撑专业化、精细化的养护决策,使得养护有章可循。


环氧沥青钢桥面铺装典型病害及权重分析


结合国内典型钢桥面环氧沥青铺装工程,对其典型病害进行统计分析。环氧沥青混凝土属于热固性材料,不同于传统的热塑性沥青混合料,其强度高、刚度大,不存在高温变形等病害,主要病害以疲劳裂缝为主。环氧沥青材料开裂后,发展较快,在高温、重载、多雨使用条件下,会迅速发展到钢板,腐蚀黏结层,导致层间脱空,进而导致铺装局部结构性崩溃,形成坑槽。


环氧沥青铺装典型病害统计结果可以看出:裂缝是环氧沥青铺装最主要的病害之一,裂缝占总病害面积65.02%;其次是裂缝进一步发展产生的坑槽类病害,占病害总面积2.82%;鼓包是环氧铺装的另一种典型病害,是铺装层间的主要病害之一,占比约0.15%


裂缝


环氧沥青铺装裂缝类病害因其不同,裂缝形态各异,包括横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、网裂、环状裂缝、鱼尾纹裂缝和放射形裂缝等。


其中纵向疲劳裂缝几乎是最主要的原发性病害。为了提高钢板的整体刚度,钢箱梁内设置了大量的纵横肋和纵横隔板。钢板局部的增强使钢板在荷载作用下容易在钢板与肋板结合处产生较大负弯距。在荷载重复作用下,特别是超载车辆的作用下,导致铺装轮迹带区域产生规则的纵向疲劳裂缝。


纵向施工缝开裂是环氧铺装纵向裂缝病害另一重要类型,由于环氧沥青属于热固性材料,导致施工接缝不可愈合,成为薄弱环节,在高温、荷载、雨水反复作用下,逐步产生开裂。


随着铺装层纵、横向疲劳裂缝、施工接缝的不断开裂,裂缝在铺装层表层逐步扩展、在平面内相互贯通并交织成不规则网状裂缝。


鼓包


鼓包是环氧沥青铺装层间典型病害之一,主要由施工控制不严造成。环氧沥青铺装为了解决铺装层防水问题,并提高铺装的整体性,混合料油石比较大,孔隙率设计较低,混合料密实度高。当有残留溶剂、水分等体积容易膨胀的物质残留在铺装表面与钢板之间时,在这些物质体积发生膨胀的过程中,就导致铺装部分突起,产生鼓包病害。鼓包发展到一定阶段就会出现环状开裂或鸡爪形开裂。


坑槽


坑槽是环氧沥青钢桥面铺装常见的病害之一,不同于沥青路面水损害机理,环氧沥青铺装坑槽通常是由于裂缝修复不及时,在高温、重载、雨水等条件下迅速发展而成。


现有路面评价体系适用性分析


国内主要通过《公路技术状况评定标准》评价公路技术状况水平,主要通过指数MQI和相应分项指标评定路面技术水平,包含路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能、结构强度5个部分内容,路面技术水平主要分为优、良、中、次、差5个等级。


然而《公路技术状况评定标准》中关于路面损坏的内容主要涉及了沥青混凝土路面、水泥混凝土路面和砂石路面,损坏类别还未涉及到钢桥面铺装,尤其是环氧沥青铺装属于热固性材料,还具有自身的特点,铺装结构、材料及使用条件等方面与路面相比均存在较大的差异性。现有公路技术状况标准不能完全覆盖钢桥面铺装的病害类型,且其权重系数也没有针对性,具有明显局限性,标准不能准确、灵敏、客观地评价钢桥面铺装的破损状况。因此,需要针对环氧沥青铺装特点及使用状况,提出相应的技术状况评价指标体系。


环氧沥青钢桥面铺装性能评价体系


铺装病害权重系数


基于环氧沥青钢桥面铺装病害调研结果,并结合文献资料分析统计,对环氧沥青钢桥面铺装病害类型进行了汇总和提炼。热固性环氧沥青铺装病害类型与一般路面有较大不同,共13种病害类型,主要在沥青混凝土路面病害类型基础上进行了针对性的增删调整,主要增加了鱼尾纹裂缝、放射状裂缝、环形裂缝、鼓包、层间推移以及钢板脱层等病害,而删减了沉陷、车辙、波浪、拥包等变形类病害。


同时,结合现有《公路技术状况评定标准》,根据环氧沥青钢桥面铺装典型病害及其严重程度,针对钢桥面铺装结构、材料、使用条件等特点,根据铺装病害发展规律和分布特征,并充分考虑了不同桥面铺装病害对桥面铺装剩余寿命、桥梁结构安全和耐久性影响的程度差异,对钢桥面铺装病害类型权重系数进行了量化评级。


多指标评价体系


(1)破损状况指数SDPCI。本文对钢桥面铺装病害类型进行了分类和梳理,并针对钢桥面铺装使用特点赋予相应的权重系数,基于现有《公路技术状况评定标准》,建立了钢桥面铺装破损状况指数SDPCI指标,可综合反应钢桥面铺装裂缝、坑槽、修补、鼓包等铺装层破损状况。


(2)裂缝率指标PCR。裂缝率PCR表征的是裂缝病害的总体状况。


(3)脱空率指标PDR。脱空病害包括鼓包、鸡爪形裂缝等。本文提出脱空率指标PDR,可宏观反应桥面脱空的状况,总体评价钢桥面铺装层间连接的技术状况。采用钢桥面铺装表面破损状况SDPCI指标和铺装层间脱空率PDR指标进行双控,共同评价桥面系的总体技术状况。


评价等级划分


(1)破损状况评价。结合铺装使用状况,对铺装破损状况进行评级划分,评价等级主要分为优、良、中、次、差5种等级。


(2)裂缝状况评价。采用裂缝率PCR指标对钢桥面铺装裂缝状况进行宏观评价,按照0.5%的梯度划分评价等级,主要分为优、良、中、次、差5种等级。


通过对典型大跨径钢桥面铺装进行了反复跟踪检测,当裂缝率大于2%时通常铺装层需要开挖修复,而裂缝率在1%以内时状况相对较好,在1%2%范围内时应及时进行预防性养护,恢复铺装整体结构强度。


()层间连接状况评价。采用脱空率PDR指标进行桥面连接状况的综合评价,按照每1%的梯度划分评价等级,主要分为优、良、中、次、差5种等级,并以此为依据,支撑铺装养护方案决策。


通过对典型大跨径钢桥面铺装进行了反复跟踪检测,当脱空率大于2%时通常铺装层需要开挖修复,而脱空率在1%以内时状况相对较好,在1%2%范围内应及时进行预防性养护。


环氧沥青钢桥面铺装性能网格化评价


分级网格化评价方法


基于缆索结构、拉索、吊索纵向分布、交通渠化条件下的轮迹带横向分布特点,结合钢箱梁桥面系结构特征对铺装使用性能进行分级网格化评价,突出桥面病害的纵横向分布特点,从而更有针对性地指导养护决策。


第一级:按坡段划分,实现整桥状况评估。横向按车道,纵向按坡段划分,每个坡段为整桥的四分之一跨长。


第二级:按拉索、吊索间距或节段划分,有利于精细化养护决策。横向按车道划分,纵向按拉索、吊索和塔或节段划分单元。


第三级:按正交异性板结构划分,实现病害与钢箱梁结构对应关系的可视化。横向按U肋、纵向按横隔板划分。分别采用SDPCIPCRPDR三个指标对铺装性能进行网格化评级。


精细化养护决策


根据SDPCIPDR等不同指标评级结果,判定各网格内铺装破损类型、面积、发展层位和严重程度,从而指导精细化的养护方案决策,包括预防性养护、面层置换及全厚式大中修方案。


结语


(1)本文依据现有路面技术状况评价标准,结合环氧沥青钢桥面铺装自身结构特性、使用条件等特点,总结归纳出13种环氧沥青铺装典型病害类型,并根据各病害对铺装性能影响程度确定其权重系数。


(2)通过优化调整,提出适用于环氧沥青钢桥面铺装的性能评价指标体系,包括SDPCIPCRPDR等,并根据各指标进行铺装性能评价等级划分,包括优、良、中、次、差5个等级。


(3)结合铺装纵横向结构特征,建立分级网格化性能评价方法,并依据多指标、多维度铺装性能评估结果,进行精细化、专业化的养护方案决策,包括预防性养护、小修保养、大中修方案等,对环氧沥青钢桥面铺装养护具有重要的指导意义。


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