試析橋面瀝青砼鋪裝早期破壞的原因與預(yù)防措施

鄭貴華

摘 要：橋面瀝青砼鋪裝層早期破壞的原因比較復(fù)雜，本文從橋面砼的施工質(zhì)量、梁體撓度及梁板支座設(shè)計(jì)與施工方面的影響，分析了橋面瀝青砼鋪裝層早期破壞形成的原因，有針對(duì)性地提出了避免橋面瀝青砼鋪裝層早期破壞的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：橋梁 瀝青砼鋪裝 破壞原因 預(yù)防措施

中圖分類號(hào)：U4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0049-02

許多公路的橋面瀝青砼鋪裝層出現(xiàn)了早期破壞的現(xiàn)象，這對(duì)行車造成了諸多不便，同時(shí)也對(duì)橋梁本身造成了一定程度的危害。究竟是什么原因造成橋面瀝青砼鋪裝層早期破壞？經(jīng)過調(diào)查后發(fā)現(xiàn)：如瀝青混合料組成設(shè)計(jì)不當(dāng)；鋪裝層壓實(shí)度不足，易滲水而后產(chǎn)生離析；橋面砼平整度差；鋪裝前刷毛不徹底，表面有浮漿，層間污染嚴(yán)重；排水不良；橋面鋪裝厚度不均；梁板支座上下支承面脫空或不密貼，導(dǎo)致橋面鋪裝層沿鉸縫方向出現(xiàn)縱向裂縫等等。針對(duì)這些現(xiàn)象，分析橋面瀝青砼鋪裝層破壞形成的原因，探討預(yù)防橋面鋪裝層破壞的對(duì)策便成了一個(gè)急需解決的課題。

1 瀝青砼鋪裝層早期破壞形成原因

大多數(shù)橋面的瀝青砼鋪裝層按照路面結(jié)構(gòu)分為中層面和表層面兩層，一般厚度均為4 cm+5 cm以及4 cm+6 cm。有的做橋面瀝青砼鋪裝層的公路在使用兩年之后就出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞，尤其是大跨徑橋梁。在此，就瀝青砼鋪裝層早期破壞形成的原因談幾點(diǎn)看法：

1.1 瀝青混合料組成設(shè)計(jì)不當(dāng)

在設(shè)計(jì)熱拌瀝青的混合料配合比過程中分為目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段及生產(chǎn)配合比驗(yàn)證階段。瀝青混合料使用的材料種類、礦料級(jí)配或者瀝青用料都由配合比設(shè)計(jì)決定。配合比設(shè)計(jì)采用馬歇爾試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

混合料組成設(shè)計(jì)既要滿足規(guī)范中的要求，又應(yīng)結(jié)合實(shí)地需要有所側(cè)重，但現(xiàn)實(shí)確定的生產(chǎn)配合比往往滿足不了這一要求，關(guān)鍵是驗(yàn)證階段工作未做好，生產(chǎn)用的標(biāo)準(zhǔn)配合比出了問題。此外，礦質(zhì)集料需求量大，生產(chǎn)雜，進(jìn)料難免有吃“百家飯”的現(xiàn)象，在進(jìn)行組成設(shè)計(jì)時(shí)的礦質(zhì)集料的取樣沒有代表性，因此導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果不準(zhǔn)確；馬歇爾試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)人員未抓住細(xì)節(jié)要領(lǐng)，排除異常離散數(shù)據(jù)，致使試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差，這些都是造成瀝青混合料組成設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)脑颉?/p>

1.2 鋪裝層壓實(shí)度不足，易滲水而后產(chǎn)生離析

壓實(shí)度不足，造成孔隙率增大，鋪裝層滲水，造成瀝青砼鋪裝層離析。當(dāng)孔隙率為12%左右時(shí)，滲入的水又不易蒸發(fā)。這樣在冬季，孔隙中的水凍脹使離析部分的瀝青砼脹裂破碎。在夏季，離析部分的空隙水，在輪壓作用下，產(chǎn)生巨大真空壓力，沖開瀝青鋪裝層和砼接觸面，使更大面積進(jìn)水。車輪離開時(shí)產(chǎn)生真空抽吸力，使孔隙水在離析層內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)沖洗碎石油膜，進(jìn)而碎石間失去粘結(jié)力而松散。松散的碎石在車輪的反復(fù)碾壓下，互相磨擦產(chǎn)生大量石粉，也磨蝕了砼鋪裝層的表面。這種混合粉料在一次又一次的輪壓作用下，由薄至厚，由近到遠(yuǎn)地塞入瀝青鋪裝層與砼鋪裝層之間。由于粉料越磨越多，填塞面積越來越大，局部破損面積越來越大，使車輛對(duì)橋面沖擊力加大，瀝青砼鋪裝層形成擁包，車輛沖擊力更大，形成惡性循環(huán)。

1.3 橋面水泥砼平整度差

造成橋面水泥砼平整度差的原因有：砼材料規(guī)格要求不嚴(yán)，配合比不準(zhǔn)；未使用有效機(jī)械施工，局部采用人工找平，操作不當(dāng)；未按控制高程施工；抹面時(shí)間控制不當(dāng)，砼水灰比控制不嚴(yán)，坍落度過大，表面浮漿過多，干縮后出現(xiàn)洼跡；砼初凝前被踩壓過，表面不平整等。這些因素致使瀝青砼鋪裝平整度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在車輛荷載引起的垂直力和水平力的綜合作用下，使瀝青砼鋪裝結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過材料的抗剪強(qiáng)度，因此形成破壞。

1.4 鋪裝前刷毛不徹底，表面有浮漿，層間污染嚴(yán)重

橋面水泥砼刷毛不好，不粗糙，或表層有浮漿、塵土、雜物或油污，鋪裝前未清洗干凈，使得砼橋面摩阻力小，瀝青砼與橋面水泥砼之間結(jié)合不好，以致形不成整體，易產(chǎn)生推移，形成波浪、擁包現(xiàn)象。

1.5 排水不良

橋面排水不良形成的原因主要有：橋面防水砼結(jié)構(gòu)層不平整，瀝青鋪裝層碾壓后表面平整度差，易積水；泄水孔位置不合適或高程太高、泄水孔堵塞；橋面橫坡不符合設(shè)計(jì)要求等。由此，瀝青砼鋪裝層浸水后產(chǎn)生水毀。

1.6 梁體撓度超標(biāo)，致使鋪裝層厚度不均

在預(yù)應(yīng)力橋梁施工中，無論是預(yù)制梁還是現(xiàn)澆梁，由于預(yù)應(yīng)力的作用，在抵消自重力的影響后，梁體將產(chǎn)生上撓度，上撓度過大時(shí)，將使橋面鋪裝產(chǎn)生困難，導(dǎo)致橋面鋪裝層在跨中較薄而支承點(diǎn)處較厚，常常不能滿足設(shè)計(jì)厚度的要求。厚薄不均的瀝青砼鋪裝層，在車輛荷載的作用下，產(chǎn)生交變剪應(yīng)力，使其抗剪疲勞強(qiáng)度降低，鋪裝層越厚處剪力越大，破壞效果也就越明顯。

1.7 梁板支座上下支承面脫空或不密貼

由于支座上下支承面施工不符合要求，特別是對(duì)支座下承面即蓋梁或臺(tái)帽支座墊石的作用認(rèn)識(shí)不夠或貪圖施工方便，不重視支座墊石標(biāo)高、幾何尺寸及表面平整度的事先計(jì)算和施工控制，造成施工標(biāo)高不準(zhǔn)、幾何尺寸偏離、表面平整度差等問題，在支座及梁板安裝時(shí)，不得已采用鋼板及砂漿等進(jìn)行調(diào)高或整平，造成支座的上下支承面脫空或不密貼，同一塊梁板底面的支座不能均勻、平衡受力，引起梁板的翹翹板現(xiàn)象，導(dǎo)致橋面鋪裝層開裂，特別是出現(xiàn)沿鉸縫方向的縱向裂縫。

2 瀝青砼鋪裝層早期破壞預(yù)防措施

通過以上分析，為了預(yù)防橋面瀝青砼鋪裝層早期破壞，可以采取如下措施。

2.1 搞好混合料組成設(shè)計(jì)，排除干擾因素

在進(jìn)行組成設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)規(guī)定的級(jí)配類型進(jìn)行分析，通過一系列的馬歇爾試驗(yàn)、配合比設(shè)計(jì)并結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)確定，在試拌試鋪的基礎(chǔ)上進(jìn)一步論證、優(yōu)選，確定出生產(chǎn)配合比，即最佳級(jí)配曲線，此曲線可能與規(guī)范中值相符，也可能與中值線不一定相符，施工中應(yīng)以此為標(biāo)準(zhǔn)，確定限定范圍。

礦質(zhì)集料應(yīng)取有代表性的試樣，并在施工中加強(qiáng)跟蹤試驗(yàn)檢測(cè)。

瀝青用量應(yīng)通過馬歇爾試驗(yàn)確定，要求試驗(yàn)人員抓住細(xì)節(jié)要領(lǐng)，排除異常離散數(shù)據(jù)，確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合確定最佳瀝青用量。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該是以往成型路面的級(jí)配與最佳用油量的等值線綜合結(jié)果，而不是某個(gè)單一的結(jié)果?？紤]到我省地處南方，多雨潮濕且交通量較大，因此，應(yīng)綜合考慮排水、抗滑及抗車轍等方面的因素，慎重確定瀝青用量。

2.2 提高瀝青砼鋪裝層的施工質(zhì)量，避免離析

橋面瀝青砼鋪裝層施工采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)梯形作業(yè)，減少分料器橫向輸料距離，降低攤鋪造成混合料的離析程度，如輔以混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車效果會(huì)更好。做好瀝青混合料施工的全過程控制：保證配合比設(shè)計(jì)合理、拌和及配料準(zhǔn)確，減少裝料、卸料和攤鋪機(jī)折斗過程造成的離析。對(duì)攤鋪面，初壓過后進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)局部離析立即鏟除換料。

橋面瀝青砼鋪裝層的碾壓成型，是用振壓還是靜壓沒有定論?？紤]到振壓時(shí)梁體的振動(dòng)頻率與壓路機(jī)的振動(dòng)頻率不同（相同則發(fā)生共振），碾壓不均勻，也易造成橋梁上部結(jié)構(gòu)受力過大，因此可以采用振蕩壓路機(jī)或大噸位膠輪壓路機(jī)。使用膠輪壓路機(jī)碾壓時(shí)，對(duì)混合料中粗集料有重新分布排列的作用，易使瀝青砼鋪裝層形成骨架結(jié)構(gòu)，有效抵御行車車轍的產(chǎn)生。

2.3 提高橋面防水砼鋪裝層施工質(zhì)量

橋面防水砼鋪裝層的施工，必須保證厚度滿足設(shè)計(jì)要求，振搗要均勻密實(shí)。平整度要滿足規(guī)范要求，收面要壓實(shí)壓光，不能產(chǎn)生收縮裂縫。刷毛要掌握好時(shí)機(jī)，不能刷的太早將石子刷動(dòng)，刷的太晚又刷不動(dòng)，達(dá)不到刷毛的目的，應(yīng)刷至石子露出2～3 mm為宜。這樣，可以加強(qiáng)瀝青砼鋪裝層與其結(jié)合面的聯(lián)合強(qiáng)度，提高了結(jié)合面的抗剪能力。

同時(shí)也要加強(qiáng)防水砼鋪裝層與主梁的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，最大限度地發(fā)揮聯(lián)合作用的效應(yīng)。

2.4 做好粘層的設(shè)計(jì)與施工

為了保證結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度，除了在防水砼頂面做好刷毛外，還應(yīng)在柔性的瀝青砼和剛性的防水砼之間設(shè)粘層。

可以在刷毛的防水砼頂面噴灑薄層粘結(jié)力較強(qiáng)的改性熱瀝青兼做防水層。因?yàn)闃蛄荷喜慷际穷A(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，在支點(diǎn)處的負(fù)彎矩段梁頂部會(huì)開裂，上又有8～12 cm的防水砼，足以保證梁的耐久性，沒有必要在結(jié)合面上做新的防水層，如設(shè)計(jì)施工處理不好，反倒成為結(jié)合的隔離層，即不能提供足夠的抗剪強(qiáng)度，又為水的侵入創(chuàng)造了條件。

2.5 在保證抗推力的前提下，減薄鋪裝層厚度

在汽車荷載的作用下，瀝青砼與防水砼的結(jié)合面上產(chǎn)生交變剪應(yīng)力，瀝青砼鋪裝層越薄此剪應(yīng)力越小。

可采用3 cm厚細(xì)粒式瀝青砼作為鋪裝層，用攤鋪機(jī)施工，能保證橋面行車道的平整度，滿足行車噪聲小的舒適性要求。由于較薄，結(jié)合面剪應(yīng)力小，不易使其受剪脫開。由于料細(xì)，不會(huì)產(chǎn)生局部離析，不受水的影響，還可以作為一道防水層。破壞時(shí)修補(bǔ)容易，影響交通小，經(jīng)濟(jì)效益好。

也可采用1.5 cm厚微表處作為鋪裝層，由于更薄，結(jié)合面產(chǎn)生的剪應(yīng)力更小，更不宜脫開。微表處屬冷料施工，施工方便，能很快開放交通。由于微表處施工的無找平功能，要使平整度滿足規(guī)范要求，在橋面防水砼施工時(shí)必須精細(xì)。微表處改性乳化瀝青做結(jié)合料，破乳水分蒸發(fā)后留下的孔隙，必須經(jīng)過高溫多次碾壓才能閉合，結(jié)構(gòu)層才能成形穩(wěn)定。如果高溫時(shí)施工并很快通車，效果較好。如低溫時(shí)通車，在結(jié)構(gòu)層成型前必須做好保護(hù)，嚴(yán)禁在其上剎車、調(diào)頭造成結(jié)構(gòu)層破壞。

2.6 保證瀝青砼攤鋪層厚度均勻一致

嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，嚴(yán)格控制梁板厚度及規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化；施工時(shí)應(yīng)通過設(shè)計(jì)部門在底模上預(yù)設(shè)適量的下拱度，使上拱減到最小；當(dāng)已完成的梁體實(shí)際上撓度已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)，不能保證橋面鋪裝層設(shè)計(jì)厚度時(shí)，應(yīng)通過設(shè)計(jì)部門適當(dāng)調(diào)整橋面標(biāo)高，以保證鋪裝層厚度。

2.7 防止梁板支座脫空或不密貼

設(shè)計(jì)方面的措施。

重視支座設(shè)計(jì)，杜絕油毛氈等簡(jiǎn)易支座的出現(xiàn)。支座的幾何尺寸和有關(guān)力學(xué)技術(shù)指標(biāo)要在圖中注明，以免施工時(shí)隨意使用支座。

完善支座上下支承面的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)可綜合考慮支座及支座上下支承面的縱橫坡調(diào)控因素后，再適當(dāng)調(diào)整蓋梁及立柱頂面標(biāo)高，使支座的上下支承面既能密貼而均勻受力，又能達(dá)到使橋面標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求的目的。

施工方面的措施。

為達(dá)到支座安放平整、密貼，梁板橫坡平順的目的，在施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)縱橫坡情況，對(duì)支座上承面可提出調(diào)整縱坡或橫坡的補(bǔ)充設(shè)計(jì)，如設(shè)置楔形鋼板；對(duì)支座下承面應(yīng)通過支座墊石標(biāo)高及幾何尺寸的事先精確計(jì)算來指導(dǎo)和控制施工。

在支座安裝前應(yīng)在實(shí)地精確確定好各支座的中心及擺放位置，測(cè)定標(biāo)高誤差，必要時(shí)事先采用水灰比不大于0.5的1︰3水泥砂漿抹平（而非調(diào)高）。支座頂面除按設(shè)計(jì)要求設(shè)置調(diào)坡或滑動(dòng)鋼板外，一律不得設(shè)置調(diào)高鋼板。支座底面若標(biāo)高不足，可在抹平后墊一塊相應(yīng)厚度的鋼板（鋼板應(yīng)做防銹處理，尺寸應(yīng)比支座周邊各寬3 cm以上）來調(diào)整，但不得用2塊以上的鋼板疊加調(diào)整，嚴(yán)禁采用油毛氈、橡膠板、木板、砂漿、薄砼層等材料墊高支座。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，橋面瀝青砼鋪裝層早期破壞的原因是多方面的，綜合的。它既有設(shè)計(jì)方面的不合理，施工各環(huán)節(jié)控制不嚴(yán)，又有營(yíng)運(yùn)車輛超重和水文氣候環(huán)境的影響，應(yīng)對(duì)各種類型，各種不同水文、氣候使用情況的橋面瀝青砼鋪裝層做定期觀測(cè)，特別是對(duì)破壞過程的觀測(cè)，收集和分析整理出一套科學(xué)的資料，準(zhǔn)確地找出破壞原因，用于指導(dǎo)以后的設(shè)計(jì)和施工，局部破壞問題就可解決。

參考文獻(xiàn)

[1] 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S]，JTG F40—2004，人民交通出版社.

[2] 公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S]，JTJ 073.2—2001，人民交通出版社.