彎道陡坡路段橋面鋪裝病害成因分析及處治對策研究

王 斌

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州730030）

0 引言

我國是一個多山的國家，山區(qū)面積占國土50%以上，并且大部分山區(qū)地區(qū)經(jīng)濟(jì)滯后。 受地形地貌及經(jīng)濟(jì)影響，我國山區(qū)公路線形標(biāo)準(zhǔn)一般較低，彎多坡陡就成了山區(qū)公路線形的主要特點(diǎn)。工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，對于同一條山區(qū)公路， 彎道陡坡路段的橋面鋪裝往往更早發(fā)生病害，而且病害的程度也較直線段更嚴(yán)重。

1 病害原因分析

1.1 剪切破壞

在汽車荷載作用時，橋面鋪裝層內(nèi)部會產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，一旦橋面鋪裝結(jié)構(gòu)抗剪切強(qiáng)度差，將引起不確定破壞面的剪切變形；橋面鋪裝層與橋面板層間結(jié)合面往往是抗剪切能力的最薄弱環(huán)節(jié)，抗水平剪切能力較弱，在水平方向上易產(chǎn)生相對位移發(fā)生剪切破壞，產(chǎn)生推移、擁包等病害。

根據(jù)計(jì)算及力學(xué)分析，在彎道上，路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力隨著彎道半徑的減小而增大；在坡道上，路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力隨著縱坡坡度的增大而增大；路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力隨著彎道與縱坡疊加后合成坡度的增大而增大。因此，從力學(xué)角度分析，導(dǎo)致彎道陡坡病害較多的原因主要分為：

內(nèi)因：彎道的施工控制較直線段復(fù)雜，由于彎道超高的影響，壓路機(jī)對路面的垂直壓實(shí)效果較差。同時，壓路機(jī)在彎道或陡坡上行駛，轉(zhuǎn)向及剎車控制會影響路面的壓實(shí)。 壓實(shí)度不好，會影響瀝青路面的抗剪性能。

外因：車輛行駛到彎道或陡坡路段時，如果車輛不采取制動措施，以較高速度通過彎道，那么為了抵消離心力，車輛和路面接觸面的摩擦力將增大；如果車輛采取制動措施，此時瀝青路面要為車輛提供足夠的摩擦力以降低行車速度，同時車速降低后，車輪對路面的橫向摩擦力也會增加。

1.1.1 彎道半徑的影響

圖1 彎道半徑大小對最大剪應(yīng)力的影響

從圖1 中可以看出，在彎道上，路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力隨著彎道半徑的減小而增大，但隨著距路表面越向下減小的幅度越小，在深度為7cm 以下，已不再隨之減小。 在深度為0cm 處，半徑為35m 比半徑為100m 彎道路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力增加4.7%， 半徑為35m 比直道上路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力增加14.3%；在深度為2cm 處，半徑為35m 比半徑為100m 彎道路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力增加4.4%，半徑為35m 比直道路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力增加11.9%；在深度為4cm處， 半徑為35m 比半徑為100m 彎道路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力增加4.4%，半徑為35m 比直道路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力增加11.6%。 說明彎道半徑大小對瀝青路面層內(nèi)的剪應(yīng)力影響較大。

1.1.2 坡度的影響

從圖2 中可以看出，在縱坡上，路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力隨著縱坡坡度值的增大而減小，在深度為0cm 處，縱坡坡度為6%比水平路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力減小1.4%，縱坡坡度為6%比縱坡坡度為-6%路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力減小2.6%； 在深度為2cm 處， 縱坡坡度為6%比水平路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力減小0.1%， 縱坡坡度為6%比縱坡坡度為-6%路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力減小0.4%， 由此可見隨著距路表面越向下影響越小，在深度為2cm 處，影響已經(jīng)較小了。

圖2 縱坡坡度大小對最大剪應(yīng)力的影響

1.2 水損害

因溫度變化同時伴隨橋面板或梁結(jié)構(gòu)的大撓度，彎道陡坡路段橋面鋪裝層易產(chǎn)生裂縫，水分將沿縫隙滲入加速裂縫的發(fā)展，在車輛荷載及滲入的水的共同作用下，橋面鋪裝層極易產(chǎn)生面層的松散和坑槽破壞；瀝青混合料級配類型使用不當(dāng)或施工質(zhì)量控制差，致使瀝青混合料中結(jié)合料含量太少，使面層混合料中的集料間粘結(jié)力差而形成松散。 面層松散料被車輪碾壓后的真空吸力及雨水帶離路面，便形成大小不同的坑槽病害。

1.3 橋面鋪裝層施工厚度不足

在梁板施工過程中，各施工環(huán)節(jié)把關(guān)不嚴(yán)，造成梁板尺寸過高、梁板張拉預(yù)拱度偏大、支座墊石標(biāo)高過高、濕接縫澆筑過高、殘留砼未清理等，造成橋面鋪裝厚度不均勻，導(dǎo)致應(yīng)力集中，進(jìn)而引起橋面鋪裝產(chǎn)生裂縫。

2 處置措施

2.1 水泥橋面板修復(fù)

為減少封閉交通時間、 提高混凝土強(qiáng)度及增強(qiáng)與舊基面粘結(jié)強(qiáng)度，采用水泥聚合物快速修補(bǔ)混凝土，找平混凝土厚度不足之處，并恢復(fù)鋼筋保護(hù)層厚度。其采用快硬水泥-聚合物體系，其中快硬水泥通過調(diào)整其熟料礦物組成比例，具有快凝、早強(qiáng)、微膨脹作用，能夠形成致密的水化產(chǎn)物；加入了丁苯聚合物乳液能夠使其與水泥水化產(chǎn)物中的鈣離子、鋁離子進(jìn)行鍵合，從而使得混凝土更加密實(shí)，膠結(jié)強(qiáng)度更高。

2.2 瀝青鋪裝層采用纖維瀝青混合料

聚酯纖維具有抗拉強(qiáng)度高、耐高溫耐腐蝕、不溶脹、吸附性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，同時具有比普通纖維有更大的表面積，可以吸附更多的瀝青，與瀝青的結(jié)合性強(qiáng)，對瀝青流變性有明顯的影響（增加瀝青粘度），可以有效地降低瀝青對溫度的敏感性，增加瀝青混合料的抗剪切能力。 聚酯纖維可顯著提高路面的彈性及改善瀝青路抗龜裂性，更能改善瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、低溫溫度性、抗疲勞性和抗水損壞等性能，從而延長路面的使用壽命。

2.2.1 抗剪切性能

通過室內(nèi)斜面剪切試驗(yàn)對該纖維瀝青混合料抗 剪切性能試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。 首先，通過車轍儀成型車轍板試件（厚8cm），后將車轍板試件切割成10*10*8cm 標(biāo)準(zhǔn)試件；其次，把標(biāo)準(zhǔn)試件放在設(shè)定溫度的養(yǎng)生室中養(yǎng)生，滿足要求后采用UTM加載試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行斜面剪切試驗(yàn)；最后，按照標(biāo)準(zhǔn)試件破壞時的最大剪切力和剪切面積，計(jì)算出該纖維瀝青混合料的抗剪切強(qiáng)度。

試驗(yàn)結(jié)果表面：在同等溫度條件下，添加1.5‰聚酯纖維后，瀝青混合料內(nèi)抗剪切強(qiáng)度有明顯提高，尤其是在高溫條件下，抗剪切強(qiáng)度提高幅度更大。

2.2.2 高溫穩(wěn)定性

添加了1.5‰聚酯纖維后，瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能有明顯提高，動穩(wěn)定度達(dá)4000 次/mm 以上， 比不添加聚酯纖維的瀝青混合料動穩(wěn)定度值提高近30%。

2.3 加強(qiáng)層間粘結(jié)

施工時先對橋面板進(jìn)行精銑刨處理，直至橋面板水泥浮漿徹底處治。之后鋪筑熱熔橡膠瀝青碎石封層。熱熔橡膠瀝青碎石封層（SAMI）在抗水損壞、防止反射裂縫、粘結(jié)作用三個方面有顯著效果，并起著瀝青面層與橋面板的連結(jié)作用。橡膠瀝青用量大，會形成約3mm 厚度的瀝青膜，有效防止雨水向下滲透，對橋面板起到保護(hù)作用；高用量的橡膠瀝青與單一粒徑的碎石強(qiáng)力粘結(jié)， 形成約0.5cm 左右厚的結(jié)構(gòu)層，有效吸收橋面板上的應(yīng)力產(chǎn)生，并緩解各種裂縫的反射；橡膠瀝青擁有超強(qiáng)的粘性，它可以非常牢固的吸附粘結(jié)在橋面上，從而起到與瀝青鋪裝層的粘結(jié)作用。

3 結(jié)語

本文對山區(qū)公路彎道陡坡路段橋面鋪裝病害進(jìn)行了調(diào)研，通過對彎道瀝青路面結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力進(jìn)行了理論分析，對彎道陡坡路段橋面鋪裝損壞的原因進(jìn)行了探討。 并提出了相應(yīng)的解決方案。 為今后養(yǎng)護(hù)維修工程橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)選擇和層間處理方法提供了借鑒。

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