高速公路橋梁橋面瀝青混凝土鋪裝層的病害成因及養(yǎng)護(hù)

樊曉旭

（陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司黃延高速公路擴(kuò)能工程建設(shè)管理處，陜西 延安 727300）

摘 要：為了保證高速公路橋梁的通行質(zhì)量和安全性，針對(duì)其養(yǎng)護(hù)維修展開(kāi)研究。通過(guò)在工作實(shí)踐中對(duì)大量橋面鋪裝層病害的觀察，總結(jié)了橋面柔性鋪裝層的常見(jiàn)病害，并對(duì)常見(jiàn)病害的形成機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析，針對(duì)病害形成機(jī)理給出了鋼筋混凝土橋面柔性鋪裝層養(yǎng)護(hù)維修中應(yīng)該注意的問(wèn)題，可供高速公路橋梁的養(yǎng)護(hù)維修參考借鑒。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土橋面；柔性橋面鋪裝；橋面鋪裝病害；養(yǎng)護(hù)維修

中圖分類(lèi)號(hào)：U415.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0 引 言

近幾年隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，高速公路在設(shè)計(jì)中為了減少占地和對(duì)環(huán)境的干擾，橋梁在高速公路中所占比重越來(lái)越大，特別是山區(qū)高速公路中，為了減少對(duì)山體的開(kāi)挖以及對(duì)原始植被的破壞，在山區(qū)架設(shè)橋梁越來(lái)越普遍。大部分高速公路橋梁采用瀝青混凝土進(jìn)行橋面鋪裝，而這種柔性鋪裝層的承載層是鋼筋混凝土剛性橋面，兩者彈性模量差異較大，使得橋面承載層與面層受力關(guān)系不協(xié)調(diào)，鋪裝層容易產(chǎn)生早期破壞。另外，如果在施工中橋面與路基面層銜接的技術(shù)與工藝控制不到位，也會(huì)造成橋面鋪裝層的早期損壞。

如果橋面鋪裝層不能得到良好的養(yǎng)護(hù)，病害不能及時(shí)修補(bǔ)，將嚴(yán)重影響整條道路的通行質(zhì)量和安全性。橋面鋪裝層維修方法的合理運(yùn)用是保證高速公路正常運(yùn)營(yíng)的必要手段[1-2]。

1 橋面鋪裝層的病害成因

1.1 橋面鋪裝層的作用

（1） 橋面瀝青混凝土面層屬于柔性鋪裝層，直接承受車(chē)輪載荷。車(chē)輛在高速運(yùn)行時(shí)輪胎對(duì)接觸面的沖擊載荷很大，特別是高速重載車(chē)輛輪胎在接觸面上造成的振動(dòng)沖擊載荷更大，除了垂直載荷和沖擊振動(dòng)形成的動(dòng)載荷，還有輪胎給路面造成的縱向和橫向水平載荷以及橋板彎曲、扭轉(zhuǎn)變形對(duì)面層產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力載荷。所以車(chē)輛輪胎與橋面接觸受載是一個(gè)復(fù)雜的受力系統(tǒng)，而柔性瀝青鋪裝層可以緩沖車(chē)輪施加的沖擊載荷，同時(shí)將輪胎施加的集中載荷分散，使下承層橋板所受載荷減小，有效保護(hù)橋板不受破壞。另外，橋面鋪裝層的整體性和柔性對(duì)下承層橋板具有牽拉作用，使分體的橋板成為一個(gè)整體受力系統(tǒng)共同承載車(chē)輛載荷，減小了每片梁板載荷的幅值。

（2） 橋面鋪裝層直接承受運(yùn)行車(chē)輛車(chē)輪載荷并給車(chē)輛足夠的摩擦反力，承擔(dān)了輪胎的磨耗，保護(hù)下承層橋板不參與輪胎的磨耗，不會(huì)產(chǎn)生磨損破壞。

（3） 橋面瀝青鋪裝層在熱鋪狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)一次攤鋪、碾壓成型，具有很好的一致性和整體性，幾乎沒(méi)有縫隙，即便是梯形攤鋪形成的縱向接縫和不同時(shí)段分次攤鋪形成的橫向接縫，在熱鋪狀態(tài)下，只要處理得當(dāng)，都能完全粘合為整體，成為一個(gè)完整的封水層。配合合理的路拱和排水設(shè)施，可以防止雨雪水下滲對(duì)下承層橋板和主梁及其他橋下結(jié)構(gòu)的侵蝕。

1.2 病害形成機(jī)理分析

1.2.1 建設(shè)施工因素

橋面鋪裝層在施工中經(jīng)常遇到高程控制問(wèn)題，特別是預(yù)應(yīng)力梁的反拱，在施工中無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和判定。在橋面面層攤鋪與路基面層對(duì)接時(shí)，經(jīng)常是通過(guò)調(diào)整橋面鋪裝層的攤鋪厚度來(lái)彌補(bǔ)高程控制誤差所造成的對(duì)接高差，這使得橋面鋪裝層厚度無(wú)法保證。減薄鋪裝層會(huì)造成瀝青面層強(qiáng)度不足，另外由于瀝青層厚度不足，對(duì)高彈性模量的剛性承載層受力變形協(xié)調(diào)能力下降，易發(fā)生病害。過(guò)厚的橋面鋪裝層也存在隱患，由于面層與下承載層的剛度差異太大，當(dāng)柔性層在車(chē)輪載荷作用下變形時(shí)，下承層因剛度太大所以牽連變形量很小，兩者變形形成“兩層皮”現(xiàn)象，因此瀝青鋪裝層越厚其自身變形量越大，越容易發(fā)生車(chē)轍、擁包、推移等病害。

1.2.2 防水層問(wèn)題

為了提高橋主梁及其他結(jié)構(gòu)的使用壽命，保證橋面防水非常關(guān)鍵。目前，為了提高橋面防水性，除了考慮面層鋪裝設(shè)計(jì)采用密集配、一定的橫坡、排水設(shè)施等因素外，還在設(shè)計(jì)中加設(shè)防水層結(jié)構(gòu)。因防水層的強(qiáng)度及剛度與上下結(jié)構(gòu)相差甚遠(yuǎn)，在橋梁彎曲變形時(shí)，防水層在上下層包夾下變形協(xié)調(diào)困難，將產(chǎn)生大的拉應(yīng)力。防水層一旦開(kāi)裂，在外載荷（車(chē)輪）的反復(fù)作用下，裂縫會(huì)快速擴(kuò)展并向上層反射，最后造成面層開(kāi)裂、松散、脫落，發(fā)展形成坑槽?？傊?，在橋面結(jié)構(gòu)受力系統(tǒng)中，防水層是薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)它也惡化了瀝青鋪裝層的受力狀態(tài)。

1.2.3 粘接層問(wèn)題

瀝青鋪裝層的下承層橋板為鋼筋網(wǎng)水泥結(jié)構(gòu)，滲透性較差，透層油（乳化瀝青或改性乳化瀝青）噴灑后，很難滲透進(jìn)橋板面結(jié)構(gòu)。特別是橋板面浮灰未認(rèn)真清理，沖洗后未及時(shí)吹干或干透，同時(shí)橋面結(jié)合面未做拋丸或鑿毛處理時(shí)，更不利于粘結(jié)油的滲透與結(jié)合，導(dǎo)致上面層鋪設(shè)完成后，不能與下承層橋板可靠粘接形成一個(gè)整體，特別是這種剛?cè)峤Y(jié)合的受力系統(tǒng)，受載后剛-柔層變形不協(xié)調(diào)，必然造成粘接層受橫向剪切力而滑移形成“兩層皮”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致早期病害的產(chǎn)生。

1.2.4 施工中的壓實(shí)度問(wèn)題

柔性瀝青混凝土面層是通過(guò)熱鋪后碾壓成型的，其性能（承載能力、防水性、壽命等）與壓實(shí)度有著直接的關(guān)系，但壓實(shí)度的保證與施工中工藝的把握有著密切關(guān)系，如壓實(shí)溫度的控制、壓路機(jī)噸位及作業(yè)順序的安排、振動(dòng)碾壓與靜壓的組合、輪胎壓路機(jī)揉搓作用的應(yīng)用以及縱橫接縫的處理工藝等，都影響著面層的密實(shí)度和結(jié)構(gòu)整體性；但對(duì)于橋面壓實(shí)作業(yè)來(lái)說(shuō)，路基的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橋墩通過(guò)彈性支座支撐的梁板，其變形量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于橋上梁的變形量。隨著震動(dòng)壓路機(jī)激振力向下傳遞，橋板及梁板在這一激振力的作用下也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)部分抵消了壓路機(jī)對(duì)瀝青層的作用力，這樣面層壓實(shí)度就很難達(dá)到要求。密實(shí)度不足的橋面瀝青層必定病害頻發(fā)。

2 橋面鋪裝層養(yǎng)護(hù)維修應(yīng)注意的問(wèn)題

2.1 裂縫

橋面瀝青鋪層一旦發(fā)現(xiàn)裂縫，無(wú)論是橫向裂縫還是縱向裂縫，都要盡快判明原因及時(shí)處理。如果處理不及時(shí)，雨雪水就有可能下滲侵蝕下承層，并使上面層的病害擴(kuò)大，進(jìn)一步破壞面層的完整性和封水隔離性能，使病害加劇演變成大的坑槽或剝落。在確定裂縫不是由于下承層出現(xiàn)問(wèn)題反射到面層時(shí)，就應(yīng)及時(shí)對(duì)裂縫進(jìn)行填縫處理。填縫劑一般使用橡膠改性瀝青。目前也有很多廠家生產(chǎn)高粘結(jié)性、高彈性的高分子復(fù)合有機(jī)改性瀝青填縫材料，施工時(shí)應(yīng)注意根據(jù)填縫劑的不同性能適當(dāng)調(diào)整施工方法和工藝。一般情況下填料冷卻后會(huì)收縮，有可能形成剝落，再出現(xiàn)裂縫；因此最好分兩次進(jìn)行填縫作業(yè)，并注意做好封邊，防止材料的收縮剝落。填縫完成后，在填料未冷卻時(shí)撒沙進(jìn)行保護(hù)。如果裂縫是下承層出現(xiàn)問(wèn)題而引起的反射裂縫，則要根據(jù)下承層的破壞情況確定養(yǎng)護(hù)作業(yè)的順序，最好先修復(fù)下承層的破損。endprint

2.2 網(wǎng)裂

大量細(xì)小網(wǎng)裂的出現(xiàn)有可能是溫度應(yīng)力造成的，即承載層和面層溫度膨脹系數(shù)的差異使上下層之間溫度應(yīng)力不同，集中造成大面積網(wǎng)裂。此時(shí)應(yīng)盡早對(duì)橋面做微表處理，利用聚合物改性乳化瀝青及一定級(jí)配的集料（中粒式或粗粒式）制成流動(dòng)狀瀝青混合料，然后用專(zhuān)用攤鋪設(shè)備（如稀漿封層攤鋪機(jī)）在整體路面攤鋪5～10 mm厚的表面封層，以防止雨雪水下滲造成進(jìn)一步的破壞。同時(shí)，封層也形成了一個(gè)新的磨耗層，提高了橋梁路面附著系數(shù)，增加了防滑性。

2.3 車(chē)轍

對(duì)于輕微的車(chē)轍，在穩(wěn)定期內(nèi)最好用微表處理的方法將其填平，這樣就減少了車(chē)輪沿同一軌跡運(yùn)行的概率，減緩了車(chē)轍形成的速度。如果車(chē)轍形成較深，且是在較短時(shí)間內(nèi)形成的，除了超載車(chē)輛等外部因素，也有可能是橋面鋪裝層瀝青混合料的質(zhì)量存在問(wèn)題，或?yàn)r青混合料級(jí)配存在問(wèn)題（如油石比過(guò)大），使其穩(wěn)定性不夠。此外，瀝青混合料攪拌設(shè)備的稱(chēng)量系統(tǒng)有問(wèn)題，以及攤鋪過(guò)程中瀝青混合料出現(xiàn)離析或壓實(shí)度不足都會(huì)造成瀝青面層強(qiáng)度不足、穩(wěn)定性差。車(chē)轍的早期形成與瀝青混凝土鋪裝層的厚度也有關(guān)系，柔性層越厚，變形量越大，當(dāng)應(yīng)變量超出材料的彈性變形區(qū)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生永久變形，形成車(chē)轍。反之，如果瀝青鋪層太薄，沒(méi)有足夠的強(qiáng)度也容易產(chǎn)生早期病害。因此，針對(duì)短時(shí)間內(nèi)形成較深車(chē)轍這種情況，需要認(rèn)真調(diào)研分析具體情況，找出引起病害的真正原因，制定正確的養(yǎng)護(hù)維修方案，以排除產(chǎn)生病害的隱患。如果瀝青鋪層的混合料級(jí)配、密實(shí)度等有問(wèn)題，最好用銑刨機(jī)去除問(wèn)題面層，重新罩面。

2.4 坑槽

關(guān)于瀝青路面坑槽修補(bǔ)，目前有熱修補(bǔ)和冷修補(bǔ)兩種方法。

（1） 冷修補(bǔ)法即在開(kāi)槽時(shí)無(wú)需對(duì)原路面進(jìn)行加熱。無(wú)論圓坑、不規(guī)則形狀的坑都要遵從“方補(bǔ)”的原則，由技術(shù)人員根據(jù)路面破損狀況及破損處周邊正常路面的穩(wěn)定情況，確定出待修補(bǔ)坑槽要開(kāi)挖方槽的位置及大小，再由施工人員用切割機(jī)沿畫(huà)線切出方槽。在切割時(shí)走線要直，錯(cuò)線后也不要反復(fù)，這樣可以減小對(duì)穩(wěn)定路面的擾動(dòng)，保證路面修復(fù)后的使用壽命。切割完成后，用鏟鎬鏟挖出方槽，此時(shí)要注意盡量避免鏟鎬對(duì)槽邊的擾動(dòng)，防止刨松坑槽邊緣，影響修補(bǔ)質(zhì)量。絕對(duì)不能不切割，直接用鎬鏟做出方槽。按要求的深度鏟挖完成后，對(duì)方槽內(nèi)的廢渣進(jìn)行清理，特別是要認(rèn)真吹清灰塵。吹清完成后灑滲層油，填料、耙平、壓實(shí)，用振動(dòng)碾先靜壓2遍，先壓接縫處，再向中心擴(kuò)展，然后再振動(dòng)壓3～4遍，達(dá)到平整密實(shí)即可。

修補(bǔ)用的瀝青混合料最好在正規(guī)攪拌站取料，這樣能保證混合料骨料的級(jí)配質(zhì)量。也有人使用多功能養(yǎng)護(hù)車(chē)現(xiàn)場(chǎng)拌和瀝青料，這種現(xiàn)場(chǎng)拌和更要注意控制好級(jí)配（尤其是油石比）?，F(xiàn)場(chǎng)拌和通常用滾筒跌落式拌和，拌和時(shí)，要注意溫度控制，防止瀝青超溫老化。更好的一種方法是提前將瀝青混合料制成預(yù)制塊，使用時(shí)根據(jù)用量在瀝青綜合養(yǎng)護(hù)車(chē)的混合料保溫箱保溫6～10 h，重新攪拌后即可修補(bǔ)使用。但這種方法也存在缺陷，如果一天的修補(bǔ)量比較大，需加熱的料比較多，加熱起來(lái)會(huì)不容易，因此帶保溫料倉(cāng)的多功能養(yǎng)護(hù)車(chē)不適宜修補(bǔ)量比較大的工況。微波加熱瀝青的多功能養(yǎng)護(hù)車(chē)是一種比較先進(jìn)的養(yǎng)護(hù)設(shè)備，彌補(bǔ)了保溫料倉(cāng)加熱混合料預(yù)制塊量小的不足，微波具有一定的穿透能力，使混合料預(yù)制塊內(nèi)部能夠得到加熱，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)加熱的生產(chǎn)需要，從使用效果和性能上優(yōu)于恒溫瀝青保溫箱。但微波主要針對(duì)石料產(chǎn)生加熱作用，隨著石料的不同，其結(jié)構(gòu)中水分子含量也不同，對(duì)微波加熱效率影響很大，另外微波加熱是否對(duì)瀝青使用性能有影響，還需進(jìn)一步試驗(yàn)。目前，就滬陜高速商洛段、福銀高速山陽(yáng)段的情況來(lái)看微波加熱修補(bǔ)坑槽的效果還是比較理想的。

冷修補(bǔ)中還有一種是用冷拌瀝青混合料進(jìn)行修補(bǔ)，冷拌瀝青混合料常使用煤油瀝青、沙石拌和而成，可隨用隨取，填補(bǔ)后碾壓成型即可開(kāi)放交通。采用冷補(bǔ)材料在施工方面限制因素少，但材料的穩(wěn)定性、耐受載荷的能力和使用周期都有限，因此，冷補(bǔ)材料常被用于應(yīng)急修補(bǔ)。目前也有進(jìn)口的使用改性瀝青材料制成的袋裝冷拌修補(bǔ)材料，但因價(jià)格較高，應(yīng)用不廣。

（2） 熱修補(bǔ)法是指在修補(bǔ)瀝青路面坑槽時(shí)，先用一定尺寸的紅外輻射板（如修路王）加熱破損處及周邊深度3～5 cm的瀝青路面，待加熱到加熱區(qū)域內(nèi)瀝青路面軟化后，移除破損處的舊瀝青料，噴灑粘接油后，填入隨車(chē)攜帶的新料，按一定松鋪系數(shù)攤鋪一定厚度，再刮平、壓實(shí)完成修補(bǔ)作業(yè)，冷卻后即可開(kāi)放交通。修路王的熱輻射板是通過(guò)燃燒石油液化氣產(chǎn)生紅外熱能，能量轉(zhuǎn)化效率較高，紅外輻射板的面積通常為45 m2，可以根據(jù)修補(bǔ)方槽的大小調(diào)節(jié)熱輻射面積，比較節(jié)能。修路王也可以進(jìn)行就地?zé)嵩偕?，不廢棄舊料，添加一定量的新料、瀝青、瀝青氧化還原劑，現(xiàn)場(chǎng)拌和、攤鋪達(dá)一定厚度，刮平壓實(shí)即完成修補(bǔ)作業(yè)。存在的問(wèn)題是紅外輻射加熱路面表層為輻射傳熱，但下層還是靠熱傳導(dǎo)傳熱，由于瀝青混合料的導(dǎo)熱性能差，可能出現(xiàn)表層瀝青已超溫老化、下層還沒(méi)軟化的現(xiàn)象。所以選用就地?zé)嵩偕€是要慎重考慮，盡可能用試驗(yàn)的方法確定新料的加入量、瀝青及瀝青還原劑的用量。

熱修補(bǔ)的好處是在加熱軟化原破損瀝青面層后加入新料修補(bǔ)，新舊料結(jié)合屬于熱接縫，結(jié)合得比較好，容易形成一個(gè)整體，優(yōu)于冷修補(bǔ)的接縫質(zhì)量。

值得一提的是，橋面瀝青層破損的誘因和表象與路面破損存在差異，因此要具體問(wèn)題具體分析。修補(bǔ)橋面瀝青層時(shí)，在打開(kāi)破損面層后，首先要確定下承層鋼筋網(wǎng)水泥板的情況，如果完好無(wú)損，可直接修補(bǔ)破損處，如果水泥板出現(xiàn)了裂縫和破損，一定要先修復(fù)下承層。有時(shí)因下承層水泥板出現(xiàn)破損、裂縫導(dǎo)致從伸縮縫等處下滲的水沿著裂縫流到低洼處聚積，引起上面層破損，橋面瀝青層破損處打開(kāi)后常見(jiàn)的積水現(xiàn)象就是這樣形成的。遇到這種情況，一定要先處理好下承層的問(wèn)題，吹干積水，把水泥破損處的積塵、泥土清理干凈，并將水泥板破損斷面用鋼絲刷清理干凈。出現(xiàn)氧化物等不易清理物質(zhì)時(shí)，可用丙酮或二甲苯擦洗結(jié)合面，如果出現(xiàn)漏筋現(xiàn)象，還要將鋼筋上的銹跡除凈。用一定配比的環(huán)氧砂漿修補(bǔ)封堵水泥板上的破損和裂縫，特別是漏筋處，一次封堵不行可分多次封堵，分次修補(bǔ)一定要待上一次修補(bǔ)的環(huán)氧樹(shù)脂完全凝固強(qiáng)化后再進(jìn)行第二次修補(bǔ)，直至將裂縫破損完全修好。封住雨雪水下滲的點(diǎn)及通道，才能保證路面修補(bǔ)的質(zhì)量和壽命，否則僅修復(fù)瀝青面層，下層不處理，在下滲水的侵蝕下瀝青層還會(huì)很快破損，并且造成下承層鋼筋水泥板破損愈加嚴(yán)重。所以在處理橋頭、伸縮縫處的瀝青面層破損時(shí)，一定要注意下承層的問(wèn)題。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)橋面瀝青鋪層病害，一定要認(rèn)真調(diào)研引起病害的原因，如果是施工質(zhì)量控制不到位造成早期病害的發(fā)生，要制定一個(gè)合理的整體養(yǎng)護(hù)維修方案，必要時(shí)不排除對(duì)破損路面提前進(jìn)行大中修，銑刨老路面重新罩面，這樣才能保證橋面鋪裝層的整體性及正常運(yùn)行，保證下承層結(jié)構(gòu)的完好。如果是局部因素造成的病害，要找到病害產(chǎn)生的原因，制定一個(gè)合理的養(yǎng)護(hù)維修工序及方案，維修中如果發(fā)現(xiàn)下承層鋼筋水泥板破損，一定要先處理好下承層的問(wèn)題，再修補(bǔ)上面層病害。參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：譚忠華]endprint