四川成雅高架橋Thus-12 極薄磨耗層罩面后的表面功能淺析

王志剛

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司， 四川 成都 610041）

1 工程概況

本項目位于 G5 京昆高速公路成雅段，建成于 1999 年 10 月，橋齡已逾 17年。主線橋梁由左、右兩幅并列組成，橋?qū)?24.6m-34.5m 之間。該橋梁上部結(jié)構(gòu)采用寬翼緣連續(xù)箱梁，支座采用柱頂普通球冠圓板式支座。下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋臺、圓柱墩，支點處蓋梁均為部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)為鋼筋混凝土樁。橋面鋪裝采用 8cm 厚 30#鋼纖維防水混凝土，伸縮縫采用型鋼伸縮縫，橋面外側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土防撞護欄，橋面中央分隔帶處設(shè)置波形梁護欄。匝道橋單幅布置，同樣建成于 1999 年 10 月，其結(jié)構(gòu)形式均與主線橋一致，橋面寬為 8m。

由于本橋采用水泥混凝土鋪裝，且經(jīng)過20 年的使用，其平整度較差、行車噪音大、抗滑性能下降，本次改造的目的是為了提高該橋的行車舒適性，并減輕對沿線居民的交通噪音影響；提高行車安全性，特別是降雨過程中的抗滑性能提升。

通過經(jīng)濟技術(shù)綜合分析，在確保橋梁結(jié)構(gòu)安全性的前提下，為盡可能提高行車舒適性、降低行車噪音、提升抗滑性能，橋面病害處治合格后進行1.2cm 厚Thus-12 極薄瀝青磨耗層罩面。改造范圍為主線橋梁段，包含加寬部位，樁號實測范圍為 K1+300～K6+000。

2 Thus-12 極薄磨耗層混合料設(shè)計數(shù)據(jù)簡介

Thus-12 極薄磨耗層瀝青混合料設(shè)計采用體積設(shè)計與油膜厚度控制結(jié)合的方法，增加6.3mm 篩孔控制增加級配坎擠穩(wěn)定性。

3 施工工藝

3.1 瀝青混合料拌和

瀝青混合料拌和時，嚴格按確定的生產(chǎn)配合比由電腦自動控制上料。拌和時注意控制好混合料的溫度及均勻性，并派專人負責(zé)檢測，若發(fā)現(xiàn)出廠混合料溫度高于195℃或出現(xiàn)花白料或結(jié)團成塊或嚴重的粗細料分離現(xiàn)象時，則混合料應(yīng)予廢棄不得使用，同時要馬上查找原因及時調(diào)整。

3.2 瀝青混合料運輸

運輸車采用自卸車。自卸車數(shù)量應(yīng)保證連續(xù)施工。自卸車裝料前，應(yīng)徹底清掃車廂，并涂防粘劑，但不得過量。車廂必須進行保溫和防雨遮蓋；

自卸車裝料時應(yīng)前后移動，至少分3 堆裝料，以減少粗細集料的分離。自卸車運抵攤鋪現(xiàn)場時，在攤鋪機前30～50cm 處停住，不得撞擊攤鋪機，卸料過程中自卸車應(yīng)掛空檔，靠攤鋪機推動前進；

采用插入式溫度計逐車檢測混合料出場及到場溫度，到場攤鋪溫度不低于165℃。已離析或混合料溫度低于規(guī)定鋪筑溫度或遭受雨淋的混合料，均予以廢棄；

卸料過程中繼續(xù)覆蓋，直到卸料結(jié)束取走篷布，以保溫或避免污染環(huán)境。

3.3 同步攤鋪

極薄磨耗層必須采用同步攤鋪機進行攤鋪，即防水粘結(jié)層的噴灑和混合料攤鋪同步進行。

3.3.1 改性乳化瀝青噴灑

根據(jù)混合料體積指標確定乳化瀝青噴灑量為0.85-0.95kg/㎡，可根據(jù)現(xiàn)場路面的紋理深度做適當小幅調(diào)整，噴灑寬度必須大于混合料攤鋪寬度3-5cm；

乳化瀝青加熱溫度為70-80℃，導(dǎo)熱油溫度不得超過150℃，加熱過程中必須進行攪拌或循環(huán)，以避免局部溫度過高導(dǎo)致可能的乳化瀝青破乳；

乳化瀝青噴灑必須有人對5 個噴灑單元進行監(jiān)控，發(fā)生噴嘴堵塞時馬上停機處理。

3.3.2 混合料攤鋪

攤鋪機作業(yè)采用同步攤鋪機施工，攤鋪速度控制在10-15m/min 左右?；旌狭蠑備仠囟瓤刂圃?60～170℃之間，在氣溫低于10℃時，不得進行極薄磨耗層攤鋪施工；

在開始攤鋪前，攤鋪機熨平板必須預(yù)熱至不低于100℃，受料斗和螺旋送料器必須涂防粘劑。攤鋪過程中若出現(xiàn)邊角缺料等缺陷時，及時換填或補料。除機械不能到達的死角外，不得采用人工攤鋪；

混合料運輸車向攤鋪機受料斗卸料時，禁止混合料灑落路面。如果發(fā)生混合料灑落，必須立即停止攤鋪，將灑落路面的混合料全部清理干凈后再進行攤鋪；

第一幅攤鋪的縱向接縫搭接面，必須人工推成立面，便于縱向接縫的緊密平順。

3.4 接縫處理

極薄磨耗層施工縫主要是縱向接縫，采用垂直的平接縫，為冷接縫?？v向接縫的處理須做到緊密粘結(jié)，充分壓實，連接平順，接縫處攤鋪施工時用3m 直尺檢查平整度，不符合要求時及時進行處理；

橫向接縫進行碾壓時先用鋼輪壓路機進行橫向碾壓，再改為45℃斜向碾壓。

3.5 碾壓

極薄磨耗層瀝青混合料為骨架空隙結(jié)構(gòu)，且厚度僅為1.2-1.6cm，經(jīng)攤鋪機攤鋪后，混合料已滿足壓實度要求，壓實的是為了實現(xiàn)集料的坎擠穩(wěn)定：

采用雙鋼輪壓路機靜壓2-4 遍即可完成碾壓；

碾壓速度不得超過6km/h，碾壓施工需在路面溫度降至120℃之前完成；

為防止壓路機碾壓中混合料粘輪，碾壓前必須對鋼輪進行必要的清潔，包括鋼輪的銹跡，清潔后涂抹植物油，以及碾壓過程中適當灑水保持鋼輪濕潤；

在攤鋪機連續(xù)攤鋪的過程中，壓路機不得隨意停頓。在當天施工結(jié)束后，不得將壓路機或其他車輛停放在已經(jīng)施工完的磨耗層上。當壓路機加水等需要短時間停放時，應(yīng)將壓路機停放在終壓完成的路段上。

3.6 開放交通及其他

攤鋪層經(jīng)自然冷卻，表面溫度低于50℃后30min 后方可開放交通。

4 表面功能檢測與對比分析

2019 年9 月10 日至2019 年11 月19 日，分別進行了噪音、抗滑性能、層間防水和層內(nèi)排水對比檢測。

4.1 噪音檢測與分析

行車噪音來自于4 個方面：輪胎噪音、發(fā)動機噪音、底盤噪音和風(fēng)阻噪音。輪胎噪音與路面相關(guān)性極大，所以，如何降低輪胎噪音一直是路面工程的一個重要課題。輪胎噪音來源于2 個因素：輪胎與路面的摩擦；輪胎與路面之間的高壓氣膜釋放時產(chǎn)生的爆破導(dǎo)致空氣高頻振蕩。當車速低速（＜ 60km/h）行駛時，摩擦產(chǎn)生的噪音為主要來源；當車輛高速行駛時，輪胎與路面之間的高壓氣膜釋放產(chǎn)生的噪音為主要來源。成雅高速公路高架橋的車輛行駛速度集中在60-80km/h，輪胎噪音主要來源于高壓氣膜釋放產(chǎn)生的噪音。

目前，道路工程范疇的行車噪音防治分為被動防治和主動降噪2 種方法。被動防治采用道路沿線兩側(cè)設(shè)置隔音屏，主動降噪是通過路面表面層（磨耗層）類型選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計降低輪胎噪音。針對成雅高速高架橋，一直采用隔音屏降低行車噪音對周邊居民的影響，但隔音屏通過聲波折射改變聲波向上傳導(dǎo)，對周邊大廈內(nèi)低層居民的噪音影響得到了緩解，但對高層（10 層以上）居民的影響反而增大。

Thus-12 極薄磨耗層混合料的設(shè)計空隙率為17%,攤鋪后取芯進行室內(nèi)測試，去除底部防水粘結(jié)層的影響，其防水粘結(jié)層（4mm 左右）之上的極薄層（9mm 左右）實際空隙率大于20%；同時，混合料的公稱粒徑為6.3mm，碾壓后的路面厚度為10-16mm，骨料的重疊為1.5-2.5 個，造成表面空隙的聯(lián)通率占比極大（理論估算大于80%），輪胎在路面上高速向前滾動的過程中，被輪胎壓縮的空氣通過路面的聯(lián)通表面空隙釋放掉，氣膜形成的幾率和壓力會大幅下降，導(dǎo)致形成的噪音變小。

4.2 抗滑性能

Thus-12 極薄磨耗層罩面前后，分別進行了摩擦系數(shù)、紋理深度和緊急制動距離檢測。其中，摩擦系數(shù)和紋理深度是評價路面抗滑性能的間接表征方法，為了使評價更具代表性和直觀性，以及成都多雨的氣候特點，增加了干燥路面與積水路面的緊急制動距離測試。

4.3 層間防水與層內(nèi)排水

具有現(xiàn)代意義的超薄磨耗層起源1986 年的法國，后被美國于1992 年引進并注冊商標的NovaChip，其革命性的創(chuàng)新在于通過特殊的乳化瀝青配合同步攤鋪工藝（乳化瀝青的噴灑和瀝青混合料的攤鋪在一臺設(shè)備上同步實施）解決了超薄磨耗層粘結(jié)防水問題。該技術(shù)于2002 年引入中國，經(jīng)多年的應(yīng)用，其性能表現(xiàn)的到廣泛的認可。同時，由于我國氣候、交通狀況和排水設(shè)計與法國和美國的不同，空隙衰減過快及防水效果的不足也逐漸體現(xiàn)。

為了確保層間粘結(jié)防水，Thus-12 極薄磨耗層防水粘結(jié)層使用專用改性乳化瀝青，同樣采用同步攤鋪工藝，確保乳化瀝青中的水分瞬間汽化，導(dǎo)致乳化瀝青部分泡沫化，膨脹上升最終形成一層含密閉微孔的防水粘結(jié)層。

4.4 、試驗結(jié)果

因為原路面經(jīng)銑刨拉毛處理后粗糙度比較大，Thus-12 極薄磨耗層設(shè)計乳化瀝青用量為0.85-0.95kg/㎡，實際用量平均為1.13kg/㎡。為了對比明顯，在160℃條件下分別測試了0.8kg/㎡、1.1kg/㎡和1.4kg/㎡三個乳化瀝青用量下的上升高度。

Thus-12 極薄磨耗層攤鋪溫度要求大于160℃，該項目實際攤鋪溫度為155°-180°之間，基于此，在1.1kg/㎡乳化瀝青用量下分別測試了140℃、160℃和180℃三個溫度下的上升高度。

試驗結(jié)果顯示，相同測試溫度下，隨著乳化瀝青用量的增加，實際粘附高度會大幅增加。表明隨著乳化瀝青用量的增加其防水向能也會大幅增加，但會導(dǎo)致極薄磨耗層有效空隙的降低，影響其它表面功能；另外，隨著用量的繼續(xù)增加，乳化瀝青會上升至極薄磨耗層的表面最終導(dǎo)致泛油。相同乳化瀝青用量下，隨著測試溫度的增加，實際粘附高度會增加，但增幅不大。表明攤鋪溫度對防水粘接層厚度的影響不大，遠遠小于乳化瀝青用量的影響。

試驗結(jié)果也表明防水粘結(jié)層內(nèi)部含有與膨脹率相等的密閉空隙，這也是造成實際粘附高度大于理論粘附高度的原因。這種含有密閉微孔的更厚的防水粘結(jié)層出了具有更好的粘結(jié)力同時，其防水性能也更好。

為了模擬Thus-12 極薄磨耗層現(xiàn)場空隙率，試驗采用的測試棒為圓柱體，且為了更準確的評估乳化瀝青的膨脹率，其測試端的底面為平面，測試時底面與托盤完全接觸，測試棒的各部分的空隙率是一致的；而現(xiàn)場石料的形狀為多面體，石料與底面是局部接觸，導(dǎo)致極薄層底部的空隙率大于中間部分，所以，試驗得出的實際粘附高度會比現(xiàn)場的防水粘結(jié)層厚度要大一些。

5 小結(jié)

通過項目實施過程中對噪音、抗滑性能、層間防水和排水的試驗檢測與對比分析，Thus-12 極薄磨耗層具有良好的降噪效果，可大幅減輕對沿線居民的交通噪音影響；具有良好的抗滑性能，特別是針對成都多雨的氣候特點，雨天積水路面的抗滑性能表現(xiàn)更為優(yōu)越，可極大的提高行車安全性；專用乳化瀝青配合同步攤鋪工藝，會獲得更厚的防水粘結(jié)層，其防水性能更高；1.2-1.6cm 的極薄特性，導(dǎo)致其層內(nèi)排水能力不足以與4cm 排水路面相比，達不到排水路面的要求。

上述檢測數(shù)據(jù)和17 個月的應(yīng)用跟蹤表明，本次項目改造達到了項目的設(shè)計目的。同時，在降低高架橋（路）的靜恒載，避免振動碾壓對橋梁支架的破壞，以及優(yōu)良的表面功能都表明，Thus-12 極薄磨耗層適用于高速公路高架橋（路）的鋪裝層改造和加鋪，也適用于四川地區(qū)多雨的氣候特點。