寒區(qū)公路長大下坡橋面瀝青混凝土病害及處治對策

張海軍

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017)

1 工程概況

阿岱至李家峽公路位于青海省東南部的海東地區(qū)化隆回族自治縣及黃南藏族自治州尖扎縣境內(nèi)，起點(diǎn)接平阿高速公路終點(diǎn)K39+000處，終點(diǎn)位于李家峽鎮(zhèn)K69+035，工程建設(shè)時分為A合同段和B合同段，其中A合同段和B合同段的高速公路長度分別為11.591 km和4.869 km，B合同段還包含10.435 km的二級公路和3.140 km的立交互通段。由于該路段交通量較大，尤其阿岱至牙什尕段高速公路下行方向(右幅)尤為明顯，貨車比例較高，且重車超載現(xiàn)象較為普遍，導(dǎo)致阿岱至牙什尕段高速公路長大下坡方向的多個橋梁瀝青混凝土路面產(chǎn)生推移、壅包及車轍等病害，橋梁通行能力受到限制，而且對車輛的安全行駛造成嚴(yán)重威脅，有必要對橋梁鋪裝層瀝青混凝土路面的病害原因進(jìn)行深入調(diào)查，分析橋面鋪裝病害的產(chǎn)生原因，從而制定有針對性的病害處治方案。

2 橋面瀝青混凝土病害及原因

2.1 橋面瀝青混凝土的病害情況

根據(jù)橋面現(xiàn)場調(diào)查情況可知，阿岱至牙什尕段高速公路路面病害主要以橋面推移壅包、唧漿為主(見圖1～2)，部分橋面出現(xiàn)輕度車轍。

圖1 橋面瀝青混凝土路面壅包

圖2 橋面瀝青混凝土路面唧漿

從路面病害的分布及發(fā)展來看，橋面瀝青混凝土鋪裝層發(fā)生較為嚴(yán)重的推移、壅包現(xiàn)象、致使橋面標(biāo)線已經(jīng)變形，主要集中在阿岱至牙什尕段高速公路下行(右幅)方向行車道；唧漿病害主要發(fā)生在橋面行車道處，尤其阿岱至牙什尕段高速公路上行方向(左幅)較下行方向(右幅)唧漿病害表現(xiàn)突出；部分橋面的行車道處出現(xiàn)輕度車轍，車轍深度集中在10～15 mm。

2.2 橋面推移、壅包病害原因

全線橋面推移、壅包病害相對比較集中，主要分布在下行方向(阿岱至牙什尕段右幅)橋面行車道處，包括浪龍河大橋0.488 km、黑城河特大橋1.418 km，爬爾溝大橋0.332 km、完干灘3號大橋0.278 km，共2.516 km。

從現(xiàn)場推移、壅包界面及病害處取芯可以看出，瀝青層與橋面板粘結(jié)較差，橋面板比較光滑，說明瀝青層與橋面板鋪裝層已失去粘結(jié)，防水粘結(jié)層未起到有效的粘結(jié)作用。從現(xiàn)場考察可以看出，下行方向(阿岱至牙什尕段右幅)多處于長大下坡，在重車的作用下，層間的剪應(yīng)力增大，進(jìn)而導(dǎo)致界面推移。從現(xiàn)場推移、壅包界面及病害處取芯可以看出，瀝青上下面層之間粘結(jié)較差。橋面出現(xiàn)推移壅包病害多集中在長大縱坡且彎道處，從路面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的角度考慮，車輛行駛在此類路段時，習(xí)慣性采取剎車措施以降低行駛速度，對路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生水平向剪切力；此外，超載重車在彎道處行駛還將對路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生橫向離心剪切力，兩種剪切力的綜合作用將對橋面鋪裝層產(chǎn)生較大的剪切破壞力，尤其在橋面與瀝青鋪裝層的界面處理不佳的情況下，很容易出現(xiàn)橋面推移壅包等病害[1]。因此，總體來看，引起橋面推移壅包病害的主要原因有橋面板粗糙度處理不夠、長大下坡較多、瀝青面層間粘結(jié)效果不佳和重車彎道行車等。

2.3 唧漿病害原因

唧漿病害相對比較集中，主要分布在橋面的行車道處，其中下行方向(阿岱至牙什尕段右幅)路段共2.559 km，上行方向(阿岱至牙什尕左幅)路段共2.832 km，且上行方向唧漿病害較下行方向嚴(yán)重，具體病害見表1。

表1 橋面唧漿里程統(tǒng)計表

由表1可知，唧漿主要發(fā)生在A合同段的橋面行車道處，對唧漿路段進(jìn)行了鉆芯取芯和室內(nèi)試驗(yàn)，進(jìn)一步結(jié)合施工時氣候特點(diǎn)以及原路面施工情況進(jìn)行病害原因分析。A合同段瀝青混合料中選用的粗集料為花崗巖，與瀝青膠結(jié)料的黏附性較差，盡管A合同段添加抗剝落劑后瀝青混凝土抗水損害能力僅勉強(qiáng)滿足規(guī)范要求的最低值，但從后期瀝青路面反映出來的唧漿現(xiàn)象來看，A合同段瀝青混凝土長期水穩(wěn)定性存在隱患。阿岱至李家峽高速公路瀝青路面鋪筑于2012年底，正處于冬季施工，施工期間環(huán)境溫度低于規(guī)范要求的最低施工溫度，瀝青混合料成型過程中，降溫速率快，攤鋪后的瀝青混合料難以壓實(shí)，導(dǎo)致瀝青混凝土空隙率較大，路表水滲入路面后無法及時排除，出現(xiàn)冬天凍脹、夏天唧漿和坑槽現(xiàn)象[2]。冬季路面施工時措施不到位，瀝青混合料運(yùn)輸距離過遠(yuǎn)，保溫措施不到位。橋面、路基路拱施工欠佳，降水后無法及時排出，過往車輛行駛過程中產(chǎn)生的動水壓力反復(fù)作用于路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部，導(dǎo)致面層出現(xiàn)唧漿現(xiàn)象，若唧漿未能及時處理，后期將形成坑槽等病害。因此，總體來看，引起橋面行車道唧漿的主要原因是集料黏附性較差、壓實(shí)度不足、排水不暢。

2.4 車轍病害原因

橋面車轍病害深度在10～15 mm，下行方向橋面車轍病害路段長度共2.74 km，上行方向橋面車轍病害路段長度共2.456 km，下行方向比上行方向車轍病害略微嚴(yán)重。為分析橋面車轍病害產(chǎn)生的原因，從橋面車轍處鉆取芯樣，對芯樣進(jìn)行抽提試驗(yàn)、穩(wěn)定度試驗(yàn)測試。

全線車轍主要發(fā)生在行車道，位于瀝青的上面層，基本屬于壓密型車轍。阿岱至牙什尕段高速公路瀝青路面鋪筑于2012年底，正處于冬季施工，施工期間環(huán)境溫度低于規(guī)范要求的最低施工溫度，瀝青混合料成型過程中，降溫速率快，攤鋪后的瀝青混合料難以壓實(shí)，導(dǎo)致瀝青混凝土空隙率較大，壓實(shí)度不足，在行車荷載作用下容易生產(chǎn)壓密型車轍。從芯樣壓實(shí)度的試驗(yàn)結(jié)果來看，不合格率較多，且離散性較大；從混合料抽提結(jié)果看，上面層和下面層瀝青混合料級配偏粗，尤其下面層瀝青混合料級配均超出《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTG F40—2004)》中控制要求；從芯樣穩(wěn)定度和流值試驗(yàn)來看，上面層和下面層瀝青混合料穩(wěn)定度和流值合格率較低，穩(wěn)定度普遍較低、流值普遍較高，且離散性較大；以上檢測結(jié)果側(cè)面反映了上面層和下面層瀝青混合料的施工均勻性較差，導(dǎo)致部分段落級配不良、抗高溫穩(wěn)定性較差，很容易形成壓密型車轍[3]。從現(xiàn)場交通量觀測分析可知，全線交通量較大，尤其阿岱至牙什尕段高速公路下行方向(右幅)尤為明顯，且車轍調(diào)查數(shù)據(jù)是基于修補(bǔ)后的路面，貨車比例較高，還存在一定程度的超載現(xiàn)象，對路面整體結(jié)構(gòu)承載力帶來較大挑戰(zhàn)。因此，總體來看，引起橋面行車道車轍病害的主要原因是橋面瀝青混合料冬季施工、橋面瀝青混合料施工均勻性較差、車輛超重等。

3 橋面病害處治對策

3.1 橋面推移壅包處治對策

阿岱至牙什尕段高速公路橋面鋪裝產(chǎn)生較為嚴(yán)重推移壅包最主要的原因是橋面鋪裝瀝青混凝土與橋面板的粘結(jié)不好和路線多處于長大下坡。因此，橋面推移壅包處治對策主要從橋面防水粘結(jié)層和鋪裝層瀝青混合料兩方面入手。

目前，較為常用的水泥混凝土橋面防水粘結(jié)層有涂膜類、熱噴瀝青碎石封層、橡膠瀝青碎石封層、水性環(huán)氧防水粘結(jié)層等[4]。FYT是典型的橋面專用防水涂料，以往高速公路橋面防水層多采用此種類型，其具有較好的溫度適應(yīng)性，材料固化成膜快，成膜韌性好，但該產(chǎn)品對水泥混凝土橋面板的潔凈度要求較高，因此，若施工過程中混凝土板面處理不當(dāng)，則會導(dǎo)致整體鋪裝層與橋面板出現(xiàn)滑移。鑒于在一些工程中出現(xiàn)FYT實(shí)施效果不良的案例，不建議采用這種防水層。熱噴瀝青碎石封層也是一種常見的橋面鋪裝防水粘結(jié)層，除了能夠起到防水作用外，而且能與水泥橋面板路面粘結(jié)良好，在上面鋪筑熱拌瀝青混合料時，碎石可以嵌入瀝青面層中與面層粘結(jié)更佳，可采用同步碎石封層進(jìn)行施工，現(xiàn)場質(zhì)量控制較為容易。橡膠瀝青碎石封層具有較強(qiáng)的抗變形能力和良好的柔韌性，能夠增加層間的粘結(jié)，減少層間滑移，降低溫度變化引起的瀝青面層內(nèi)的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變。水性環(huán)氧防水粘結(jié)層具有優(yōu)良的粘結(jié)性能、抗剪切性能、防水性能和高滲透性能，但總體上造價比較高。考慮目前橋面出現(xiàn)較多推移壅包，而且原橋面防水粘結(jié)層與水泥混凝土橋面粘結(jié)較差，并綜合考慮在青海地區(qū)的應(yīng)用程度和總體經(jīng)濟(jì)性，建議采用熱噴90號道路石油瀝青碎石封層作為橋面防水粘結(jié)層，其施工工藝較為簡單、可控，且采用與鋪裝面層相同的瀝青，減少施工復(fù)雜性。

橋面鋪裝瀝青混合料大都采用AC和SMA兩類，AC型橋面鋪裝在國內(nèi)的水泥混凝土橋面鋪裝中已經(jīng)應(yīng)用比較廣泛，根據(jù)不同地區(qū)氣候和交通量，瀝青膠結(jié)料類型選擇比較多元化，在青海地區(qū)應(yīng)用廣泛，施工技術(shù)相對成熟，成本相對較低。在國內(nèi)的水泥混凝土橋面鋪裝中，SMA瀝青混合料應(yīng)用較為廣泛，應(yīng)用效果較好。與一般瀝青路面不同，橋面鋪裝的的厚度較薄，上下面溫度相近，而且基底為完全剛性的混凝土，要求鋪裝材料應(yīng)具有良好的高溫抗變形能力和抗滑性能。SMA能夠滿足橋面鋪裝的基本要求，但SMA在青海地區(qū)應(yīng)用較少，施工技術(shù)不太成熟，而且SMA成本相對較高。阿岱至牙什尕段高速公路原橋面鋪裝層的結(jié)構(gòu)為4 cmAC-16+5 cmAC-20(瀝青均采用90號道路石油瀝青)，考慮SMA成本較高且在青海的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少，而AC型具有成熟的施工經(jīng)驗(yàn)，施工難度較低，利于質(zhì)量控制，橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)建議采用4 cmAC-13+5 cmAC-20(瀝青均采用90號道路石油瀝青)，但在配合比設(shè)計時應(yīng)加強(qiáng)其高溫性能的驗(yàn)證并適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)。與原設(shè)計AC16相比，AC13與層厚的匹配性更好，用于橋面鋪裝更容易壓實(shí)，有利于提高施工質(zhì)量。

3.2 唧漿處治對策

目前常用的唧漿病害處理措施主要有加鋪瀝青石屑上封層、噴灑乳化瀝青、加鋪面層等，加鋪瀝青石屑上封層具有施工簡便、節(jié)省投資、收效良好的優(yōu)點(diǎn)，但施工階段的交通干擾大，存在路面抗滑能力降低的隱患。噴灑乳化瀝青用于孔隙率較大、滲水嚴(yán)重且僅出現(xiàn)輕微唧漿病害的路段具有一定的效果，但瀝青乳液不易填滿孔隙，路面仍會存在滲水問題。加鋪面層是在已建成的路面上加鋪一層厚度約1.5～2.5 cm的細(xì)粒式瀝青混凝土面層，在不破壞路面的整體容貌的情況下可以起到封水的作用，主要用于唧漿嚴(yán)重、面積集中的較長路段。考慮到阿岱至牙什尕段高速公路唧漿病害主要發(fā)生在橋面行車道處，且唧漿里程較短，建議對唧漿病害處的橋面鋪裝進(jìn)行銑刨2層面層，并重新加鋪4 cmAC-13+5 cmAC-20(瀝青均采用90號道路石油瀝青)。

3.3 車轍病害處治對策

結(jié)合工程項目沿線氣候特點(diǎn)以及施工水平，提出從低標(biāo)號瀝青、改性瀝青、抗車轍劑、高模量混合料、Superpave混合料、冷拌微表處填補(bǔ)車轍等措施中進(jìn)行選擇[5]。由于阿岱至牙什尕段高速公路貨車比例較高，且存在一定程度的超載現(xiàn)象，對于交通較重的情況，建議適當(dāng)增加瀝青膠結(jié)料高溫等級?？紤]高溫性能，同時兼顧高寒地區(qū)抗裂性能，建議調(diào)整路面結(jié)構(gòu)形式，下面層瀝青由90號瀝青調(diào)整為70號瀝青，上面層瀝青仍保持90號瀝青。目前改性瀝青混合料中，SBS改性瀝青具有較好的高溫、低溫性能，是最為常用的瀝青改性劑，但工程造價相對較高。抗車轍劑是指以預(yù)防瀝青路面車轍病害為主要應(yīng)用目的的瀝青改性劑，添加抗車轍劑對混合料的抗高溫性能有較大的提升。微表處可用于填充車轍，還可以改善路面抗滑性能及不平整、進(jìn)行路表密封、處理路面瀝青老化及路面松散等，一次處理可以填充深達(dá)40 mm的路面車轍。但微表處只能用于沒有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性病害的路面，即微表處不能增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)。與AC的瀝青混合料相比，Superpave路面在抗車轍性能、路面均勻性等方面具有明顯的優(yōu)勢，而且并不增加造價?？紤]到阿岱至牙什尕段高速公路車轍主要是壓密型車轍，而且超載車輛較多，建議選擇抗高溫性能良好的材料，由于改性瀝青在加工、貯存和運(yùn)輸中的變異性和實(shí)施的難度，建議車轍病害處治可以采用低標(biāo)號瀝青混合料，調(diào)整路面結(jié)構(gòu)，上面層采用90號道路石油瀝青AC-16，下面層采用70號道路石油瀝青Superpave-20。

4 結(jié) 論

1)針對引起橋面推移壅包病害的原因，結(jié)合青海地區(qū)橋面鋪裝施工技術(shù)水平，建議采用與層厚的匹配性更好的AC13面層，而且更容易壓實(shí)，有利于提高施工質(zhì)量，銑刨后的橋面采用4 cmAC-13+5 cmAC-20的鋪裝層。

2)阿岱至牙什尕段高速公路唧漿病害主要發(fā)生在橋面行車道處，且唧漿里程較短，建議對唧漿病害處的橋面鋪裝進(jìn)行銑刨2層面層，并重新加鋪4 cmAC-13+5 cmAC-20瀝青混合料面層。

3)阿岱至牙什尕段高速公路車轍主要是壓密型車轍，超載車輛較多，建議車轍病害處治可以采用低標(biāo)號瀝青混合料，調(diào)整路面結(jié)構(gòu)，上面層采用90號道路石油瀝青AC-16，下面層采用70號道路石油瀝青Superpave-20。

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