超薄瀝青磨耗層在橋梁養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

陶 剛

（安徽開源路橋有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

在橋梁養(yǎng)護(hù)中，利用常規(guī)瀝青混合料加鋪層在使用過程中會(huì)受到自重過大的影響，而先銑刨再加鋪技術(shù)雖然可以提高路面的摩擦力，能夠解決淺層表面病害，但是會(huì)產(chǎn)生大量廢料，成本相對(duì)也高。如果在橋梁結(jié)構(gòu)中采用常規(guī)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，其使用壽命通常不超過4年[1-2]。同時(shí)，由于當(dāng)前重載荷交通量呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，橋面瀝青層老化程度日益增長，并且立交橋橋頭縱坡較大、存在彎道，重型貨車下坡時(shí)受彎道、交叉口的影響，須進(jìn)行剎車并減速，荷載作用時(shí)間長，瀝青面層內(nèi)部剪應(yīng)力增大，剪應(yīng)力作用深度大，剪切變形大，橋面結(jié)構(gòu)更易產(chǎn)生車轍，耐久性降低，因此導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)了多種嚴(yán)重的病害問題，例如坑槽、車轍以及不均勻沉降等[3]。這些問題降低了橋梁的使用性能，并使路面抗滑穩(wěn)定性、摩擦系數(shù)向不利的方向發(fā)展，不能保障車輛行駛的安全。如果針對(duì)這些橋梁采用更合理、有效的養(yǎng)護(hù)方法，不僅可以提高橋梁的安全性，同時(shí)能夠在更短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)橋梁的路用性能，延長橋面使用壽命。基于此，該文對(duì)超薄瀝青磨耗層在橋梁養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 工程概況

S245利辛段起點(diǎn)為渦陽縣與利辛交界處，起點(diǎn)樁號(hào)K51+000，沿老路經(jīng)江集鎮(zhèn)、劉家集鄉(xiāng)至利辛縣城，沿利辛縣外環(huán)布線，向南經(jīng)茨淮新河大橋進(jìn)入闞疃鎮(zhèn)后，向西南側(cè)布線經(jīng)板集、展溝鎮(zhèn)，終點(diǎn)位于S245利辛與潁上縣交界處，終點(diǎn)樁號(hào)K90+050，路線全長約39.0km。該項(xiàng)目為橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程[4]，涉及橋梁兩座，江集公跨鐵立交橋，橋梁中心樁號(hào)K58+877，跨越青阜鐵路，橋梁全長582.0m，為單幅橋，跨徑組合為（7×25+30+7×25）m。橋面全寬13m，凈寬12m，橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，橋梁養(yǎng)護(hù)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，于2010年建成通車，橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，每跨布置12片梁。西淝河大橋，橋梁中心樁號(hào)K98+298，跨越西淝河，橋梁全長90.0m，為單幅橋，跨徑組合為7m×12m。橋面全寬13m，凈寬12m，橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅱ級(jí)，于2008年建成通車，橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，每跨布置12片梁。由于該項(xiàng)目交通繁忙、車流量大，因此管理單位在日常巡查過程中應(yīng)檢查橋梁的使用情況，對(duì)該項(xiàng)目橋梁檢查發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，減少對(duì)橋梁正常使用壽命的影響，從而改善其使用性能。

該項(xiàng)目為單點(diǎn)工點(diǎn)工程，即對(duì)日常巡查過程中發(fā)現(xiàn)的某個(gè)問題及時(shí)養(yǎng)護(hù)維修，在接到任務(wù)后積極組織技術(shù)人員按項(xiàng)目要求對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行了詳細(xì)地調(diào)查，并征求管理單位相關(guān)部門的意見，確定本次設(shè)計(jì)范圍如下：1）更換橋梁伸縮縫。2）橋梁護(hù)欄維修設(shè)計(jì)。3）橋面鋪裝層養(yǎng)護(hù)。對(duì)橋梁存在的病害問題進(jìn)行分析并記錄，見表1。

表1 橋梁病害分析表

針對(duì)上述存在的病害問題，對(duì)其進(jìn)行橋梁養(yǎng)護(hù)施工。

2 橋梁養(yǎng)護(hù)

2.1 施工工序

施工工序如下：選擇施工原材料→設(shè)計(jì)原材料配比→病害處理→填充裂縫→分段施工。

2.2 超薄瀝青磨耗層技術(shù)概況

20世紀(jì)70年代，法國發(fā)明了超薄瀝青磨耗層技術(shù)，其是一種將乳化瀝青與瀝青混合料結(jié)合利用的工藝[5]。其主要目的是修復(fù)瀝青混凝土橋面的表層功能，增強(qiáng)橋面的摩擦力。在使用過程中將集料、瀝青、礦粉等施工材料進(jìn)行混合配比，通過同步攤鋪設(shè)備對(duì)瀝青混合料進(jìn)行攤鋪，再由壓路機(jī)靜壓，以此完成施工。超薄瀝青磨耗層技術(shù)的優(yōu)越性如下。

2.2.1 施工所需成本較低

在水泥橋面的改造施工中，每平方米可節(jié)約100元的開銷。

2.2.2 施工廢棄料少

對(duì)比先銑刨再加鋪技術(shù)易產(chǎn)生大量廢料，超薄瀝青磨耗層技術(shù)在施工時(shí)，每公里的銑刨廢料可減少約1000噸。

2.2.3 施工所需石料少

對(duì)比4cm先銑刨再加鋪技術(shù)，超薄瀝青磨耗層技術(shù)每公里可節(jié)約600噸石料，間接減少了施工費(fèi)用。

2.2.4 施工效率高

超薄瀝青磨耗層技術(shù)的施工速度可達(dá)到500 m/h，施工效率提升了70%。

2.2.5 施工設(shè)備少

超薄瀝青磨耗層技術(shù)在施工時(shí)不需添加額外的設(shè)備，只需常規(guī)的施工設(shè)備就可以完成攤鋪任務(wù)。

2.2.6 橋面耐久度高

截至2015年，超薄瀝青磨耗層技術(shù)已累計(jì)應(yīng)用于1000萬m2的路面和橋面的施工中，使用壽命為6～8年。

通過以上分析可知，超薄瀝青磨耗層技術(shù)不僅可用在新橋梁面的防滑層，預(yù)防路面的輕微病害，還可以修復(fù)舊橋面的中等病害。且超薄瀝青磨耗層技術(shù)的黏結(jié)強(qiáng)度大、耐久性能好，可應(yīng)用于多種不同路面中，解決橋面中的麻面、坑槽、車轍、擁包、裂縫等病害，在增加橋面強(qiáng)度的同時(shí)，延長橋面的使用壽命。

2.3 超薄瀝青磨耗層原材料及混合料選擇

在對(duì)上述工程項(xiàng)目中的橋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)，需要明確施工中所需的各類原材料，其中包括集料、改性乳化瀝青、纖維以及抗剝落劑等。針對(duì)該文上述工程項(xiàng)目，在對(duì)其超薄瀝青磨耗層施工時(shí)，采用符合瀝青路面面層骨料性能的碎石骨料，其強(qiáng)度、硬度、顆粒形狀、磨光性能都應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求[6]。

針對(duì)上述老舊橋梁，在對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工時(shí)，應(yīng)選擇具有良好黏附力和噴射破乳性的改性乳化瀝青密封膠。在選用改性乳化瀝青材料時(shí)，必須充分考慮施工環(huán)境溫度和濕度對(duì)石料的影響，如果施工環(huán)境溫度較高、濕度較低、選用的石料為堿性，就采用陰離子型乳化瀝青；如果溫度較低、濕度較高、選用的石料為酸性，就宜采用陽離子型乳化瀝青[7]。同時(shí)，如果需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的橋梁粗糙程度越高，則需要選擇更多的改性乳化瀝青材料。

在選擇纖維材料時(shí)，由于該工程采用噴射、無捻粗砂的方法進(jìn)行施工，因此采用卷筒式纖維盤進(jìn)行包裝。在該項(xiàng)目中，采用的纖維材料的規(guī)格分別為30 mm、60 mm和120 mm的纖維材料。其中，長度為60 mm的纖維材料在施工中具備更理想效果，但成本相對(duì)較高，因此需要根據(jù)該項(xiàng)目施工條件，對(duì)三種規(guī)格纖維材料進(jìn)行合理選擇[8]。在養(yǎng)護(hù)施工中，針對(duì)現(xiàn)場施工情況，合理選擇抗剝落劑可以有效地解決只有弱酸性和酸性的集料問題，中和施工材料酸堿度，降低酸性物質(zhì)對(duì)橋梁的損壞影響。

2.4 施工材料配合比設(shè)計(jì)

在明確該養(yǎng)護(hù)施工中所需的各類原材料后，對(duì)配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中要圍繞攤鋪層的厚度，選擇適合的施工材料配合比，力求攤鋪厚度保持一致。本次設(shè)計(jì)超薄瀝青層厚度采用1.8 cm，施工材料配合比見表2，改性瀝青技術(shù)要求見表3。

表2 超薄瀝青磨耗層路面混合料級(jí)配范圍表

表3 超薄瀝青磨耗層改性瀝青技術(shù)要求

其中推薦油石比范圍6.0～7.0%，纖維用量0.0～0.3%。

按照表2中所示的數(shù)據(jù)，完成對(duì)施工材料配合比的設(shè)置。除此之外，采用表面粗糙、質(zhì)地堅(jiān)硬、形狀類似立方體且直徑大于2.36mm的破碎石料作為粗集料；選用無雜質(zhì)、無風(fēng)化、潔凈干燥、且直徑小于2.36mm的精制石粉作為細(xì)集料，提高與瀝青的黏結(jié)性。在此基礎(chǔ)上，將石灰?guī)r等憎水性石料磨細(xì)后，作為施工材料的填料。在層厚不同時(shí)，可適當(dāng)增減油石比例，使橋面的防水效果和強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在對(duì)超薄瀝青磨耗層施工時(shí)，需要根據(jù)施工情況適當(dāng)增加纖維用量。該設(shè)計(jì)可提高橋面的平整性、抗滑性和降噪性能，并具有良好的低溫抗開裂、高溫抗車轍、抗疲勞性能與抗水損害能力。

2.5 原橋梁瀝青混凝土路面預(yù)處理與施工

在完成對(duì)施工材料配合比的設(shè)置后，必須將該橋梁原有存在的病害問題，例如麻面、坑槽、車轍、擁包、裂縫等，進(jìn)行全部開挖并進(jìn)行填充，以保證橋面的承載力，提高養(yǎng)護(hù)效果，增加超薄瀝青磨耗層的使用壽命。當(dāng)車轍深度超過12mm、裂縫寬度超過6mm時(shí)，必須用填縫劑填充；如果車轍的深度未達(dá)到12mm，或裂縫的寬度沒有超過6mm時(shí)，則不需要預(yù)先處理。在施工之前，要對(duì)原有的橋面進(jìn)行全面的清理，不得有沙礫、碎石等對(duì)黏合性能產(chǎn)生影響的雜質(zhì)，并處理好橋面上的積水，以提高橋面與超薄瀝青磨耗層的黏合效果。在完成對(duì)原路面的預(yù)處理后，需要通過對(duì)試驗(yàn)段施工的方式，確定該養(yǎng)護(hù)施工方案實(shí)施的可行性。在試驗(yàn)段施工中，確定纖維、礦粉、粗集料、細(xì)骨料、瀝青等施工材料的使用量以及所需的施工設(shè)備。施工前要對(duì)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格檢查，確保所有施工參數(shù)以及施工效果均達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，才能按照確定的方案內(nèi)容正式施工[9]。在獲得試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，確定該養(yǎng)護(hù)施工項(xiàng)目中需要用到的設(shè)備包括一臺(tái)路面清掃機(jī)、一臺(tái)規(guī)格為8t的鋼輪壓路機(jī)、1臺(tái)10m3規(guī)格砂石撒料機(jī)。采用刮刀對(duì)攪拌材料的鋪面進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并對(duì)超黏、磨耗纖維封層施工機(jī)械的轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理設(shè)置，根據(jù)該養(yǎng)護(hù)施工項(xiàng)目，將其運(yùn)行速度控制在8m/min～10m/min。在施工過程中，要加強(qiáng)對(duì)超薄瀝青磨耗層的工藝控制，定期安排人員對(duì)超薄瀝青磨耗層鋪面進(jìn)行測量，并及時(shí)做出調(diào)整，以確保鋪面厚度均勻。

2.6 基于超薄瀝青磨耗層的長距離養(yǎng)護(hù)施工

超薄瀝青磨耗層技術(shù)在施工過程中，主要優(yōu)化了混合材料的配合比、攤鋪工藝和碾壓方式。采用8t的鋼輪壓路機(jī)和10m3規(guī)格砂石撒料機(jī)同步作業(yè)的方式，實(shí)現(xiàn)高效、不間斷地?cái)備伿┕ぃ岣呤┕ば屎蜆蛎娴膹?qiáng)度。超薄瀝青磨耗層施工過程如下。

混合料拌和與運(yùn)輸：超薄瀝青磨耗層施工采用軟化點(diǎn)超過100℃的高黏特種改性瀝青作為主要材料，增加了拌和工藝的難度。為更好地控制混合料級(jí)配，篩網(wǎng)配置一般包括0～3mm，3～6mm，6～11mm，11～17mm 4個(gè)等級(jí)。改性瀝青的儲(chǔ)存溫度應(yīng)在160℃以上，在進(jìn)行混合料拌和時(shí)，溫度須控制在190℃左右，按照集料、瀝青、礦粉的次序加料，出料溫度應(yīng)高于180℃，但不能超過195℃。嚴(yán)格按照上述方法進(jìn)行拌和后，混合料中均未發(fā)現(xiàn)析漏、離析和花白等質(zhì)量問題，符合橋面長距離養(yǎng)護(hù)施工的要求。因混合料中的粗集料較多，而細(xì)集料較少，導(dǎo)致混合料在運(yùn)送過程中降溫較快，所以應(yīng)采取棉被覆蓋等措施，保證運(yùn)送車輛的溫度。

混合料的攤鋪過程：在進(jìn)行攤鋪前，需根據(jù)攤鋪厚度與寬度，對(duì)超薄瀝青磨耗層的纖維封層設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，其中包括碎石撒布量、噴灑量等，直到達(dá)到預(yù)期的使用效果，開展長距離養(yǎng)護(hù)施工。其中，攤鋪溫度應(yīng)在（160±10）℃左右，攤鋪設(shè)備的施工速度控制在8m/min～10m/min，松鋪系數(shù)約在1.05～1.1。將熱瀝青混合料攤鋪于改性乳化瀝青之上，在施工過程中，橋面需保持干燥，施工現(xiàn)場氣溫應(yīng)高于10℃。

混合料的碾壓過程：當(dāng)橋面溫度降到90℃時(shí)，進(jìn)行混合料的碾壓工作。在碾壓時(shí)，砂石撒布機(jī)必須緊跟在光纖密封裝置后面，速度必須與光纖密封裝置相一致，在進(jìn)行瀝青破碎前，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求及時(shí)灑下碎石，再用10t膠輪壓路機(jī)進(jìn)行2～3次粉碎，碾壓速度不能超過2km/h，碾壓溫度須控制在150 ℃以上。在超黏型磨耗瀝青路面養(yǎng)護(hù)工作完成，熱拌瀝青混凝土自然降溫到50℃時(shí)，才能向公眾開放。在該項(xiàng)目養(yǎng)護(hù)段超薄瀝青磨耗層施工完成后，必須對(duì)其進(jìn)行二次養(yǎng)護(hù)和加固。在完成上述養(yǎng)護(hù)施工后，對(duì)養(yǎng)護(hù)效果進(jìn)行分析。

3 養(yǎng)護(hù)效果分析

在養(yǎng)護(hù)施工后，對(duì)施工段橋梁的構(gòu)造深度、抗滑等參數(shù)進(jìn)行記錄，將施工段按照樁號(hào)劃分為五個(gè)區(qū)域：分別為K98+253+K98+298～K58+736（A分段）、K58+586～ K58+736（B分段）、K58+736～ K58+886（C分段）、K58+886～ K59+036（D分段）、K59+036～ K59+186（E分段）。

并將各個(gè)分段施工參數(shù)與該橋梁養(yǎng)護(hù)施工項(xiàng)目中的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)比，得到的結(jié)果見表4。

從表4中得到的數(shù)據(jù)看出，在應(yīng)用該文提出的養(yǎng)護(hù)施工方案后，該橋梁各個(gè)分段的構(gòu)造深度控制在1.21mm～1.65mm，抗滑均超過50BPN。對(duì)養(yǎng)護(hù)效果進(jìn)行分析可知，將超薄瀝青磨耗層應(yīng)用于對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)中，可以明顯地改善瀝青路面的構(gòu)造深度，提高抗滑性能，從而達(dá)到良好的養(yǎng)護(hù)效果。

表4 橋梁養(yǎng)護(hù)施工后效果記錄分析表

4 結(jié)語

將橋梁養(yǎng)護(hù)作為研究對(duì)象，將超薄瀝青磨耗層應(yīng)用到具體橋梁養(yǎng)護(hù)施工項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該結(jié)構(gòu)層在養(yǎng)護(hù)施工中應(yīng)用可行性的驗(yàn)證。將上述提出的施工方案應(yīng)用于實(shí)際，能夠有效修復(fù)并加固與再生處理瀝青路面，提高橋面的摩擦系數(shù)和防水功能，同時(shí)高效、污染少、零廢棄以及減少施工成本。在養(yǎng)護(hù)中，對(duì)交通繁忙路段由于施工速度快極大降低施工中對(duì)居民出行干擾，提高施工安全性。

在具體施工中，除了需要嚴(yán)格按照上述施工操作外，還應(yīng)在選擇施工材料和設(shè)備時(shí)，選用符合施工要求的，同時(shí)在確定具體養(yǎng)護(hù)方案后，還需要制定相應(yīng)的交通組織管理方案，以此避免橋梁在施工中出現(xiàn)交通安全問題，更快速地提高橋梁路用性能。