瀝青混凝土在橋面鋪裝中的病害分析及質(zhì)量控制研究

李敏 趙健 李煥

(1.新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 831401；2.新疆昌吉市政建設(shè)(集團(tuán))有限公司，新疆 昌吉 831100)

隨著國(guó)內(nèi)大量的高速公路建設(shè)并投入運(yùn)營(yíng)必然會(huì)對(duì)高速公路路面和橋面造成一定的損傷劣化，避免不了長(zhǎng)期的維護(hù)。通常情況下，在高速公路運(yùn)營(yíng)全生命周期內(nèi)，養(yǎng)護(hù)和維修的費(fèi)用十分巨大。若想要提高高速公路的工程效益，一味的控制項(xiàng)目建設(shè)成本是不可取的往往需要采用高效的運(yùn)營(yíng)管理模式和先進(jìn)的工程建設(shè)技術(shù)，作為工程的前期建設(shè)者更要重視工程質(zhì)量本質(zhì)問(wèn)題，把握住工程建設(shè)質(zhì)量要求，從建設(shè)全周期的起點(diǎn)開(kāi)始嚴(yán)抓工程質(zhì)量問(wèn)題，確保工程項(xiàng)目建設(shè)在保證最低的適用壽命之余，盡可能的在后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)中降低成本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最為高效和經(jīng)濟(jì)的工程建設(shè)基本要求，達(dá)到項(xiàng)目建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)高收益的目標(biāo)。

關(guān)于瀝青混凝土在橋面鋪裝上的應(yīng)用問(wèn)題也有不少學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究工作，陳以恒，依托工程實(shí)例研究了瀝青混凝土的幾種病害形式，研究結(jié)果表明在橋梁的不同區(qū)域出現(xiàn)病害的可能性也不一定相同，主要表現(xiàn)為當(dāng)車輛荷載增大時(shí)出現(xiàn)病害的可能性越大，故橋梁的下坡段通常為病害集中區(qū)域。馬麗娟，研究了澆筑式瀝青混凝土在橋面鋪裝中的應(yīng)用，研究結(jié)果表明合理分配瀝青混凝土中混凝土配比可以更好的使瀝青混凝土平鋪至橋面。王長(zhǎng)耀，以汾離高速北偏城大橋?yàn)槔?，研究總結(jié)分析了瀝青混凝土橋梁鋪裝的病害成因和病害機(jī)理，并針對(duì)病害提出了相應(yīng)的整治措施和手段。張吉廣，研究了重慶地區(qū)市政橋梁坑槽修補(bǔ)塊的使用情況，研究結(jié)果表明瀝青混凝土橋面鋪裝修補(bǔ)塊出現(xiàn)病害的主要類型為松散剝落、推移擁包、沉陷車轍、界面破壞和裂縫五種。楊俊，總結(jié)研究說(shuō)明了瀝青混凝土橋梁鋪裝路面的施工技術(shù)要點(diǎn)，以達(dá)到提高施工質(zhì)量的根本目的。馬保君，依托渭武高速公路官亭1＃特大橋?yàn)槔?，研究了提高橋梁鋪裝施工質(zhì)量的方式，最后研究結(jié)果表明瀝青混凝土上面層為滿足良好的抗車轍、抗滑和抗?jié)B性能，宜采用具有較好的抗疲勞和低溫縮裂性能的瀝青混合料。

目前，在我國(guó)的高速公路橋梁中常使用瀝青混凝土作為高速公路橋梁的橋面鋪裝材料，由于近年來(lái)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速交通物流也飛速發(fā)展，導(dǎo)致高速公路交通量急劇增長(zhǎng)，進(jìn)而出現(xiàn)了更多的大型貨車和載重車輛，隨之而來(lái)的問(wèn)題就是造成了國(guó)內(nèi)眾多高速公路橋梁出現(xiàn)了不同程度的劣化問(wèn)題，由于橋面鋪裝層出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致交通質(zhì)量有待保證，造成了許多潛在的交通運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于個(gè)別問(wèn)題的產(chǎn)生嚴(yán)重影響了車輛的通行安全。

1 瀝青混凝土在橋面鋪裝中的應(yīng)用現(xiàn)況

由于瀝青混凝土的穩(wěn)定性較高因此在工程界普遍適用于橋面鋪裝工程中。為此，有大量學(xué)者對(duì)于瀝青混凝土的力學(xué)性能等材料指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行研究，研究范圍包括其在橋梁橋面鋪裝工程中的應(yīng)用效果和施工措施，試圖以此來(lái)更新瀝青混凝土在橋面鋪裝中的應(yīng)用技術(shù)，達(dá)到更高的施工質(zhì)量效果。

目前，瀝青混凝土在橋面鋪裝中的應(yīng)用研究主要是指向?yàn)r青混凝土施工技術(shù)和施工程序輔助措施上，同時(shí)研究結(jié)果還包括特定的材料管理，在獲取得到相應(yīng)的混凝土拌和參數(shù)后，匹配到相適應(yīng)的橋梁橋面鋪裝之上，隨后加大該參數(shù)調(diào)制出的混凝土鋪設(shè)面積，按照調(diào)整的機(jī)制獲取得到最優(yōu)的參數(shù)，獲取得到最終的最優(yōu)適配結(jié)果。

傳統(tǒng)的瀝青混凝土在橋梁的橋面鋪裝上的應(yīng)用研究，主要是依托瀝青混凝土材料自身的鋪展參數(shù)來(lái)調(diào)整應(yīng)用范圍并隨之調(diào)整混凝土的應(yīng)用比例，具有十分顯著的應(yīng)用特性。通常來(lái)說(shuō)傳統(tǒng)的手段難以檢測(cè)出正確有效的鋪裝參數(shù)，進(jìn)而導(dǎo)致參數(shù)的應(yīng)用效果較差，難以滿足實(shí)際施工時(shí)的精度和作用。瀝青混凝土在橋梁橋面鋪裝中的應(yīng)用，可以強(qiáng)化橋面鋪裝的施工工藝，有利于參數(shù)化施工的目的，通常具備較強(qiáng)的實(shí)用特性，并且能夠在一定程度上提升施工效率。

2 瀝青混凝土橋面鋪裝病害問(wèn)題

瀝青混凝土路面由于材料本身具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性和行車舒適性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于城市道路之中，由此可知這些特性同樣可以適用于橋梁的橋面鋪裝上。但是在一般情況下由于設(shè)計(jì)和施工或多或少存在著不合理和不妥當(dāng)?shù)牡胤?，?dǎo)致道路各部分的質(zhì)量良莠不齊，以至于在橋梁通車之后由于陽(yáng)光曝曬、雨雪天氣等導(dǎo)致橋梁的橋梁鋪裝出現(xiàn)不同程度的劣化損傷，若相關(guān)市政主管部門(mén)對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)修繕滯后，瀝青混凝土橋面鋪裝將會(huì)出現(xiàn)諸如開(kāi)裂、掉塊等不良影響進(jìn)而影響橋梁的正常使用功能。橋面鋪裝作為橋梁整個(gè)橋面板體系的重要組成部分，其功能不僅僅是作為行車使用也是作為橋面結(jié)構(gòu)的保護(hù)層使用，進(jìn)而橋面鋪裝層在重載貨車形式情況下的。但是現(xiàn)階段的橋梁設(shè)計(jì)中，僅僅將橋面的鋪裝層作為磨損層進(jìn)行考慮，采用路面相關(guān)規(guī)范對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，嚴(yán)重影響了其實(shí)際使用中的耐久性和穩(wěn)定性問(wèn)題，沒(méi)有受到足夠的重視。

根據(jù)國(guó)內(nèi)近年來(lái)得到的相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致橋梁橋面鋪裝出現(xiàn)損傷的主要集中于瀝青混凝土層的損傷破壞，其中主要的損傷類型是混凝土橋面鋪裝路面出現(xiàn)裂縫、過(guò)度變形、表面磨損損壞等。裂縫損傷主要是由于橋面出現(xiàn)不同程度的橫向裂縫等問(wèn)題；瀝青混凝土路面過(guò)度變形主要呈現(xiàn)為路面出現(xiàn)推移、凹陷等；鋪裝層表面磨損損壞主要表現(xiàn)為表面磨光和過(guò)度磨損等；水損壞主要表現(xiàn)為麻面、剝離、掉粒、松散、坑槽等；粘結(jié)層損壞主要表現(xiàn)為鋪裝材料的開(kāi)裂和變形、橋面板與鋪裝材料的分離等。

3 瀝青混凝土橋面鋪裝病害原因

3.1 結(jié)構(gòu)理論與設(shè)計(jì)的影響

由于目前我國(guó)對(duì)于橋梁設(shè)計(jì)理論的研究處在一個(gè)相對(duì)成熟的階段，大部分注意力都集中在了橋梁承載體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之上，對(duì)于橋面鋪裝層的設(shè)計(jì)沒(méi)有相關(guān)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，僅僅是對(duì)其最小厚度進(jìn)行了一個(gè)規(guī)定。但是實(shí)際情況表現(xiàn)出來(lái)的是并不是所有的橋梁的橋面鋪裝層厚度都是一樣，與橋梁的交通量等密切相關(guān)，需要進(jìn)行專項(xiàng)計(jì)算。在對(duì)橋面鋪裝層厚度進(jìn)行理論計(jì)算時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果明顯大于規(guī)范約定的最小橋面鋪裝厚度，為此很多工程建設(shè)方為了節(jié)約建設(shè)成本進(jìn)而減少橋面鋪裝層的厚度。并且在現(xiàn)有的常用計(jì)算理論中也同樣存在缺陷，通常將橋面鋪裝層計(jì)算只承受橫向荷載，然而實(shí)際上應(yīng)該是雙向受力狀態(tài)。隨著城市體量的增大和現(xiàn)代化的發(fā)展，車輛的交通量也逐年增多，橋面鋪裝層的磨損和承載體系都在承受著十分巨大的考驗(yàn)。

3.2 水的影響

橋面鋪裝層在設(shè)計(jì)之初就有作為橋梁主體承載體系的保護(hù)層的左右，其中水的作用對(duì)于鋪裝層的影響也不容忽視。由于橋面鋪裝層在施工過(guò)程中可能存在各種原因?qū)е缕涿軐?shí)度無(wú)法達(dá)到要求，有較多的水滲入至其結(jié)構(gòu)之中的空隙，在溫度和水的反復(fù)作用下導(dǎo)致其空隙不斷增大，隨即導(dǎo)致橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的各層之間出現(xiàn)分離，變相減少了各層之間的粘結(jié)能力，進(jìn)而導(dǎo)致防水層的防水能力降低甚至失效，一旦出現(xiàn)了上述問(wèn)題在橋面鋪裝層上就會(huì)表現(xiàn)出局部剝落掉塊起皮等損傷，最后導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)細(xì)小裂紋。這些裂紋在橋面上車輛反復(fù)摩擦作用后容易產(chǎn)生更為嚴(yán)重的損傷，影響橋梁的正常使用。

3.3 溫度的影響

由于橋面鋪裝層處于整個(gè)橋梁路面的最表面，直接經(jīng)受大氣和外部環(huán)境的影響所處的作業(yè)環(huán)境也相對(duì)嚴(yán)苛。經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)在夏季橋面鋪裝層的溫度要高于內(nèi)部結(jié)構(gòu)，冬季其溫度要低于內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于橋面鋪裝層直接處于相對(duì)惡劣的作業(yè)環(huán)境之中，因此其出現(xiàn)劣化損傷的概率要遠(yuǎn)大于內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)。對(duì)此，應(yīng)當(dāng)在橋梁設(shè)計(jì)施工階段時(shí)增大對(duì)橋面鋪裝層的重視，提高瀝青混凝土材料的質(zhì)量和施工標(biāo)準(zhǔn)，盡可能減少天氣變化原因?qū)蛎驿佈b層產(chǎn)生的影響，提高橋面鋪裝層對(duì)于溫度的適應(yīng)能力。

3.4 施工工藝的影響

在施工過(guò)程中對(duì)于橋面鋪裝層重視程度不夠，沒(méi)有對(duì)橋面鋪裝層厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制。在實(shí)際施工過(guò)程中，由于橋梁大多采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，存在著不同程度的反拱以及橋梁支座出會(huì)出現(xiàn)不同程度的沉降變形，但是這些微小的變化量又難以精確的測(cè)量控制。根據(jù)現(xiàn)有的施工經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，橋梁工程在施工過(guò)程中只能容許5mm以內(nèi)的變形誤差，但實(shí)際情況下難以控制在5mm以內(nèi)，在實(shí)際處理時(shí)通常是采取調(diào)整橋面鋪裝層厚度來(lái)達(dá)到橋梁橋面平整度的要求。

3.5 橋面防水粘結(jié)層的影響

橋梁結(jié)構(gòu)的防水層對(duì)于橋梁鋪裝層的整體性影響較大，直接影響了鋪裝層的使用效果和防水效果。目前，通過(guò)理論研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)表明，橋面防水粘結(jié)層的損壞是誘發(fā)橋面鋪裝層出現(xiàn)不同程度損傷的直接原因。本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，導(dǎo)致這種損傷的主要原因是由于橋面鋪裝層與橋梁主體結(jié)構(gòu)之間的剛度差異較大，導(dǎo)致兩部分之間的變形無(wú)法協(xié)調(diào)統(tǒng)一，進(jìn)而在界面處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，這種應(yīng)力的集中容易導(dǎo)致橋面鋪裝結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的剪切變形，進(jìn)而導(dǎo)致兩部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)相互錯(cuò)動(dòng)滑移產(chǎn)生了病害，影響橋面鋪裝層的使用功能。

4 瀝青混凝土橋面鋪裝病害處置措施

需要在建設(shè)初期就樹(shù)立橋梁運(yùn)營(yíng)壽命期全生命周期的養(yǎng)護(hù)工作，以此來(lái)嚴(yán)格要求橋面鋪裝的施工質(zhì)量。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)公路橋梁的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，以相對(duì)合理的評(píng)估方法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的建設(shè)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，在該種評(píng)價(jià)方法中需要將后續(xù)使用過(guò)程中的養(yǎng)護(hù)成本進(jìn)行嚴(yán)格考慮，進(jìn)而可以提高工程質(zhì)量，提高整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)效益，避免過(guò)多資源浪費(fèi)與后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程的養(yǎng)護(hù)中。

4.1 橋面鋪裝層處治對(duì)策

首先對(duì)橋梁鋪裝層中的瀝青混凝土層和混凝土調(diào)平層進(jìn)行刨銑，同時(shí)對(duì)于橋梁的承載結(jié)構(gòu)頂面存在的孔洞等潛在隱患用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行填充。然后對(duì)缺陷部位重新布設(shè)鋼筋網(wǎng)片然后澆筑鋼纖維混凝土，在鋼纖維混凝土處于初凝時(shí)精銑刨1 cm以達(dá)到除去表面浮渣和不均勻部分，最后在鋼纖維混凝土上加鋪1 cm超黏纖維磨耗層。

4.2 橋面防水磨耗層處治對(duì)策

在橋面混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)施工時(shí)加鋪1cm后的超粘磨耗層，其工作原理是在原有表面微處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行一次預(yù)先防護(hù)屬于一種新型的橋梁橋面鋪裝的預(yù)養(yǎng)護(hù)措施，超黏纖維磨耗層采用高黏改性乳化瀝青、纖維和骨料緊密相連形成復(fù)合力學(xué)嵌鎖體系，具有高耐磨性、高黏附性、高防水性、超強(qiáng)的抗裂能力，可在水泥混凝土鋪裝層表面形成一層超薄磨耗層，起到防水、抗滑、耐磨、抗裂的作用。

5 瀝青混凝土橋面鋪裝層施工質(zhì)量控制

為了達(dá)到瀝青混凝土可以匹配實(shí)際工程中的應(yīng)用要求，從根本上需要從橋面鋪裝工程的施工質(zhì)量入手，換一種說(shuō)法就是需要從橋面鋪裝材料本身和施工質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行考慮。

5.1 瀝青混合料拌合質(zhì)量控制

1）礦料級(jí)配的控制，根據(jù)相關(guān)的施工經(jīng)驗(yàn)可以看出，瀝青混凝土材料的礦料級(jí)配對(duì)于瀝青拌合料的拌合質(zhì)量有很大的影響。在工程項(xiàng)目的實(shí)際操作過(guò)程中，首先需要對(duì)冷料的進(jìn)料速度進(jìn)行控制，需要良好的匹配領(lǐng)導(dǎo)皮帶轉(zhuǎn)速和冷料流量之間的關(guān)系，按照針對(duì)性設(shè)計(jì)的配合比確定各部分材料的用量，在通過(guò)傳送機(jī)傳送效率和送料量的大小來(lái)判斷各部分用料的比例。與此同時(shí)拌合料的各部分之間的配合比關(guān)系與實(shí)際所處的空間環(huán)境密切相關(guān)，并且在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中需要嚴(yán)格控制各部分材料的用量比例，盡可能的減少實(shí)際拌合料配合比和設(shè)計(jì)配合比之間的差距。

2）拌合溫度的控制，結(jié)合國(guó)內(nèi)外眾多大橋的施工經(jīng)驗(yàn)，不難發(fā)現(xiàn)施工時(shí)拌合料采用的拌合溫度對(duì)于拌合料的拌合質(zhì)量有著十分顯著的影響。在實(shí)際施工操作過(guò)程中需要良好的控制拌合料的拌合溫度，通過(guò)關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程中的溫度變化，參照設(shè)計(jì)文件和相關(guān)施工要求對(duì)拌合料的拌合溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3）油石比的控制，拌合料之間的油石比是影響瀝青混凝土材料的一個(gè)關(guān)鍵性影響因素，本質(zhì)上來(lái)說(shuō)其比例決定了瀝青混凝土的強(qiáng)度和延展性。一般來(lái)說(shuō)，瀝青含量越高瀝青混凝土的延展性越高，可塑性越強(qiáng)但隨之而來(lái)的就是強(qiáng)度相對(duì)較低，容易產(chǎn)生較大的變形。因此可以看出，瀝青含量過(guò)多或者過(guò)少，都對(duì)混合料的配比合成、施工使用造成影響。

5.2 橋面鋪裝壓實(shí)質(zhì)量控制

1）合理的碾壓溫度，在橋面鋪裝工程在施工過(guò)程中溫度對(duì)于鋪裝施工的影響也是十分巨大的，施工溫度直接影響了鋪裝層的碾壓質(zhì)量和碾壓次數(shù)。通常情況下，再相對(duì)合理的施工溫度是可以通過(guò)較少的碾壓次數(shù)得到質(zhì)量較好的鋪裝工程，整個(gè)瀝青混凝土的密實(shí)度也可以得到相應(yīng)的保證。在實(shí)際施工過(guò)程中瀝青混凝土的施工溫度的確定需要根據(jù)材料和工程所處的實(shí)際情況來(lái)確定。路面的壓實(shí)溫度是影響瀝青混合料壓實(shí)密度、壓實(shí)效果和壓實(shí)質(zhì)量的主要因素。

2）合理的壓實(shí)速度與遍數(shù)，橋面鋪裝的壓實(shí)速度與實(shí)際鋪裝施工時(shí)的時(shí)間和各種性能參數(shù)直接相關(guān)，過(guò)大容易影響壓實(shí)質(zhì)量，過(guò)小容易導(dǎo)致壓實(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，合理的壓實(shí)速度可以很大程度的減少壓實(shí)施工時(shí)間，提高工程的施工效率，在保證工程施工質(zhì)量的前提下加快施工進(jìn)度。施工中可以適當(dāng)提高碾壓速度，以保證瀝青混合料碾壓質(zhì)量為前提，最大限度的提高碾壓速度，提高路面壓實(shí)工作的施工效率。

3）壓實(shí)中的其他問(wèn)題，在采用振動(dòng)壓路機(jī)施工時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量避免過(guò)度的振動(dòng)對(duì)橋面工程產(chǎn)生的影響，進(jìn)而影響橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力；在實(shí)際施工過(guò)程中建議將壓實(shí)和檢測(cè)放在同時(shí)進(jìn)行，根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果合理控制壓實(shí)速度和壓實(shí)時(shí)間，增大施工效率的同時(shí)確保施工質(zhì)量得到保障。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著城市和市域交通的發(fā)展，越來(lái)越多的高速公路被建設(shè)，隨之而來(lái)的便是越來(lái)越多的公路橋梁投入運(yùn)營(yíng)越來(lái)越多的公路橋梁需要維護(hù)。文章通過(guò)分析瀝青混凝土橋面鋪裝常見(jiàn)的病害類型和成因，認(rèn)為控制好橋面鋪裝施工質(zhì)量可以很好的減少相應(yīng)病害的發(fā)生，主要結(jié)論如以下幾點(diǎn)。

1）在運(yùn)營(yíng)公路橋梁中產(chǎn)生的早期病害主要是由于瀝青混凝土出現(xiàn)損傷進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)病害，其中瀝青混凝土的損傷類型主要體現(xiàn)為表面出現(xiàn)裂縫損傷、路面變形超限、路面表層損壞、水損壞以及粘結(jié)層剝離損壞等；2）導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)公路橋梁瀝青混凝土橋面鋪裝出現(xiàn)病害的主要原因是由于結(jié)構(gòu)理論與設(shè)計(jì)、水、溫度、施工工藝以及橋面防水粘結(jié)層等因素的影響；3）對(duì)瀝青混凝土橋面鋪裝施工質(zhì)量的把控主要集中在瀝青混合料拌合質(zhì)量控制和橋面鋪裝壓實(shí)質(zhì)量控制兩個(gè)方面。