橋面鋪裝新型病害機(jī)理分析與對(duì)策研究

何 麗 張進(jìn)泉 李 銳 楊 光

（1、江漢大學(xué)文理學(xué)院，湖北 武漢 430056 2、湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院、湖南建筑高級(jí)技工學(xué)校，湖南 長(zhǎng)沙 410015 3，4、中鐵十一局集團(tuán)第二工程有限公司，湖北 十堰 442525）

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，大部分高速公路上水泥混凝土構(gòu)造物上的瀝青混凝土鋪裝層的各種損害要比路基路面上嚴(yán)重得多。橋面鋪裝層的病害防治的相關(guān)研究不少，但有實(shí)質(zhì)性?xún)?nèi)容并不多，大都把病害列舉一下，籠統(tǒng)的寫(xiě)一些通用的防治方法。本文基于高速公路實(shí)際工程展開(kāi)有針對(duì)性的分析及對(duì)策研究，深入分析了該高速公路所出現(xiàn)的新型病害。

1 病害機(jī)理分析

1.1 內(nèi)部松散現(xiàn)象的產(chǎn)生原因

在發(fā)生內(nèi)部松散現(xiàn)象的地方發(fā)現(xiàn)，雨后的雨水通過(guò)透水處進(jìn)入下面層中便停留其中，無(wú)法排出，取芯孔中除去冷卻水仍不斷冒出水，說(shuō)明下面層內(nèi)部長(zhǎng)期處在水的侵蝕中，路表部分發(fā)生了油斑，但除了部分有油斑外，無(wú)其他明顯變形或病害?？梢酝茢啵簝?nèi)部松散的地方內(nèi)部混合料侵蝕嚴(yán)重，甚至集料顆粒完全裸露，但憑借期間的骨料嵌擠作用，仍可以維持較長(zhǎng)一段時(shí)間，同時(shí)此種松散并非只是停留在內(nèi)部而不破壞表面，而是從內(nèi)部的松散向上擴(kuò)散，最終導(dǎo)致表面的松散、剝落、裂縫等破壞。最終達(dá)到路表時(shí)，形成“口小底大”的非常規(guī)坑洞。另外，發(fā)生內(nèi)部松散的地方瀝青層間基本都脫落。

1.2 新型泛漿現(xiàn)象的機(jī)理初探

泛漿現(xiàn)象在被調(diào)查道路較為嚴(yán)重，大面積的泛漿比比皆是。仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn)，道路的路幅為雙向四車(chē)道，路面的匯水面積因此較大，而所有的降水都必須匯集到最外側(cè)的排水口才能得以排除，加上排水系統(tǒng)的不完善及淤堵，雨天降水往往匯集在車(chē)道下面層內(nèi)部而不能及時(shí)排除。幾個(gè)原因都促使了泛漿的發(fā)生。之所以稱(chēng)為新型泛漿，是因?yàn)樗谒秩氲耐緩椒矫娌煌谝酝倪鬂{。唧漿是在路面裂縫處，外界水可以不斷滲入并積存于橋面頂面，橋面結(jié)合料在侵入水的浸泡下形成泥漿或灰漿，行車(chē)荷載的反復(fù)擠壓，使它從裂縫中被擠壓而出，橋面不耐沖刷和路面裂縫是唧漿的根本原因所在。唧漿現(xiàn)象中，水侵入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的途徑是路面上已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫，唧漿的范圍也僅限于裂縫的周?chē)?。而在新型泛漿現(xiàn)象中，強(qiáng)大的有壓水侵入途徑是通過(guò)瀝青層的空隙，穿透結(jié)構(gòu)完整的瀝青面層，橋面頂面的水泥漿也通過(guò)相同的途徑被擠壓到路表，泛漿的范圍是所有瀝青面層透水處。同時(shí)我們對(duì)部分發(fā)生病害的橋面的不同位置進(jìn)行了滲水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，并不是所有橋面的滲水系數(shù)都很大，而是部分地點(diǎn)的空隙較大，滲水比較嚴(yán)重，大部分地點(diǎn)的滲水系數(shù)很小，這同時(shí)也暴露了施工的不均勻性、部分地點(diǎn)的壓實(shí)度不夠等帶來(lái)的橋面嚴(yán)重積水。同時(shí)也是各種早期損害的根本原因所在。

1.3 剝落現(xiàn)象的根源

為了避免鉆芯時(shí)冷卻水對(duì)取樣的擾動(dòng)，取樣時(shí)使用風(fēng)鎬將路面整體挖開(kāi)，這條道路的底面層混合料使用的是石灰?guī)r集料，按照以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，不應(yīng)該發(fā)生剝落，然而恰恰是這種堿性集料卻出現(xiàn)了嚴(yán)重的剝落。被挖開(kāi)的面層底部還散落著一些因?yàn)閯兟涠缮⒌募项w粒，而且非常潮濕甚至積存有大量的水。這從側(cè)面反映出當(dāng)前修筑的高等級(jí)路面透水性大，或鋪裝層的不均勻性較大而排水系統(tǒng)卻不完善的問(wèn)題。水通過(guò)空隙較大的地方透入但卻無(wú)法排出，而給剝落等問(wèn)題提供了方便。

面層底部集料發(fā)生剝落說(shuō)明了兩方面的問(wèn)題：①即使是底面層，對(duì)瀝青/集料粘附性的要求也不能任意降低。尤其是當(dāng)表面層使用了空隙率較大的開(kāi)級(jí)配抗滑磨耗層時(shí)，整個(gè)面層的透水性大大增加，底面層很可能長(zhǎng)期處于水侵蝕下，所以其水穩(wěn)定性不應(yīng)該任意降低。②另一方面，即使是與瀝青粘附性一向較好的石灰石，也難以抵御長(zhǎng)時(shí)間的水侵蝕。路面的空隙率越大，透水性就越大，對(duì)瀝青/集料粘附性的要求就越高，平衡空隙率與粘附性之間的關(guān)系是路面混合料設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。粘附性相對(duì)不足是多種道路病害的主要原因，必須給予足夠的重視。

習(xí)慣上認(rèn)為瀝青與酸性集料的粘附性較差，易發(fā)生剝落，而與堿性集料的粘附性較好。從實(shí)際調(diào)查的結(jié)果來(lái)看，堿性集料與酸性集料同樣存在剝落現(xiàn)象，只是不同的環(huán)境造成的剝落程度不同而已。

1.4 “口小底大”坑洞的分析

造成坑洞的原因主要是松散。包括傳統(tǒng)松散和內(nèi)部松散。傳統(tǒng)的松散是由于瀝青與集料的粘附性較差，在外界水的侵蝕下，路表面的瀝青混合料首先發(fā)生剝落，致使此處的集料由于喪失粘結(jié)而松散開(kāi)來(lái)。隨著破壞的加劇，集料逐漸散失，路面上就形成了一些大小不一的坑洞。如前所述，內(nèi)部松散首先發(fā)生在瀝青層底面，然后逐漸向上發(fā)展，直至最后貫穿整個(gè)瀝青層，在路表面形成坑洞。路表完好的地段可能內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生破壞并正在向路表發(fā)展。

1.5 橋面鋪裝層內(nèi)部大量積水成因探究

路面的壓實(shí)度不足所導(dǎo)致的危害是顯而易見(jiàn)的，空隙率偏大、通透性增大，如果內(nèi)部排水不暢，則極易在雨后累積大量水分，導(dǎo)致水損壞。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多瀝青路面存在壓實(shí)不足問(wèn)題是比較嚴(yán)重的。該公路普遍采用密級(jí)配的面層，設(shè)計(jì)空隙率一般為4%，通過(guò)鉆芯發(fā)現(xiàn)，瀝青面層壓實(shí)度為94%左右，有的只有92%，所以路面建成之初的實(shí)際空隙率為10%-12%；這個(gè)空隙率本已太大。但如果壓實(shí)度達(dá)不到要求的話，路面的空隙率則更大，瀝青面層透水嚴(yán)重也就成了必然現(xiàn)象。大雨過(guò)后，雨水通過(guò)空隙透入而無(wú)法排出，積水可在面層內(nèi)形成自由液面。又因路面橫坡的存在，往往在外側(cè)車(chē)道積存的水較多，所以出現(xiàn)了鉆取芯樣時(shí)的積水現(xiàn)象。因此壓實(shí)度不足又是其他病害，包括水分的侵入的根源之一。

2 防治對(duì)策研究

2.1 確保橋面鋪裝層厚度

瀝青混凝土鋪裝層的加厚可以減少水泥混凝土橋面的溫度變化，從而降低瀝青混凝土鋪裝層底部拉應(yīng)力。在我國(guó)，高速公路瀝青面層一般采用表面層為4cm細(xì)粒式瀝青混凝土；中面層為5cm或6cm中粒式瀝青混凝土；下面層6cm或7cm粗粒式瀝青混凝土的典型結(jié)構(gòu)。因此建議高速公路瀝青混凝土鋪裝層的厚度應(yīng)與主線路面的表面層、中面層結(jié)構(gòu)相一致，厚度以大于9cm為宜。

2.2 設(shè)置合理有效的橋面排水系統(tǒng)及橋面防水層

瀝青鋪裝層本身是透水的，即使采用密級(jí)配，由于壓實(shí)度的差異、材料離析及施工不均勻性等原因，都會(huì)導(dǎo)致局部透水現(xiàn)象。因此在做好瀝青層表面排水的同時(shí)，也要做好瀝青層內(nèi)部排水和有效的防水層。

2.3 保證混凝土橋面與鋪裝層的結(jié)合

根據(jù)理論分析可知，結(jié)構(gòu)層間接觸條件對(duì)其底部受力影響極大，提高層間接觸程度可以顯著提高結(jié)構(gòu)層的疲勞壽命。層間滑動(dòng)時(shí)的最大主拉應(yīng)力較層間連續(xù)時(shí)大4～5倍。因此在施工中應(yīng)加強(qiáng)瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土橋面的粘結(jié)，采用粘結(jié)力好的改性瀝青作為橋面粘層油，施工粘層油前應(yīng)清除水泥混凝土橋面的雜物及浮漿，同時(shí)對(duì)水泥混凝土橋面做鑿毛處理。此外，還需將鑿后的混凝土松散粒、砂石、泥污等清除干凈。為有利于層間粘結(jié)牢固。

2.4 保證水泥混凝土橋面的平整度

嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，保證水泥混凝土橋面的平整度，特別是控制水泥混凝土橋面標(biāo)高不得突破設(shè)計(jì)標(biāo)高，從而避免產(chǎn)生使瀝青混凝土面層減薄的不利現(xiàn)象，也避免了橋面出現(xiàn)不平的現(xiàn)象，防止橋面存水。

2.5 設(shè)計(jì)與施工的統(tǒng)一

由于設(shè)計(jì)中的有些地方在施工中很難實(shí)施或很難較好的實(shí)施。如果設(shè)計(jì)時(shí)不考慮施工中的因素，就容易導(dǎo)致由于設(shè)計(jì)施工的脫節(jié)引起的工程缺陷，為早期損害埋下隱患。因此要注意設(shè)計(jì)與施工的統(tǒng)一。

3 結(jié)語(yǔ)

瀝青橋面鋪裝層早期破壞普遍存在比一般路面嚴(yán)重的多，降水滲入瀝青面層中后無(wú)法排除、水泥混凝土平整度差，施工的不均勻性，集料與瀝青的粘附性差，排水系統(tǒng)不完善等，加上汽車(chē)荷載和溫度應(yīng)力的共同作用下導(dǎo)致瀝青面層發(fā)生破壞，出現(xiàn)種種病害。針對(duì)不同的病害，有針對(duì)性地采取措施進(jìn)行防治，完全可以將損害的程度降低到很小，同時(shí)，在設(shè)計(jì)在瀝青時(shí)要考慮到施工的實(shí)際情況，盡量統(tǒng)一起來(lái)。施工中應(yīng)嚴(yán)格控制各道工序、各項(xiàng)指標(biāo)，減少和消除各種不利因素對(duì)瀝青橋面鋪裝層造成的損害，以提高瀝青混凝土橋面鋪裝層的耐久性和行車(chē)舒適性，延長(zhǎng)橋梁使用壽命。

[1]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M].北京：民交通出版社，2001.5.

[2]黃志義，潘偉兵，徐興等.路面接觸非線性特性研究[J].公路交通科技.2005.5（22）:1-4.