淺析瀝青混凝土橋面鋪裝的損壞類型及成因

康冊 鄧凱

(中鐵五局成都工程公司,四川成都 610045)

淺析瀝青混凝土橋面鋪裝的損壞類型及成因

康冊 鄧凱

(中鐵五局成都工程公司,四川成都 610045)

近年來,隨著交通量的增大,瀝青混凝土橋面鋪裝的損壞越來越嚴重。文章結合檢測中發(fā)現(xiàn)的病害,總結了瀝青混凝土橋面鋪裝常見的損壞類型,并初步分析了其成因,同時針對性的提出了橋面鋪裝在設計理論、厚度、施工和養(yǎng)護方面的建議,具有一定的工程意義。

瀝青混凝土橋面鋪裝 損壞類型 成因分析

橋面鋪裝作為橋梁體系的組成部分，由于其能很大程度上緩和車輛對橋面板的沖擊，同時能夠滿足行車平穩(wěn)、舒適的要求，越來越得到重視。鋪裝層的質量好壞和使用耐久性將直接影響行車的安全性、舒適性、橋梁耐久性以及投資效益[1]。尤其是對于大跨度的橋梁而言，橋面鋪裝一旦發(fā)生損壞，無論采用維修還是重新鋪設，都將會造成交通的擁堵，所帶來的經濟損失和社會影響都是難以估計的。

1 瀝青鋪裝層常見損壞類型及成因分析

我國橋梁采用的鋪裝形式主要有兩種，一種是水泥混凝土橋面鋪裝，另一種是瀝青混凝土橋面鋪裝。瀝青混凝土橋面鋪裝相對水泥混凝土橋面鋪裝，具有良好的柔韌性、抗裂抗疲勞性能及行駛舒適性，同時具有維修方便、自重輕等優(yōu)點，在大中型橋梁橋面鋪裝中應用廣泛。目前，國外的研究學者結合本國的實際國情，對鋪裝層瀝青混合料的性能以及結構形式分別作出了一些特殊的規(guī)定，常采用的橋面瀝青類鋪裝材料有澆注式瀝青混凝土、環(huán)氧瀝青混凝土、瀝青瑪蹄脂、SMA、增強纖維瀝青混凝土等。在我國，經過大量的工程實踐，使用比較成功瀝青鋪裝層材料有纖維改性瀝青、SMA、密級配改性瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土。在對橋梁的常規(guī)外觀檢測中，發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝的主要損壞類型如下：

1.1 開裂

開裂是橋面鋪裝最常見的一種損壞形式，主要體現(xiàn)在橫向裂縫和縱向裂縫以及由二者構成的網狀裂縫。裂縫開裂后，會造成雨水從縫中滲入，從而造成主梁鋼筋的銹蝕破壞，影響結構的承載力，進而降低橋梁使用的耐久性。裂縫形成的主要原因有：

(1)橋梁施工中結構縫處理不當，從而留下隱患。這種裂縫主要是反射裂縫。在橋梁運營的過程中，位于鋪裝層下的結構縫處首先出現(xiàn)裂縫，并且在車輛荷載的反復作用之下，反射到瀝青混凝土鋪裝層中形成反射裂縫，它主要體現(xiàn)在縱向裂縫上[2]。(2)因橋面系中加勁部件的作用，在鋪裝層中會出現(xiàn)負彎矩區(qū)，使得鋪裝層中出現(xiàn)局部應力集中，同時過橋車輛交通量大、超載嚴重導致橋面鋪裝疲勞開裂。裂縫產生之后橋面鋪裝的受力狀況更加不利，裂縫就存在進一步發(fā)展的趨勢。(3)在冬季氣溫較低時或者易發(fā)生溫度驟變的地區(qū)，橋梁的鋪裝會因為溫度的因素而形成溫縮裂縫。溫縮裂縫的間隔一般比較有規(guī)律。

1.2 表面變形

表面變形主要分為縱向變形形成的車轍和縱向局部變形的推擠。表面變形是渠化交通的早期損壞主要形式之一。表面變形的主要原因有：

(1)瀝青混凝土鋪裝層自身存在高溫穩(wěn)定性不足的缺點，因此在高溫條件下，由于車輪的反復作用下而產生永久變形和塑性流動，進而逐漸形成瀝青混凝土的側向流動變形和早期的壓縮變形。(2)隨著我國經濟的快速發(fā)展，大型車輛和超重車輛的大量出現(xiàn)，進而加速造成了裝層的表面變形，降低了橋面鋪裝的耐久性。

1.3 坑槽

在鋪裝層厚度較薄的橋梁上，行車帶上、結構縫(如伸縮縫)附近處、補塊邊緣或補塊上常出現(xiàn)坑槽現(xiàn)象。坑槽形成的主要原因有：

(1)橋面鋪裝層瀝青混合料設計空隙率偏大或施工時出現(xiàn)了離析、壓實不足現(xiàn)象，致使空隙率更大。在水和汽車荷載的反復作用下，瀝青和骨料之間的粘結力逐漸喪失，骨料就會脫離，進而造成坑槽。(2)在攤鋪瀝青混凝土之前橋面凹凸不平，造成鋪裝層在某些部位較薄，在行車和溫度荷載的共同作用下，這些橋面不平整地方鋪裝層內會產生局部應力集中，首先在鋪裝層內出現(xiàn)結構性的點損壞，隨后逐漸向四周進行擴散，最后形成坑槽[2]。

1.4 表面缺陷

表面缺陷主要是指剝離、泛油、集料磨光等損害。表面缺陷的主要原因有：

(1)在結構縫附近，施工時難以碾壓，因此空隙率較大。假如排水不暢，雨季鋪裝層就將長期處于飽和狀態(tài)，同時由于車輪荷載的反復作用，骨料很容易從鋪裝層表面剝離。(2)瀝青混合料的礦料級配不當，例如粗集料尺寸偏小，細料偏多，同時瀝青用量偏大等，這些因素都會導致瀝青混凝土出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。(3)在鋪裝層攤鋪之前，橋面未清理干凈，存留有水和浮漿等雜物。(4)瀝青混合料壓實度不足，或者是瀝青混合料設計孔隙率過小，而油石比過大，都可能造成瀝青混凝土鋪裝層發(fā)生泛油現(xiàn)象。(5)集料質地軟弱，缺少棱角，那么在車輪荷載的反復作用下，會造成集料磨光的損害情況。

1.5 脫層

防水層下面一般設置一層較薄的粘結層， 利用粘結層以保障鋪裝層和底層之間具有有效聯(lián)結。但是，由于粘結層、基層以及鋪裝層的材料性能并不一致， 那么鋪裝層和基層之間就處于一種既非光滑又非連續(xù)的狀態(tài)， 形成了一種典型的復合材料層間結構。層間脫層就是復合材料的主要的損傷形式之一。脫層區(qū)由局部失穩(wěn)可能導致脫層的擴展，嚴重時可能導致整個鋪裝層破壞，從而降低橋梁的使用年限。造成脫層的原因主要有：

(1)瀝青混凝土橋面鋪裝和主梁間結合強度不足，即粘層層間作用力不足，造成在高溫條件下的抗剪切推移變形能力不足。這會導致鋪裝層與底層分離， 使得鋪裝層發(fā)生推移甚至脫落，進而造成嚴重的鋪裝層損壞。(2)因為橋面鋪裝層是直接和車輪進行接觸， 在外來荷載主要是車輪載荷(沖擊力)作用下，會在層間形成較大的剪切應力場，從而導致鋪裝層間發(fā)生相對位移，形成脫層現(xiàn)象。(3)一般而言，任何一種材料，都會有一個疲勞極限， 瀝青混凝土材料也不例外。在整個橋梁使用年限內，由于汽車荷載的反復作用，導致疲勞破壞，也是造成脫層的一個原因。

2 瀝青混凝土橋面鋪裝的改進措施

由于瀝青混凝土鋪裝層的對橋梁使用及耐久性的重要性，因此針對其常見的損壞形式如裂縫、車轍、坑槽、表面缺陷以及脫層推移等病害，對其進行改進可以從設計理論、施工工藝、維修養(yǎng)護以及檢測等多個方面進行研究。

2.1 完善鋪裝層的設計理論橋面鋪裝是一個受力非常復雜的動力體系，并且由它直接承受來自車輪荷載的沖擊，其部分或全部參與主梁結構的變形。但是目前，橋面鋪裝認為是橋梁的附屬設施，因此在橋梁的結構理論中關于橋面鋪裝層的計算分析理論較少?？紤]當前交通量組成例如重型、超重型汽車的增多以及車速的增快，目前橋面鋪裝層設計的經驗理論已不能夠與其相適應了，因此，應盡快建立更加完善的設計理論，以滿足交通的需求。

2.2 增加瀝青混凝土鋪裝層厚度

橋面鋪裝層材料設計可能因片面強調材料的某一方面的性能而削弱了其他與其相對的性能。如只過分強調鋪裝層高溫穩(wěn)定性，則會削弱低溫抗裂性能，因而造成大量的溫縮裂縫。因此，鋪裝層材料設計是一個均衡的過程，需要把握鋪裝層最常見的破壞類型，以結構分析數(shù)據為依據，使設計的鋪裝層厚度更合理[3]。

2.3 加強瀝青混凝土鋪裝層的施工質量

瀝青混凝土橋面鋪裝層的施工質量直接影響橋面鋪裝的質量。要合理優(yōu)化瀝青混凝土的配合比，并進行試鋪。鋪裝層施工的壓實，尤其在鋪裝層的邊緣，壓路機不易壓到的位置，或者壓路機的噸位較輕，經常出現(xiàn)壓實不夠，空隙率偏大的情況，壓實度還和瀝青混凝土的溫度有直接的關系[4]。因此，在施工中嚴格控制瀝青混凝土攪拌、運輸、攤鋪、碾壓以及成型時的溫度，選擇合適的壓路機噸位，按照施工規(guī)范進行施工，嚴禁在施工中隨意調頭、剎車、停留等，從而保證瀝青混凝土的壓實度和質量。

2.4 后期合理養(yǎng)護

橋梁運營過程中，合理的養(yǎng)護能有效的延長鋪裝層的使用壽命。水是造成瀝青鋪裝層損壞的主要原因之一，若橋面鋪裝體系的排水系統(tǒng)設計不合理，滲入的水分無法及時排出，就將加劇了鋪裝層的損壞，因此，設計合理的橋面排水系統(tǒng)并且保障其暢通顯得非常必要。

2.5 采用光纖技術對橋面鋪裝進行檢測

對橋梁進行定期檢查，采用先進的技術及時發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝潛在的病害，及時維護可延長橋梁使用壽命。例如，可以采用光纖傳感器技術檢測橋面鋪裝脫層現(xiàn)象[5]。其應用原理是將光纖傳感器埋入粘結層內，并把層間的變形反映為傳感器的某個特性的變化，然后通過分析光的傳輸特性，譬如光強、相位以及波長等，就可獲取光纖周圍的鋪裝層的實際變形，從而實現(xiàn)瀝青混凝土鋪裝層脫層現(xiàn)象的檢測。采用光纖傳感器來進行鋪裝層脫層檢測能夠判斷出鋪裝材料、粘結材料以及基層材料之間的相互連接性的狀況，及時發(fā)現(xiàn)鋪裝層是否有脫層的發(fā)生，以便采取合理的補救措施，提高橋面鋪裝的使用性能。

3 結語

橋面鋪裝的耐久性直接影響橋梁的耐久性，因此越來越得到重視。本文總結了瀝青混凝土鋪裝的常見的開裂、表面變形、坑槽、表面缺陷等四種破壞類型，并對其原因進行了分析。同時為了能夠改善橋面鋪裝的性能，提出了應該從設計理論、施工和養(yǎng)護等方面采取的措施。

[1]劉齡嘉.橋梁工程(第二版)[M].人民交通出版社,2013.

[2]高雪池.濱州黃河公路大橋橋面鋪裝研究[D].東南大學,2006.

[3]馬亦斌,錢穎穎等.特大橋瀝青混凝土橋面鋪裝材料應用研究[J].華東公路,2014.

[4]孫光乾.試析路橋工程橋面鋪裝病害成因及防治措施[J].科技與企業(yè),2014.

[5]佟艷群,符欲梅.橋面鋪裝層脫層檢測技術研究[J].儀器儀表學報,2004第4期,272-274.

康冊(1978年11月),性別：女,學歷：本科,職稱：助理工程師,研究方向：工程施工。鄧凱(1976年06月),性別：男,學歷：大專,職稱：助理工程師,研究方向：工程施工。