瀝青混凝土橋面鋪裝層病害成因分析及處治

王長耀

（山西交通控股集團有限公司 呂梁南高速公路分公司，山西 呂梁 032200）

1 工程概況

汾離高速公路是國道主干線青島至銀川公路在山西省境內(nèi)的一部分，是山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”主骨架第六橫、第七橫、第八橫的重要組成部分，路線全長77.7 km，于2005年建成通車。汾離高速公路橫貫呂梁山脈，沿線溝壑縱橫，地質(zhì)復(fù)雜。該路段通行車輛多為大型貨車，交通量大且重載現(xiàn)象嚴(yán)重，加之夏季炎熱冬季寒冷，導(dǎo)致北偏城大橋橋面出現(xiàn)嚴(yán)重的橫縱裂縫、塊狀裂縫、松散、坑槽等病害，嚴(yán)重影響了行車安全性和舒適性。

表1 北偏城大橋橋梁信息表

2 橋面鋪裝層病害調(diào)查

為評價橋面病害嚴(yán)重程度與發(fā)展速度,采用人工調(diào)查、鉆芯取樣等方式對北偏城大橋下行橋面鋪裝層病害進行了多次調(diào)查，橋面鋪裝層病害類型包括連續(xù)坑槽、網(wǎng)裂、唧漿、推移擁包等，見圖1～圖4。

圖1 橋面坑槽

圖2 橋面網(wǎng)裂

圖3 橋面大面積裂縫、唧漿

圖4 瀝青鋪裝層芯樣破碎

a）北偏城大橋下行（第7跨～第11跨重載交通方向）橋面瀝青鋪裝層出現(xiàn)大面積網(wǎng)裂、坑槽，部分養(yǎng)護修補后的瀝青鋪裝層反復(fù)出現(xiàn)網(wǎng)裂、坑槽、唧漿病害。

b）瀝青路面裂縫處有明顯滲水痕跡，裂縫處唧漿嚴(yán)重。

c）對路面瀝青鋪裝層典型病害處鉆芯取樣發(fā)現(xiàn)，瀝青鋪裝層芯樣破碎，下層瀝青混合料油石剝離，呈松散狀；瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土鋪裝層間存在粉末狀松散夾層，嚴(yán)重影響瀝青混凝土鋪裝層同水泥混凝土鋪裝層層間黏結(jié)。

d）水泥混凝土鋪裝層表面水泥膠結(jié)料缺失，骨料呈松散、破碎狀態(tài)。

3 交通量與交通組成調(diào)查

汾離高速公路自通車以來，交通量呈快速增長趨勢，通過對汾離高速公路汾陽西、吳城、離石東、離石西等4處斷面交通量調(diào)查發(fā)現(xiàn)：從2013年至2018年，年平均日交通量呈持續(xù)快速增長態(tài)勢，2018年汾陽西斷面雙向年平均日交通量達到1 829 072輛，離石西斷面雙向年平均日交通量更是達到5 741 134輛，詳細調(diào)查結(jié)果見圖5。

圖5 汾離高速公路歷年交通量統(tǒng)計表

經(jīng)過對汾離高速公路交通組成調(diào)查發(fā)現(xiàn)：以157、1127車型為代表的重載車輛在交通組成中的比例達到55%，其次為小客車，所占比例為38%；小貨車、大客車所占比例相對較小，分別為6%和1%。交通組成特點充分體現(xiàn)汾離高速公路“西煤東運”的主干道運輸特點。

圖6 汾離高速公路交通組成

4 橋面鋪裝層病害成因分析

4.1 交通量及交通組成的影響

橋面出現(xiàn)的坑槽、網(wǎng)裂等主要是因為汾離高速交通量大，且重載車輛較多，長期在大交通量、高軸載行車荷載重復(fù)作用及橋面空隙動水壓力的作用下，橋面瀝青面層逐漸產(chǎn)生疲勞開裂，并發(fā)展成塊狀裂縫、龜裂、坑槽等病害。雨水通過橋面瀝青層裂縫下滲后，停留在水泥混凝土鋪裝與瀝青混凝土鋪裝之間，在行車荷載的持續(xù)作用下動水壓力下不斷破壞防水黏結(jié)層，層間黏結(jié)作用變差造成水泥鋪裝破損，水泥漿反射形成唧漿。

4.2 橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)的影響

汾離高速公路北偏城大橋采用瀝青混凝土+水泥混凝土復(fù)合式鋪裝結(jié)構(gòu)，橋面瀝青混合料在重載車輛重復(fù)荷載作用下逐漸出現(xiàn)裂縫、網(wǎng)裂病害，雨水沿裂縫處滲入瀝青混合料內(nèi)部，使瀝青混合料逐漸出現(xiàn)坑槽、松散等水損害。冬季降雪后撒布融雪劑、積水冰凍等更促進了這一病變進程,甚至浸蝕水泥混凝土鋪裝層表面，逐漸出現(xiàn)脫皮、松散等病害，使之強度降低。

a）原橋面水泥混凝土鋪裝層較薄，平均只有8 cm厚，且厚度不均勻，部分橋梁濕接縫處混凝土鋪裝層厚度較薄，雨水下滲，造成頂板混凝土破損后進一步加劇了橋面鋪裝破損、開裂等病害。由于雨水下滲導(dǎo)致梁間濕接縫破損，梁與梁之間橫向聯(lián)系減弱，當(dāng)橋面鋪裝層出現(xiàn)反射裂縫時，更加劇了雨水下滲，造成鋪裝層的進一步損壞，如此反復(fù)循環(huán)作用，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)橋面開裂破損病害且越來越嚴(yán)重。

b）水泥混凝土鋪裝層上直接加鋪瀝青混合料，層間黏結(jié)不好，導(dǎo)致瀝青層與水泥混凝土鋪裝層分別受力，瀝青層底拉應(yīng)力過大，層底開裂后裂縫反射到面層，雨水通過裂縫下滲后極易聚集于瀝青混凝土與水泥混凝土層間，在行車荷載作用下形成動水壓力不斷沖刷，使層間黏結(jié)強度不斷降低，加速了鋪裝層病害的產(chǎn)生[1]。

c）由于瀝青混凝土與水泥混凝土鋪裝層的強度和剛度存在較大差異，在車輛荷載的作用下，特別是慢速重載車輛的影響，在面層產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，致使瀝青混凝土產(chǎn)生擁包、推移病害[2-3]。

5 養(yǎng)護處治對策研究

5.1 處治思路

a）樹立全壽命周期成本理念，以提高質(zhì)量為目標(biāo)，做到系統(tǒng)最優(yōu)。結(jié)合國內(nèi)外高速公路維修處治工程實踐，堅持科學(xué)合理的評價方法，兼顧項目初期建設(shè)成本和后期維修養(yǎng)護成本，提高工程質(zhì)量，延長橋面使用壽命，提高綜合服務(wù)能力，達到最佳的技術(shù)經(jīng)濟效益。

b）優(yōu)化橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)，考慮到本橋面原水泥混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)偏薄，在重載車輛荷載累計作用下極易出現(xiàn)破損病害。本次處治擬加厚橋面混凝土鋪裝層厚度，提高結(jié)構(gòu)承載力。

c）提高橋面鋪裝層防水性能，積極采用超黏纖維磨耗層等高防水抗滑磨耗層材料，提高結(jié)構(gòu)耐久性。

5.2 養(yǎng)護處治對策

5.2.1 橋面鋪裝層處治對策

對全橋瀝青混凝土鋪裝層（10 cm）、鋼筋混凝土調(diào)平層（8 cm）進行銑刨，對梁體頂板存在的孔洞采用環(huán)氧樹脂砂漿修補。

重新鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片，澆筑C50鋼纖維混凝土鋪裝層（18 cm），待混凝土初凝后，精銑刨1 cm以清除表面浮漿和施工不平整部分，最后加鋪1 cm超黏纖維磨耗層。

本設(shè)計優(yōu)化原橋面結(jié)構(gòu)方案，采用雙層鋼筋網(wǎng)鋼纖維混凝土+超黏纖維磨耗層的設(shè)計，具體分析如下：

a）承載力計算，改造前原設(shè)計方案橋梁恒載約為橋梁最大支反力的83%，改造后由于橋面鋪裝的改變，橋梁恒載增加了1.1%，約為84.1%，仍小于原設(shè)計方案中橋梁最大支反力的設(shè)計要求，故鋪裝方案的更改，對橋梁原結(jié)構(gòu)受力影響很小，可采用改造后的設(shè)計方案。

b）通過增加水泥混凝土鋪裝層厚度，解決舊橋水泥混凝土鋪裝層偏薄的問題。

c）承重受力結(jié)構(gòu)層全部采用水泥混凝土鋪裝，取消瀝青鋪裝受力層，避免了瀝青層與混凝土層間結(jié)合不良問題，大幅減少了常見病害的出現(xiàn)。

d）橋面鋼筋混凝土層由于采用了加大橋面鋪裝混凝土厚度、架設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)的設(shè)計方案，較原方案增加了橋梁的橫向連接能力，均衡了各主梁受力，增強了橋梁的橫向穩(wěn)定性[4]；同時由于橋面鋪裝網(wǎng)片的增加，橋梁的鋪裝層與主梁有了更好的連接，且頂層鋼筋的設(shè)置，有效地減少了橋面鋪裝水泥混凝土的開裂，加強了水泥混凝土鋪裝對主梁防水的保護。

5.2.2 橋面防水磨耗層處治對策

在橋面混凝土鋪裝層施工完畢后，鋪筑1 cm厚超黏纖維磨耗層。超黏磨耗層是在普通微表處基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型道路預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)，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、抗裂的要求，超黏磨耗層混合料技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 超黏磨耗層混合料技術(shù)指標(biāo)

6 橋面鋪裝層處治施工技術(shù)要點

6.1 鑿除橋面鋪裝

a）采用施工機械將橋面瀝青混凝土鋪裝層銑刨，并將銑刨下的瀝青混凝土妥善清運處理。

b）鑿除鋼筋混凝土調(diào)平層，鑿除時，禁止使用沖擊力較大的設(shè)備，以確保箱梁頂部不受損傷，尤其是橋梁負彎矩區(qū)域；鑿除后的工程棄渣，不得集中堆砌，以免造成較大的集中應(yīng)力對主梁產(chǎn)生損傷；若箱梁頂板存在破損，應(yīng)使用配制好的環(huán)氧樹脂砂漿對破損部位進行填充修補。

6.2 植筋

加工L型鋼筋，依照圖7所示的步驟，將L型鋼筋植入橋面。

圖7 橋面鋪裝層植筋施工工序

6.3 綁扎橋面雙層鋼筋網(wǎng)片

a）雙鋼混凝土所用鋼筋網(wǎng)片應(yīng)通過L型植筋焊接成整體。上層鋼筋網(wǎng)片應(yīng)布設(shè)于水泥混凝土鋪裝層頂面3 cm處，下層鋼筋網(wǎng)片布設(shè)于水泥混凝土鋪裝層底面3 cm處。每平米鋼筋網(wǎng)下應(yīng)大于4處支撐點，不足時可在鋼筋網(wǎng)下焊接短筋支撐。

b）鋼筋雙面焊搭接長度不小于5d；單面焊不小于10d，綁扎鋼筋搭接長度不小于35d。

c）橋面鋼筋網(wǎng)片應(yīng)在整跨鋪裝層內(nèi)連續(xù)鋪設(shè)，局部泄水孔處鋼筋網(wǎng)片切斷時應(yīng)設(shè)置補強鋼筋。

6.4 混凝土鋪裝層施工

a）鋼纖維混凝土鋪裝層澆筑前，應(yīng)沖洗、清理原結(jié)構(gòu)混凝土表面，并涂刷新舊混凝土界面劑。

b）鋼纖維混凝土澆筑前應(yīng)檢驗綁扎或焊接安裝好的鋼筋網(wǎng)和鋼筋骨架，不得有貼地、變形、移位、松脫和開焊現(xiàn)象。

c）鋼纖維混凝土應(yīng)采用低熱硅酸鹽水泥，并摻入高效減水劑，達到無收縮性配合比設(shè)計。在施工中應(yīng)嚴(yán)格控制鋼纖維混凝土配合比和坍落度，以減少混凝土過大收縮產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)開裂。

d）鋼纖維混凝土澆筑完畢后應(yīng)立即覆蓋塑料膜養(yǎng)生，嚴(yán)格控制養(yǎng)護條件，防止水分蒸發(fā)，造成干縮裂紋。

6.5 超黏磨耗層施工

6.5.1 混合料配合比設(shè)計

按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）的方法，確定礦料、填料、水的用量，確定最佳油石比，符合配合比設(shè)計技術(shù)要求和配合比設(shè)計檢驗要求，以此作為目標(biāo)配合比，供攤鋪車確定各供料比例。通過試驗段的攤鋪確定施工工藝，在設(shè)計配合比的基礎(chǔ)上作小范圍調(diào)整，確定施工配合比，以此作為生產(chǎn)配合比。

6.5.2 施工控制要點

a）超黏磨耗層設(shè)備控制最佳車速為3.0 km/h。

b）若半幅施工，半幅開放交通，應(yīng)做好搭接縫的處理。

c）施工、養(yǎng)生期內(nèi)的氣溫應(yīng)高于10℃。

d）不得在雨天施工，施工中遇雨或者施工后混合料尚未成型就遇雨時，應(yīng)在雨后將無法成型的材料鏟除。

e）開放交通后車輛行駛速度應(yīng)控制在40 km/h以下，且避免車輛緊急剎車。

7 結(jié)語

北偏城大橋橋面鋪裝層采用18 cm鋼纖維混凝土鋪裝層+1 cm超黏纖維磨耗層的養(yǎng)護處治，經(jīng)過1年多的跟蹤觀測，橋面鋪裝層整體完好，未重復(fù)出現(xiàn)網(wǎng)裂、坑槽、唧漿、推移等病害，達到了良好的處治效果。目前，山西省高速公路橋面鋪裝層多采用10 cm瀝青鋪裝層+（8～10）cm水泥混凝土鋪裝層的復(fù)合式鋪裝結(jié)構(gòu)，常用的養(yǎng)護處治對策為銑刨瀝青層，鑿除局部破損的水泥混凝土鋪裝層后重新鋪筑復(fù)合式鋪裝結(jié)構(gòu)，而養(yǎng)護處治完畢后1～2年內(nèi)即重復(fù)出現(xiàn)大面積網(wǎng)裂、坑槽、唧漿病害，汾離高速公路北偏城大橋成功的橋面鋪裝層養(yǎng)護處治對策為類似工程的養(yǎng)護處治提供了經(jīng)濟、耐久、可靠的技術(shù)方案和工程實踐。