淺談公路橋梁橋面鋪裝病害成因及防治措施

【摘要】當前由于橋面鋪裝技術不夠成熟且未引起足夠重視，致使混凝土橋面瀝青鋪裝層使用壽命短，一般3～5年就破壞，嚴重影響了正常交通通行并增大運營維護成本，降低投資的經濟與社會效益。該文結合養護工程實際，分析了混凝土橋面瀝青鋪裝層產生病害的主要原因。在此基礎上提出了雙層環氧加橡膠砂膠的防水緩沖粘結層體系，表面層采用改性瀝青SMA的處治方法，取得了很好的效果。

【關鍵詞】混凝土橋面；瀝青鋪裝層；病害分析；處治對策

在公路養護實際工作中，經常遇到橋面鋪裝養護問題，橋面鋪裝層結構近年來養護單位通過現場病害調查及鉆芯取樣，得到橋梁病害統計表，見表1。

評價結果表明，最主要的病害形式為推擁，其次為不規則裂縫，由于鋪裝層已脫層，在行車荷載作用下產生縱、橫向推移，從而產生大量不規則裂縫。

1.1剪應力破壞

1.1.1剪應力驗算。在標準軸載P=100KN，輪壓力p=0.7MPa時，按照彈性層狀體系理論，雙圓荷載圖式驗算的最大剪應力τm 分別為0.25、0.53MPa。

1.1.2瀝青混合料抗剪強度計算參照孫立軍教授“以貫入試驗測定抗剪指標”的方法，對橋面鋪裝未病害部位取樣進行貫入試驗（試驗溫度60℃），計算抗剪強度（τd=p/3），結果如表2所示。與可能產生的剪應力相比，現有橋面鋪裝混合料的抗剪強度明顯不足，在修補過的區域，抗剪能力更薄弱。

τ=Fsinα/A

式中：τ——抗剪強度；

F——豎向壓力；

α——剪切角，本試驗中為40℃；

A——剪切面面積（100m2）。

測得乳化瀝青防水層、改性乳化瀝青防水層與橋面混凝土之間的抗剪強度分別為0.25、0.45MPa。顯然采用乳化瀝青或改性乳化瀝青作防水層，層間抗剪強度均不滿足要求。

1.2瀝青鋪裝層厚度對破壞的影響。瀝青混凝土面層厚度越薄，鋪裝層和橋面板間的剪應力越大。一般的設計厚度僅5cm，根據現在鉆芯取樣知最薄處僅3cm，最厚處7cm，遠超出規范+5mm誤差要求。由力學計算知，在車輛的頻繁制動作用下，較薄的瀝青鋪裝層產生的剪應力很大，故瀝青鋪裝層容易出現 推擁、脫層、變形等病害。

1.3水損害。橋面鋪裝層受雨水的長期滲透侵蝕，與梁體共同承受行車荷載并發生循環變形，在車輛輪胎碾壓沖擊作用下形成動水壓力，對混合料造成沖刷。最大動水壓力隨車速的增加呈幾何級數增長，從而使鋪裝層長期在高動水壓力的直接貫穿沖刷下，導致瀝青剝落與細集料散失，由此引發松散、坑槽等破壞，并在行車荷載作用下形成惡性循環。

1.4橋梁結構對鋪裝層破壞的影響。

（1）橋面鋪裝層直接承受行車荷載、梁體變形和環境因素的作用，其變形和應力特征與主梁及橋面板結構形式密切相關，因此橋梁混凝土結構的受力和變形對瀝青鋪裝將產生顯著影響。

（2）由于大部分橋梁為簡支梁橋面連續結構，由于荷載的作用梁體產生撓曲變形使橋面支座處調平層混凝土承受負彎矩作用，由此引起調平層混凝土的開裂并反射到瀝青鋪裝層中。另一方面由于調平層混凝土施工前未將橋面板混凝土表面的浮漿徹底清除，調平層澆注固結后不能與橋面板混凝土形成一個整體層，行車荷載作用下，在應力集中處的調平層混凝土反復承受較大的拉壓應鞭而發生疲勞開裂，由此反射到瀝青鋪裝層產生橫向裂縫。

1.5行車荷載對鋪裝層破壞的影響。近年來超載車輛的增加，加重了橋面鋪裝層的負荷。可見超載對鋪裝層的應變狀態影響很大，加快了橋面鋪裝的早期破壞，縮短了橋面鋪裝的壽命。另外，為了便于交通組織，人為渠化交通，使橋梁結構在運營過程中始終處于偏載狀態，使主車道的鋪裝層承擔了比其余車道大得多的應力，因此加快了主車道鋪裝層的破壞。

1.6橋梁結構的線形對鋪裝破壞的影響。若橋梁的平面線形為彎坡斜橋同時縱向又位于長下坡（豎曲線）末端，車輛駛入該路段時，車載對路面的剪應力急劇增加，加大了對鋪裝層的破壞。

1.7瀝青鋪裝層材料對鋪裝層破壞的影響。

（1）鋪裝層與調平層間的粘結防水層常采用普通瀝青或乳化瀝青，不能有效滲透到混凝土調平層，一般不具備優良的與混凝土層粘結的能力，且其軟化點一般都偏低，高溫極易軟化成潤滑層。

（2）在反復剪應力的作用下和震動力作用下，其粘結效果逐漸下降，加之水浸蝕界面，降低了界面的粘結效果。使得荷載通過橋面瀝青層產生較大的內應力而破壞。因此該類普通的瀝青粘結材料難以滿足使用要求。

1.8施工質量對鋪裝層破壞的影響。施工質量對鋪裝層的破壞影響很大，若混凝土調平層厚薄不均，在薄層處將產生很大的內應力， 調平層首先被壓碎并反射到鋪裝層。調平層的標高控制不好會造成瀝青鋪裝層厚薄不均，薄弱處應力集中首先損壞。

表3橡膠瀝青砂膠性能指標要求指 標1要 求軟化點（RB）/℃1≥100流動性/s1≤3抗流淌性（傾角75°，溫度75℃，時間5h）/mm10剪切強度（60℃）/MPa1≥0.5空隙率/%1≤1滲水率/mL·min-11≤12. 瀝青鋪裝層病害的處治

（1）采用改性瀝青SMA瀝青混凝土作表面層，下設橡膠瀝青砂膠和雙層環氧封閉防水粘結層。SBS改性SMA瀝青混凝土空隙率小，抗滑性、耐久性、高溫穩定性和低溫抗裂性能優越。

（2）橡膠瀝青砂膠防水層具有良好的抗高溫性能、抗變形能力及低空隙特性，除了有效防水和粘結之外，同時起到抵抗變形和緩沖作用，吸收鋪裝層的部分剪應力，提高了鋪裝層的變形隨從性。

（3）由于瀝青砂膠防水層改性瀝青用量較多、粘度大，因此，要求改性瀝青砂膠具有良好的熱穩定性、抗拉和抗剪強度及施工和易性，具體見表3。為實現鋪裝層與混凝土調平層間的有效粘結和防水，采用環氧粘結材料及溶劑型防水粘結材料，環氧粘結劑與混凝土調平層的粘結強度高且對水泥混凝土劑橋面板微型裂縫有良好的滲透固結封閉作用，這是實現橋面鋪裝優良耐久性的技術關鍵。

（4）在環氧粘結層基本固化后，即可涂刷溶劑型粘結劑，環氧粘結防水封閉材料及溶劑型防水粘結材料的技術要求見表4、表5。