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(yán)重。文章結(jié)合檢測中發(fā)現(xiàn)的病害,總結(jié)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(shè)計理論、厚度、施工和養(yǎng)護(hù)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(zhì)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(shè)，都將會造成交通的擁堵，所帶來的經(jīng)濟(jì)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(yīng)用廣泛。目前，國外的研究學(xué)者結(jié)合本國的實際國情，對鋪裝層瀝青混合料的性能以及結(jié)構(gòu)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(jīng)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(gòu)成的網(wǎng)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(jié)構(gòu)的承載力，進(jìn)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(jié)構(gòu)縫處理不當(dāng)，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(jié)構(gòu)縫處首先出現(xiàn)裂縫，并且在車輛荷載的反復(fù)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(fù)彎矩區(qū)，使得鋪裝層中出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，同時過橋車輛交通量大、超載嚴(yán)重導(dǎo)致橋面鋪裝疲勞開裂。裂縫產(chǎn)生之后橋面鋪裝的受力狀況更加不利，裂縫就存在進(jìn)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(fù)作用下而產(chǎn)生永久變形和塑性流動，進(jìn)而逐漸形成瀝青混凝土的側(cè)向流動變形和早期的壓縮變形。(2)隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大型車輛和超重車輛的大量出現(xiàn)，進(jìn)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(jié)構(gòu)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(shè)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(fù)作用下，瀝青和骨料之間的粘結(jié)力逐漸喪失，骨料就會脫離，進(jìn)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(nèi)會產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，首先在鋪裝層內(nèi)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的點損壞，隨后逐漸向四周進(jìn)行擴(kuò)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(jié)構(gòu)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(fù)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(dāng)，例如粗集料尺寸偏小，細(xì)料偏多，同時瀝青用量偏大等，這些因素都會導(dǎo)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(shè)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(zhì)地軟弱，缺少棱角，那么在車輪荷載的反復(fù)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(shè)置一層較薄的粘結(jié)層， 利用粘結(jié)層以保障鋪裝層和底層之間具有有效聯(lián)結(jié)。但是，由于粘結(jié)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(fù)合材料層間結(jié)構(gòu)。層間脫層就是復(fù)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(dǎo)致脫層的擴(kuò)展，嚴(yán)重時可能導(dǎo)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(jié)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(dǎo)致鋪裝層與底層分離， 使得鋪裝層發(fā)生推移甚至脫落，進(jìn)而造成嚴(yán)重的鋪裝層損壞。(2)因為橋面鋪裝層是直接和車輪進(jìn)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(yīng)力場，從而導(dǎo)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(nèi)，由于汽車荷載的反復(fù)作用，導(dǎo)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(jìn)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(jìn)行改進(jìn)可以從設(shè)計理論、施工工藝、維修養(yǎng)護(hù)以及檢測等多個方面進(jìn)行研究。

2.1 完善鋪裝層的設(shè)計理論橋面鋪裝是一個受力非常復(fù)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(jié)構(gòu)的變形。但是目前，橋面鋪裝認(rèn)為是橋梁的附屬設(shè)施，因此在橋梁的結(jié)構(gòu)理論中關(guān)于橋面鋪裝層的計算分析理論較少。考慮當(dāng)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(shè)計的經(jīng)驗理論已不能夠與其相適應(yīng)了，因此，應(yīng)盡快建立更加完善的設(shè)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(shè)計可能因片面強調(diào)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(diào)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(shè)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(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)為依據(jù)，使設(shè)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(zhì)量

瀝青混凝土橋面鋪裝層的施工質(zhì)量直接影響橋面鋪裝的質(zhì)量。要合理優(yōu)化瀝青混凝土的配合比，并進(jìn)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(jīng)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(guān)系[4]。因此，在施工中嚴(yán)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(jìn)行施工，嚴(yán)禁在施工中隨意調(diào)頭、剎車、停留等，從而保證瀝青混凝土的壓實度和質(zhì)量。

2.4 后期合理養(yǎng)護(hù)

橋梁運營過程中，合理的養(yǎng)護(hù)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(shè)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(shè)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(shù)對橋面鋪裝進(jìn)行檢測

對橋梁進(jìn)行定期檢查，采用先進(jìn)的技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝潛在的病害，及時維護(hù)可延長橋梁使用壽命。例如，可以采用光纖傳感器技術(shù)檢測橋面鋪裝脫層現(xiàn)象[5]。其應(yīng)用原理是將光纖傳感器埋入粘結(jié)層內(nèi)，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(jìn)行鋪裝層脫層檢測能夠判斷出鋪裝材料、粘結(jié)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(jié)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(jié)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(jìn)行了分析。同時為了能夠改善橋面鋪裝的性能，提出了應(yīng)該從設(shè)計理論、施工和養(yǎng)護(hù)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(xué),2006.

[3]馬亦斌,錢穎穎等.特大橋瀝青混凝土橋面鋪裝材料應(yīng)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(shù)研究[J].儀器儀表學(xué)報,2004第4期,272-274.

康冊(1978年11月),性別：女,學(xué)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(xué)歷：大專,職稱：助理工程師,研究方向：工程施工。