水泥混凝土橋梁瀝青鋪裝層病害的防治技術

黃利峰 王金峰

摘 要：橋面鋪裝病害會影響橋梁的使用性能，需要采取合適的措施進行全面防治。本文在對江蘇高速公路橋面鋪裝病害調查分析的基礎上，提出從鋪裝層結構、防水粘結層設置和施工質量控制等三個方面進行病害防治。試驗結果表明，雙層SMA橋面鋪裝結構具有良好的高溫穩定性，有助于防治橋面鋪裝的車轍病害，而且熱噴瀝青加碎石的結構性防水層可以提高鋪裝體系的抗剪切性能。通過在施工中采用合理的壓實機械和界面處置方法，可以顯著提高橋面鋪裝的性能和質量，延長橋面鋪裝的使用壽命。

關鍵詞：水泥混凝土橋梁；橋面鋪裝；病害；防治

橋面鋪裝層是公路橋梁的重要組成部分，不僅直接承受行車荷載作用，而且起到防止雨水下滲腐蝕橋梁主體結構的作用，其質量的優劣，直接影響到整個橋面的運營質量和服務水平，甚至影響橋梁的使用壽命。大量調查研究表明，車轍、擁包推移和松散是水泥混凝土橋面鋪裝層最常見的病害。導致橋面鋪裝出現損壞的原因是多方面的，橋梁所在區域的交通荷載及環境條件是主要的外部因素，而鋪裝層材料類型選擇、施工、養護中存在的不足則是深層原因。因此，需要從路面結構設計、材料選擇和施工控制等多個方面提高橋面鋪裝層的質量，從而延長橋面鋪裝的使用壽命。

1 高速公路橋面鋪裝病害狀況分析

根據對江蘇省內高速公路水泥混凝土橋梁瀝青混凝土橋面鋪裝病害狀況的問卷調查結果，對當前江蘇省高速公路水泥混凝土橋梁瀝青混凝土鋪裝層存在的主要病害進行統計，統計結果表明：坑槽、波浪擁包、車轍等病害是蘇南地區最為常見的橋面鋪裝病害，約占蘇南地區總調研橋梁數（1239座）的1.8%；而蘇北地區橋面鋪裝的病害主要為車轍、坑槽和龜裂、裂縫，約占蘇北地區總調研橋梁數（1405座）的7.54%，這除去了于京、寧通等幾條早期修建的高速公路，由于其橋面鋪裝病害太多，不具有代表性。各典型病害的統計數據表明，坑槽和車轍病害是當前江蘇省高速公路水泥混凝土橋梁瀝青混凝土鋪裝層出現頻率較高的病害，特別是2003年以后修建的高速公路橋面鋪裝普遍采用SMA和SuperPave混合料，使得其橋面早期病害大幅減少，基本只存在一定量的壓實型、剪切流動型或二者結合型的車轍病害。對比不同主梁斷面形式的橋面鋪裝病害情況還發現，采用箱梁作為主梁的斷面形式可較好地提高公路的使用品質，延緩橋梁鋪裝層病害的出現。因此，對于橋面鋪裝而言，交通量是引發橋面鋪裝出現病害的直接因素，但是對于病害數量和病害類型影響較大的因素并非交通量，而是橋面鋪裝的混合料類型、防水粘結層設置和施工質量狀況。

2 水泥混凝土橋梁瀝青鋪裝層結構的選擇

近年來，隨著SMA及AK型混合料在高速公路及橋梁上面層中的大規模應用，其品質已基本被認可，特別是SMA混合料具有熱穩性優良、抗滑耐磨耗、抗裂性及密水性好、施工要求低等特點，較多地用于橋面鋪裝中。但鋪裝下面層的材料類型及品質卻有待優選，通過對SMA13S、SMA9.5S、AC13S、SUP20、AC20等幾種用于鋪裝下面層混合料的高溫性能、低溫性能和水穩定性的對比分析，可以優選出了適宜的鋪裝下面層混合料類型。

采用60℃車轍試驗可以評定5中常用橋面鋪裝下面層材料的高溫穩定性，低溫小梁彎曲試驗可以評定混合料的低溫抗裂性能，浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗可以衡量瀝青混合料的抗水損害性能，試驗測試結果表明：SUP20和SMA混合料各項性能均較好，特別是高溫穩定性較為突出，SUP20混合料除動穩定指標略高于SMA混合料外，其他幾項性能均不及SMA，因此相對于其他幾種混合料SMA應是橋面鋪裝下面層較適宜的混合料類型，且尤以SMA9.5的品質較優。

為全面衡量不同橋面鋪裝混合料組合結構的高溫穩定性，室內試驗按表1中的組合分別成型了雙層車轍板試件，4種橋面鋪裝組合的車轍試驗結果見表1。

從表1的測試結果可以看出，所有的鋪裝組合動穩定度都在3000次/mm以上，說明抗車轍性能較好。4種橋面鋪裝結構組合都表現出較好的抗車轍性能，其中橋面鋪裝組合1和組合2（SMA9.5與SMA13相組合）的抗車轍性能更為優秀，雙層SMA組合次之，而SMA與AC的組合相對較差。

3 橋面防水粘結層的作用及優選

隨著我國公路里程的持續增長，公路橋涵、通道等結構物數量也急劇增加，橋面鋪裝及橋梁結構在使用過程中所暴露的缺陷與不足也日益突出。大量的調查發現，許多地區對橋梁防水粘結層的設計和施工不夠重視，只是在設計中說明需要進行橋面防水處理，但未作具體要求，導致現場防水層施工質量較差。當鋪裝層出現路面病害時，車輛反復作用會導致下滲的雨水會浸泡和沖刷防水粘結層，若防水粘結層質量不佳，會很快出現剝落現象，導致橋面鋪裝喪失整體性，加快橋面鋪裝的破壞。此外，在夏季高溫時，橋梁的鋪裝層和防水粘結層都開始變軟，在車輪荷載反復的擠壓、剪切作用下，容易出現橋面鋪裝的推移破壞，并導致防水粘結層的剪切破壞。因此，橋面鋪裝防水粘結層的合理設置對延緩鋪裝層破損和延長鋪裝結構的使用壽命具有十分重要的意義。

大量的調查表明，橋面鋪裝層間剪切破壞、開裂、水損害等病害都與防水粘結層破壞有很大關系，因此防水粘結層材料應具有適宜的高溫性能、低溫性能、抗水損壞性能、抗剪切性能、粘結性能與抗老化性能。目前，我國的水泥混凝土橋梁防水粘結層主要有橋梁專用防水粘結層、水乳瀝青類、熱融瀝青類及胎體類等四類產品。室內試驗對橡膠瀝青、SBS改性瀝青、SBS改性乳化瀝青、涂膜類防水粘結層材料等幾種水泥混凝土橋面防水粘結層較常用材料的性能進行測試，測試結果見表2。

從表2的試驗測試結果可以看出，SBS改性瀝青、橡膠瀝青和涂膜類材料各項性能指標均能滿足要求，SBS改性乳化瀝青材料的剪切強度、高溫性能和不滲水性均無法滿足要求。考慮到SMA具有表面構造深度大的特點，在SMA鋪裝下層與橋面板之間存在豐富的連通空隙，構成層間水滲流的通道。雙層式SMA鋪裝系統防水層的選擇需要充分考慮這一特點。推薦采用熱噴瀝青（橡膠瀝青、SBS改性瀝青）加碎石的結構性防水層，其中熱噴瀝青在鋪裝層碾壓及運營期間可適度上浮，封堵SMA鋪裝下層與橋面板的層間空隙，在鋪裝層下部形成富瀝青層，從而消除SMA鋪裝層間連通空隙帶來的水損害風險。同時，結構性防水層的碎石可減少施工過程中防水層的機械損傷，并提高鋪裝體系的抗剪切性能。

4 雙層式SMA橋面鋪裝施工質量控制

從大量橋面鋪裝層病害的現場調查結果來看，引起橋面鋪裝破壞的原因，除橋梁所在區域的交通荷載及環境條件是主要的外部因素，鋪裝層材料類型選擇、施工、養護中存在的不足也都是重要的原因。當前橋面鋪裝施工中存在的問題主要表現在幾個方面：鋪裝層壓實不足、橋面板處理不干凈和橋面防水粘結層質量差等。因此，需要對常用壓實機械的使用效果和橋梁界面處置技術的效果進行對比分析，選擇適合雙層SMA橋面鋪裝施工的工程技術方案，從而確保雙層SMA橋面鋪裝的工程質量。

壓實機械選擇和界面處置是影響橋面鋪裝施工質量及使用品質的兩個重要因素。工程實踐表明，采用垂直振動壓路機的壓實效果較振蕩壓路機和膠輪壓路機更優，在均能滿足規范壓實度及現場滲水性能的前提下，振動壓路機+膠輪壓路機的碾壓效果較好。此外，對于水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝層而言，采用合理的橋面板界面處理方案可以有效提高鋪裝層的抗剪性能，而與人工鑿毛處理和拋丸處理相比較，精銑刨則可以更有效改善鋪裝層的抗拉和抗剪強度。

為確保雙層式SMA橋面鋪裝的施工質量，有必要結合鋪裝結構各層的功能及質量難點提出針對性的質量控制方法。壓實度是橋面鋪裝重要的指標，實際工程中需要取芯進行測試，其對防水層甚至橋面板產生損壞，但壓實度與滲水系數相關性很好，路面滲水系數的大小可較好反映其壓實狀況。因此，可以通過嚴格控制滲水系數，來保證路面壓實度，但滲水系數的合格率要求達到100%，包括鋪裝層邊緣30cm處滲水系數達到要求，才能面保證橋面鋪裝的密水性能。

5 結論

橋面鋪裝的質量與橋梁的使用性能密切相關，通過對江蘇高速公路橋面鋪裝病害的調查分析，提出從鋪裝層結構、防水粘結層設置和施工質量控制等三個方面進行防治，得到如下結論：

（1）隨著在瀝青混合料技術的發展，江蘇高速公路橋面鋪裝主要存在的病害是車轍問題，主要為壓密型車轍及剪切流動型車轍；（2）SMA混合料具有優良的熱穩性、抗滑性、抗裂性及密水性，其在橋面鋪裝上面層的應用品質已得到認可，而SMA9.5應用于下面層的性能較為全面，是適合橋面鋪裝下面層的合適混合料類型；（3）采用熱噴瀝青加碎石的結構性防水層可以消除SMA鋪裝層間連通空隙帶來的水損害風險，同時提高鋪裝體系的抗剪切性能；（4）在雙層SMA橋面鋪裝的施工中，采用垂直振動壓路機的壓實效果較好，而且精銑刨界面處置可以改善鋪裝層的抗拉和抗剪強度，并通過測定滲水系數來控制施工質量。

參考文獻

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作者簡介：黃利峰（1981.01- ），男，河南洛陽人，工程師，主要從事公路橋梁工程設計與研究。