彎道陡坡路段橋面鋪裝病害成因分析及處治對策研究

王 斌

（甘肅省交通規劃勘察設計院有限責任公司，甘肅 蘭州730030）

0 引言

我國是一個多山的國家，山區面積占國土50%以上，并且大部分山區地區經濟滯后。 受地形地貌及經濟影響，我國山區公路線形標準一般較低，彎多坡陡就成了山區公路線形的主要特點。工程實踐發現，對于同一條山區公路， 彎道陡坡路段的橋面鋪裝往往更早發生病害，而且病害的程度也較直線段更嚴重。

1 病害原因分析

1.1 剪切破壞

在汽車荷載作用時，橋面鋪裝層內部會產生較大的剪應力，一旦橋面鋪裝結構抗剪切強度差，將引起不確定破壞面的剪切變形；橋面鋪裝層與橋面板層間結合面往往是抗剪切能力的最薄弱環節，抗水平剪切能力較弱，在水平方向上易產生相對位移發生剪切破壞，產生推移、擁包等病害。

根據計算及力學分析，在彎道上，路面結構層內最大剪應力隨著彎道半徑的減小而增大；在坡道上，路面結構層內最大剪應力隨著縱坡坡度的增大而增大；路面結構層內最大剪應力隨著彎道與縱坡疊加后合成坡度的增大而增大。因此，從力學角度分析，導致彎道陡坡病害較多的原因主要分為：

內因：彎道的施工控制較直線段復雜，由于彎道超高的影響，壓路機對路面的垂直壓實效果較差。同時，壓路機在彎道或陡坡上行駛，轉向及剎車控制會影響路面的壓實。 壓實度不好，會影響瀝青路面的抗剪性能。

外因：車輛行駛到彎道或陡坡路段時，如果車輛不采取制動措施，以較高速度通過彎道，那么為了抵消離心力，車輛和路面接觸面的摩擦力將增大；如果車輛采取制動措施，此時瀝青路面要為車輛提供足夠的摩擦力以降低行車速度，同時車速降低后，車輪對路面的橫向摩擦力也會增加。

1.1.1 彎道半徑的影響

圖1 彎道半徑大小對最大剪應力的影響

從圖1 中可以看出，在彎道上，路面結構層內最大剪應力隨著彎道半徑的減小而增大，但隨著距路表面越向下減小的幅度越小，在深度為7cm 以下，已不再隨之減小。 在深度為0cm 處，半徑為35m 比半徑為100m 彎道路面結構層內最大剪應力增加4.7%， 半徑為35m 比直道上路面結構層內最大剪應力增加14.3%；在深度為2cm 處，半徑為35m 比半徑為100m 彎道路面結構層內最大剪應力增加4.4%，半徑為35m 比直道路面結構層內最大剪應力增加11.9%；在深度為4cm處， 半徑為35m 比半徑為100m 彎道路面結構層內最大剪應力增加4.4%，半徑為35m 比直道路面結構層內最大剪應力增加11.6%。 說明彎道半徑大小對瀝青路面層內的剪應力影響較大。

1.1.2 坡度的影響

從圖2 中可以看出，在縱坡上，路面結構層內最大剪應力隨著縱坡坡度值的增大而減小，在深度為0cm 處，縱坡坡度為6%比水平路面結構層內最大剪應力減小1.4%，縱坡坡度為6%比縱坡坡度為-6%路面結構層內最大剪應力減小2.6%； 在深度為2cm 處， 縱坡坡度為6%比水平路面結構層內最大剪應力減小0.1%， 縱坡坡度為6%比縱坡坡度為-6%路面結構層內最大剪應力減小0.4%， 由此可見隨著距路表面越向下影響越小，在深度為2cm 處，影響已經較小了。

圖2 縱坡坡度大小對最大剪應力的影響

1.2 水損害

因溫度變化同時伴隨橋面板或梁結構的大撓度，彎道陡坡路段橋面鋪裝層易產生裂縫，水分將沿縫隙滲入加速裂縫的發展，在車輛荷載及滲入的水的共同作用下，橋面鋪裝層極易產生面層的松散和坑槽破壞；瀝青混合料級配類型使用不當或施工質量控制差，致使瀝青混合料中結合料含量太少，使面層混合料中的集料間粘結力差而形成松散。 面層松散料被車輪碾壓后的真空吸力及雨水帶離路面，便形成大小不同的坑槽病害。

1.3 橋面鋪裝層施工厚度不足

在梁板施工過程中，各施工環節把關不嚴，造成梁板尺寸過高、梁板張拉預拱度偏大、支座墊石標高過高、濕接縫澆筑過高、殘留砼未清理等，造成橋面鋪裝厚度不均勻，導致應力集中，進而引起橋面鋪裝產生裂縫。

2 處置措施

2.1 水泥橋面板修復

為減少封閉交通時間、 提高混凝土強度及增強與舊基面粘結強度，采用水泥聚合物快速修補混凝土，找平混凝土厚度不足之處，并恢復鋼筋保護層厚度。其采用快硬水泥-聚合物體系，其中快硬水泥通過調整其熟料礦物組成比例，具有快凝、早強、微膨脹作用，能夠形成致密的水化產物；加入了丁苯聚合物乳液能夠使其與水泥水化產物中的鈣離子、鋁離子進行鍵合，從而使得混凝土更加密實，膠結強度更高。

2.2 瀝青鋪裝層采用纖維瀝青混合料

聚酯纖維具有抗拉強度高、耐高溫耐腐蝕、不溶脹、吸附性強、化學性質穩定等特點，同時具有比普通纖維有更大的表面積，可以吸附更多的瀝青，與瀝青的結合性強，對瀝青流變性有明顯的影響（增加瀝青粘度），可以有效地降低瀝青對溫度的敏感性，增加瀝青混合料的抗剪切能力。 聚酯纖維可顯著提高路面的彈性及改善瀝青路抗龜裂性，更能改善瀝青路面的高溫穩定性、低溫溫度性、抗疲勞性和抗水損壞等性能，從而延長路面的使用壽命。

2.2.1 抗剪切性能

通過室內斜面剪切試驗對該纖維瀝青混合料抗 剪切性能試驗進行了驗證。 首先，通過車轍儀成型車轍板試件（厚8cm），后將車轍板試件切割成10*10*8cm 標準試件；其次，把標準試件放在設定溫度的養生室中養生，滿足要求后采用UTM加載試驗機進行斜面剪切試驗；最后，按照標準試件破壞時的最大剪切力和剪切面積，計算出該纖維瀝青混合料的抗剪切強度。

試驗結果表面：在同等溫度條件下，添加1.5‰聚酯纖維后，瀝青混合料內抗剪切強度有明顯提高，尤其是在高溫條件下，抗剪切強度提高幅度更大。

2.2.2 高溫穩定性

添加了1.5‰聚酯纖維后，瀝青混合料高溫穩定性能有明顯提高，動穩定度達4000 次/mm 以上， 比不添加聚酯纖維的瀝青混合料動穩定度值提高近30%。

2.3 加強層間粘結

施工時先對橋面板進行精銑刨處理，直至橋面板水泥浮漿徹底處治。之后鋪筑熱熔橡膠瀝青碎石封層。熱熔橡膠瀝青碎石封層（SAMI）在抗水損壞、防止反射裂縫、粘結作用三個方面有顯著效果，并起著瀝青面層與橋面板的連結作用。橡膠瀝青用量大，會形成約3mm 厚度的瀝青膜，有效防止雨水向下滲透，對橋面板起到保護作用；高用量的橡膠瀝青與單一粒徑的碎石強力粘結， 形成約0.5cm 左右厚的結構層，有效吸收橋面板上的應力產生，并緩解各種裂縫的反射；橡膠瀝青擁有超強的粘性，它可以非常牢固的吸附粘結在橋面上，從而起到與瀝青鋪裝層的粘結作用。

3 結語

本文對山區公路彎道陡坡路段橋面鋪裝病害進行了調研，通過對彎道瀝青路面結構剪應力進行了理論分析，對彎道陡坡路段橋面鋪裝損壞的原因進行了探討。 并提出了相應的解決方案。 為今后養護維修工程橋面鋪裝層結構選擇和層間處理方法提供了借鑒。

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