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的一部分，是山西省高速公路網規劃“三縱十二橫十二環”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，地質復雜。該路段通行車輛多為大型貨車，交通量大且重載現象嚴重，加之夏季炎熱冬季寒冷，導致北偏城大橋橋面出現嚴重的橫縱裂縫、塊狀裂縫、松散、坑槽等病害，嚴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 橋面鋪裝層病害調查

為評價橋面病害嚴重程度與發展速度,采用人工調查、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查，橋面鋪裝層病害類型包括連續坑槽、網裂、唧漿、推移擁包等，見圖1～圖4。

圖1 橋面坑槽

圖2 橋面網裂

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大面積網裂、坑槽，部分養護修補后的瀝青鋪裝層反復出現網裂、坑槽、唧漿病害。

b）瀝青路面裂縫處有明顯滲水痕跡，裂縫處唧漿嚴重。

c）對路面瀝青鋪裝層典型病害處鉆芯取樣發現，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，嚴重影響瀝青混凝土鋪裝層同水泥混凝土鋪裝層層間黏結。

d）水泥混凝土鋪裝層表面水泥膠結料缺失，骨料呈松散、破碎狀態。

3 交通量與交通組成調查

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處斷面交通量調查發現：從2013年至2018年，年平均日交通量呈持續快速增長態勢，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，詳細調查結果見圖5。

圖5 汾離高速公路歷年交通量統計表

經過對汾離高速公路交通組成調查發現：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

橋面出現的坑槽、網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作用及橋面空隙動水壓力的作用下，橋面瀝青面層逐漸產生疲勞開裂，并發展成塊狀裂縫、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，在行車荷載的持續作用下動水壓力下不斷破壞防水黏結層，層間黏結作用變差造成水泥鋪裝破損，水泥漿反射形成唧漿。

4.2 橋面鋪裝層結構的影響

汾離高速公路北偏城大橋采用瀝青混凝土+水泥混凝土復合式鋪裝結構，橋面瀝青混合料在重載車輛重復荷載作用下逐漸出現裂縫、網裂病害，雨水沿裂縫處滲入瀝青混合料內部，使瀝青混合料逐漸出現坑槽、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。由于雨水下滲導致梁間濕接縫破損，梁與梁之間橫向聯系減弱，當橋面鋪裝層出現反射裂縫時，更加劇了雨水下滲，造成鋪裝層的進一步損壞，如此反復循環作用，導致橋梁出現橋面開裂破損病害且越來越嚴重。

b）水泥混凝土鋪裝層上直接加鋪瀝青混合料，層間黏結不好，導致瀝青層與水泥混凝土鋪裝層分別受力，瀝青層底拉應力過大，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，使層間黏結強度不斷降低，加速了鋪裝層病害的產生[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，在面層產生較大的剪應力，致使瀝青混凝土產生擁包、推移病害[2-3]。

5 養護處治對策研究

5.1 處治思路

a）樹立全壽命周期成本理念，以提高質量為目標，做到系統最優。結合國內外高速公路維修處治工程實踐，堅持科學合理的評價方法，兼顧項目初期建設成本和后期維修養護成本，提高工程質量，延長橋面使用壽命，提高綜合服務能力，達到最佳的技術經濟效益。

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

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，提高結構耐久性。

5.2 養護處治對策

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）、鋼筋混凝土調平層（8 cm）進行銑刨，對梁體頂板存在的孔洞采用環氧樹脂砂漿修補。

重新鋪設雙層鋼筋網片，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。

本設計優化原橋面結構方案，采用雙層鋼筋網鋼纖維混凝土+超黏纖維磨耗層的設計，具體分析如下：

a）承載力計算，改造前原設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%，仍小于原設計方案中橋梁最大支反力的設計要求，故鋪裝方案的更改，對橋梁原結構受力影響很小，可采用改造后的設計方案。

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）承重受力結構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合不良問題，大幅減少了常見病害的出現。

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、架設雙層鋼筋網的設計方案，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定性[4]；同時由于橋面鋪裝網片的增加，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上開發的一種新型道路預防性養護技術，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合力學嵌鎖體系，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指標見表2。

表2 超黏磨耗層混合料技術指標

6 橋面鋪裝層處治施工技術要點

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）鑿除鋼筋混凝土調平層，鑿除時，禁止使用沖擊力較大的設備，以確保箱梁頂部不受損傷，尤其是橋梁負彎矩區域；鑿除后的工程棄渣，不得集中堆砌，以免造成較大的集中應力對主梁產生損傷；若箱梁頂板存在破損，應使用配制好的環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片

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

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）橋面鋼筋網片應在整跨鋪裝層內連續鋪設，局部泄水孔處鋼筋網片切斷時應設置補強鋼筋。

6.4 混凝土鋪裝層施工

a）鋼纖維混凝土鋪裝層澆筑前，應沖洗、清理原結構混凝土表面，并涂刷新舊混凝土界面劑。

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

c）鋼纖維混凝土應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計。在施工中應嚴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生的結構開裂。

d）鋼纖維混凝土澆筑完畢后應立即覆蓋塑料膜養生，嚴格控制養護條件，防止水分蒸發，造成干縮裂紋。

6.5 超黏磨耗層施工

6.5.1 混合料配合比設計

按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）的方法，確定礦料、填料、水的用量，確定最佳油石比，符合配合比設計技術要求和配合比設計檢驗要求，以此作為目標配合比，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，在設計配合比的基礎上作小范圍調整，確定施工配合比，以此作為生產配合比。

6.5.2 施工控制要點

a）超黏磨耗層設備控制最佳車速為3.0 km/h。

b）若半幅施工，半幅開放交通，應做好搭接縫的處理。

c）施工、養生期內的氣溫應高于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控制在40 km/h以下，且避免車輛緊急剎車。

7 結語

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護處治，經過1年多的跟蹤觀測，橋面鋪裝層整體完好，未重復出現網裂、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合式鋪裝結構，常用的養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合式鋪裝結構，而養護處治完畢后1～2年內即重復出現大面積網裂、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護處治對策為類似工程的養護處治提供了經濟、耐久、可靠的技術方案和工程實踐。