橋面鋪裝病害分析及處置措施研究

連增強(qiáng) 閆立飛

中交遠(yuǎn)洲工程咨詢有限公司 河北 石家莊 050035

引言

經(jīng)過(guò)幾十年的大規(guī)模發(fā)展，我國(guó)公路建設(shè)取得了前所未有的巨大成就，截至2018年底，我國(guó)公路總里程突破4800000km，其中高速公路里程達(dá)141000km，全國(guó)橋梁851500座，其中特大橋梁5053座大橋98869座[1]。隨著我國(guó)公路交通的快速發(fā)展，橋梁作為公路的重要組成部分，橋面鋪裝受到車輛荷載的直接沖擊和疲勞作用等，極易出現(xiàn)各種病害，橋面鋪裝車轍、推移、開裂等病害最為普遍，通過(guò)檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生該類病害的主要原因之一是橋面的防水黏結(jié)層缺失或防水黏結(jié)的功能失效。本文對(duì)橋面防水黏結(jié)層在橋面鋪裝中作用進(jìn)行了理論分析并結(jié)合實(shí)際橋面鋪裝病害處治案例進(jìn)行了分析、研究對(duì)以后類似工程提供了工程經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)。

1 工程概況

1.1 橋梁概況

榮烏高速本項(xiàng)目段全線采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，于2011年底建成通車，某特大橋位于起點(diǎn)位置京港澳高速公路附近，其上部結(jié)構(gòu)為122×30m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，橋面鋪裝為10cm瀝青混凝土+FYT-1防水涂料+12cm防水混凝土，下部構(gòu)造采用柱式墩，肋板臺(tái)，樁基礎(chǔ)。

1.2 橋梁病害現(xiàn)狀

2018年6月份發(fā)現(xiàn)某特大橋部分橋面鋪裝出現(xiàn)唧漿、坑槽、龜裂、推移、擁包和車轍等病害，其他段落主要病害為車轍（≥10mm），根據(jù)《榮成—烏海高速公路某橋路面技術(shù)狀況檢評(píng)報(bào)告》（2019.9）天津方向K887+022～K887+814及山西方向K886+547～K887+023車轍深度大于10mm。經(jīng)過(guò)整個(gè)7～9月的雨季后，病害發(fā)展明顯，如不及時(shí)治理將更加迅速發(fā)展，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)及行車安全造成較大影響。橋梁代表性病害照片如下圖1所示。

圖1 龜裂、坑槽破損照片

2 病害檢測(cè)及原因分析

2.1 病害檢測(cè)

為查明鋪裝病害的原因，對(duì)橋面鋪裝病害位置進(jìn)行了鉆芯取樣，并對(duì)病害較輕或完好部位進(jìn)行了鉆芯取樣對(duì)比，發(fā)現(xiàn)病害嚴(yán)重位置瀝青鋪裝層損壞嚴(yán)重，瀝青鋪裝層與橋面防水混凝土層間無(wú)黏結(jié)、整體性差，橋面防水混凝土頂面有浮漿，橋面防水混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合原設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，無(wú)其他病害，病害較輕或完好位置的瀝青混凝土鋪裝芯樣完整，防水混凝土強(qiáng)度符合原設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，瀝青混凝土與橋面防水混凝土之間層間無(wú)黏結(jié)，防水混凝土頂面有浮漿，代表性照片如下圖2、圖3所示。

圖2 瀝青鋪裝芯樣松散、層間無(wú)黏結(jié)、有浮漿

圖3 芯樣完整、層間無(wú)黏結(jié)、有浮漿

2.2 病害原因分析

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究表明，混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝層的主要病害除具有瀝青路面典型病害：裂縫、車轍、坑槽等，另外在剪切破壞病害方面有其明顯特點(diǎn)，根據(jù)李明國(guó)對(duì)廣東省87座混凝土橋梁的瀝青混凝土鋪裝層進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，車轍、推移、擁包病害占比達(dá)到78.1%[2]，通過(guò)對(duì)該橋梁的病害調(diào)查、檢測(cè)及結(jié)構(gòu)分析，其產(chǎn)生病害的主要原因有以下幾個(gè)方面。

2.2.1 混凝土梁橋結(jié)構(gòu)的影響。橋面鋪裝作為直接承受車輛荷載沖擊、磨耗、雨雪侵蝕的橋梁主要構(gòu)件，其既保護(hù)了橋梁主梁結(jié)構(gòu)也將集中作用荷載均勻的向下傳遞，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造也直接決定了瀝青鋪裝層使用功能的發(fā)揮，如簡(jiǎn)支梁橋存在橫向接縫、縱向鉸縫，易在橫向接縫和縱向鉸縫位置產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致鋪裝層裂縫的產(chǎn)生，另外，在連續(xù)梁橋的連續(xù)端受到負(fù)彎矩的影響，造成鋪裝層的開裂病害，如裂縫不能及時(shí)的封閉外部水進(jìn)入鋪裝層，造成瀝青混凝土鋪裝層的水損壞病害產(chǎn)生。

2.2.2 橋面系施工的影響。無(wú)論2004版還是現(xiàn)行《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（第一冊(cè) 土建工程 JTGF80/1-2017），均對(duì)橋面防水層有明確的規(guī)定：“①防水層材料之間應(yīng)具有相容性，并應(yīng)至少不低于橋面瀝青混凝土鋪裝層使用年限的壽命，具有適應(yīng)動(dòng)荷載及混凝土橋梁開裂時(shí)不損壞的性能；②混凝土與防水層的黏結(jié)面應(yīng)堅(jiān)實(shí)、平整、清潔、干燥，無(wú)垃圾、塵土、油污與浮漿，表面處理應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。”現(xiàn)行的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2011）也對(duì)橋面防水層施工前有明確規(guī)定“鋪設(shè)防水材料前應(yīng)清除橋面的浮漿和各類雜物”，橋面施工時(shí)受工期、氣候等其他因素的影響，尤其是大多數(shù)橋面瀝青混凝土與防水層的施工單位與橋梁主體結(jié)構(gòu)施工單位分屬不同的施工標(biāo)段，導(dǎo)致橋面防水層實(shí)施質(zhì)量控制單獨(dú)增加，通過(guò)本項(xiàng)目鉆芯取樣的情況來(lái)看，瀝青混凝土鋪裝層與橋面防水混凝土頂面之間存在浮漿、基本無(wú)黏結(jié)，層間抗剪能力弱是造成車轍、推移病害的主要原因之一。

2.2.3 交通荷載的影響。本項(xiàng)目段是山西、河北東西方向的主要通道，經(jīng)調(diào)查天津方向相對(duì)山西方向?qū)儆谥剀嚪ㄟ^(guò)項(xiàng)目段交調(diào)點(diǎn)提取的交通量數(shù)據(jù)下表1所示，其中大型車占比達(dá)到的46%，收交通管制等因素的影響，大型車輛基本要求靠右行駛，行車道是大型車輛主要通行的通道，在重載交通過(guò)度渠化作用下，行車道瀝青鋪裝層經(jīng)受2～3倍于其他車道的交通荷載作用，通過(guò)對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)橋面鋪裝病害情況，天津方向的重車幅病害程度比山西方向嚴(yán)重，行車道病害遠(yuǎn)大于超車道，在荷載作用的直接影響下造成了路面的疲勞開裂和剪切變形破壞，在雨季外部水的作用下發(fā)生了較為嚴(yán)重的水損壞。

表1 項(xiàng)目段交通量調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

綜上所述產(chǎn)生橋面瀝青混凝土鋪裝病害的主要原因是橋梁結(jié)構(gòu)、橋面系施工、交通荷載影響造成的。

3 病害治理方案

通過(guò)對(duì)橋面鋪裝病害的原因分析并結(jié)合現(xiàn)狀病害情況，需要對(duì)病害進(jìn)行及時(shí)的治理，防治病害進(jìn)一步發(fā)展，影響橋梁結(jié)構(gòu)和行車安全，根據(jù)黃曉明對(duì)水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層技術(shù)現(xiàn)狀綜述[3]研究表明：鋪裝層的耐久性不完全取決于本身強(qiáng)度或材料的卓越性，更取決于鋪裝層結(jié)構(gòu)、材料與橋梁結(jié)構(gòu)、混凝土橋面的適應(yīng)性，鋪裝層及防水黏結(jié)層的綜合設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制及評(píng)價(jià)方法是保障其耐久性的關(guān)鍵。根據(jù)我國(guó)國(guó)內(nèi)常用的橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)及應(yīng)用情況，對(duì)該橋采取以下治理措施。

3.1 處置范圍

經(jīng)查閱原竣工圖，橋面鋪裝層為10cm瀝青層+12cm防水混凝土。在病害處治方案制定時(shí)考慮到橋面位置比較分散、施工項(xiàng)目不集中、部分橋面鋪裝病害處置范圍段落小、工程量小，由于橋面鋪裝病害處治存在以上特點(diǎn)，為此施工質(zhì)量往往很難保證，通過(guò)日常養(yǎng)護(hù)的修修補(bǔ)補(bǔ)很難徹底解決橋面鋪裝的病害，為此，在橋面鋪裝病害處置段落確定時(shí)，以整孔的行車道作為處置對(duì)象。

對(duì)橋面存在唧漿、坑槽、龜裂、推移和擁包采取銑刨原瀝青混凝土鋪裝層，清除表層松散浮漿，保證混凝土與防水層的黏結(jié)面堅(jiān)實(shí)、平整、清潔、干燥，無(wú)垃圾、塵土、油污與浮漿，重新鋪筑瀝青混凝土橋面鋪裝。

對(duì)行車道車轍深度≥10mm的段落進(jìn)行處置，采取銑刨橋面鋪裝瀝青混凝土，重新鋪筑改性瀝青混凝土面層，混凝土防水層頂面處治方式同其他病害處治段。

在混凝土橋面與瀝青混凝土鋪裝層之間增設(shè)SBS改性瀝青黏結(jié)防水層，瀝青灑布量1.8kg/m2，碎石采用潔凈、干燥、單粒徑瀝青預(yù)拌碎石，碎石經(jīng)拌和樓拌和，噴0.5%的瀝青，應(yīng)采用瀝青碎石同步撒布車。

在銑刨完成橋面瀝青混凝土橋面鋪裝后如發(fā)現(xiàn)混凝土橋面存在損壞情況，應(yīng)鑿除損壞的防水混凝土橋面鋪裝，重新澆筑防水混凝土，恢復(fù)橋面鋼筋。

4 結(jié)束語(yǔ)

橋面鋪裝作為直接承受車輛荷載沖擊、磨耗、雨雪侵蝕的橋梁主要構(gòu)件，其既保護(hù)了橋梁主梁結(jié)構(gòu)，也將集中作用荷載均勻的向下傳遞，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造也直接決定了瀝青鋪裝層使用功能的發(fā)揮，在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要加強(qiáng)橋面防水層的設(shè)計(jì)，保證其具有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及鉆孔勘察、瀝青混凝土鋪裝層與橋面防水混凝土頂面之間存在浮漿、基本無(wú)黏結(jié)，層間抗剪能力弱，在過(guò)度渠化的重載交通影響下造成橋面瀝青鋪裝層車轍、推移、坑槽等病害，所以，施工過(guò)程的質(zhì)量控制是保障其耐久性的關(guān)鍵因素之一。

通過(guò)對(duì)橋面鋪裝病害的檢測(cè)、原因分析，并采取了針對(duì)性的處置方案，通過(guò)治理措施方案實(shí)施，大大改善了橋面鋪裝層耐久性和使用功能、排除了安全隱患，為類似工程提供了經(jīng)驗(yàn)。

針對(duì)病害現(xiàn)象及機(jī)理分析，采取生石灰改性土樁處置路基，路面順坡調(diào)平的方案，在很大程度上改善了路基土性質(zhì)，減緩了路基沉陷，通過(guò)調(diào)平路面，大大改善了行車舒適性，排除了行車安全隱患，為類似工程病害處置提供了經(jīng)驗(yàn)。