橋面鋪裝新型病害機理分析與對策研究

何 麗 張進泉 李 銳 楊 光

（1、江漢大學文理學院，湖北 武漢 430056 2、湖南城建職業技術學院、湖南建筑高級技工學校，湖南 長沙 410015 3，4、中鐵十一局集團第二工程有限公司，湖北 十堰 442525）

據調查統計，大部分高速公路上水泥混凝土構造物上的瀝青混凝土鋪裝層的各種損害要比路基路面上嚴重得多。橋面鋪裝層的病害防治的相關研究不少，但有實質性內容并不多，大都把病害列舉一下，籠統的寫一些通用的防治方法。本文基于高速公路實際工程展開有針對性的分析及對策研究，深入分析了該高速公路所出現的新型病害。

1 病害機理分析

1.1 內部松散現象的產生原因

在發生內部松散現象的地方發現，雨后的雨水通過透水處進入下面層中便停留其中，無法排出，取芯孔中除去冷卻水仍不斷冒出水，說明下面層內部長期處在水的侵蝕中，路表部分發生了油斑，但除了部分有油斑外，無其他明顯變形或病害。可以推斷：內部松散的地方內部混合料侵蝕嚴重，甚至集料顆粒完全裸露，但憑借期間的骨料嵌擠作用，仍可以維持較長一段時間，同時此種松散并非只是停留在內部而不破壞表面，而是從內部的松散向上擴散，最終導致表面的松散、剝落、裂縫等破壞。最終達到路表時，形成“口小底大”的非常規坑洞。另外，發生內部松散的地方瀝青層間基本都脫落。

1.2 新型泛漿現象的機理初探

泛漿現象在被調查道路較為嚴重，大面積的泛漿比比皆是。仔細觀察不難發現，道路的路幅為雙向四車道，路面的匯水面積因此較大，而所有的降水都必須匯集到最外側的排水口才能得以排除，加上排水系統的不完善及淤堵，雨天降水往往匯集在車道下面層內部而不能及時排除。幾個原因都促使了泛漿的發生。之所以稱為新型泛漿，是因為它在水侵入的途徑方面不同于以往的唧漿。唧漿是在路面裂縫處，外界水可以不斷滲入并積存于橋面頂面，橋面結合料在侵入水的浸泡下形成泥漿或灰漿，行車荷載的反復擠壓，使它從裂縫中被擠壓而出，橋面不耐沖刷和路面裂縫是唧漿的根本原因所在。唧漿現象中，水侵入路面結構內部的途徑是路面上已經出現的裂縫，唧漿的范圍也僅限于裂縫的周圍。而在新型泛漿現象中，強大的有壓水侵入途徑是通過瀝青層的空隙，穿透結構完整的瀝青面層，橋面頂面的水泥漿也通過相同的途徑被擠壓到路表，泛漿的范圍是所有瀝青面層透水處。同時我們對部分發生病害的橋面的不同位置進行了滲水試驗發現，并不是所有橋面的滲水系數都很大，而是部分地點的空隙較大，滲水比較嚴重，大部分地點的滲水系數很小，這同時也暴露了施工的不均勻性、部分地點的壓實度不夠等帶來的橋面嚴重積水。同時也是各種早期損害的根本原因所在。

1.3 剝落現象的根源

為了避免鉆芯時冷卻水對取樣的擾動，取樣時使用風鎬將路面整體挖開，這條道路的底面層混合料使用的是石灰巖集料，按照以往的經驗來判斷，不應該發生剝落，然而恰恰是這種堿性集料卻出現了嚴重的剝落。被挖開的面層底部還散落著一些因為剝落而松散的集料顆粒，而且非常潮濕甚至積存有大量的水。這從側面反映出當前修筑的高等級路面透水性大，或鋪裝層的不均勻性較大而排水系統卻不完善的問題。水通過空隙較大的地方透入但卻無法排出，而給剝落等問題提供了方便。

面層底部集料發生剝落說明了兩方面的問題：①即使是底面層，對瀝青/集料粘附性的要求也不能任意降低。尤其是當表面層使用了空隙率較大的開級配抗滑磨耗層時，整個面層的透水性大大增加，底面層很可能長期處于水侵蝕下，所以其水穩定性不應該任意降低。②另一方面，即使是與瀝青粘附性一向較好的石灰石，也難以抵御長時間的水侵蝕。路面的空隙率越大，透水性就越大，對瀝青/集料粘附性的要求就越高，平衡空隙率與粘附性之間的關系是路面混合料設計的重要任務。粘附性相對不足是多種道路病害的主要原因，必須給予足夠的重視。

習慣上認為瀝青與酸性集料的粘附性較差，易發生剝落，而與堿性集料的粘附性較好。從實際調查的結果來看，堿性集料與酸性集料同樣存在剝落現象，只是不同的環境造成的剝落程度不同而已。

1.4 “口小底大”坑洞的分析

造成坑洞的原因主要是松散。包括傳統松散和內部松散。傳統的松散是由于瀝青與集料的粘附性較差，在外界水的侵蝕下，路表面的瀝青混合料首先發生剝落，致使此處的集料由于喪失粘結而松散開來。隨著破壞的加劇，集料逐漸散失，路面上就形成了一些大小不一的坑洞。如前所述，內部松散首先發生在瀝青層底面，然后逐漸向上發展，直至最后貫穿整個瀝青層，在路表面形成坑洞。路表完好的地段可能內部已經發生破壞并正在向路表發展。

1.5 橋面鋪裝層內部大量積水成因探究

路面的壓實度不足所導致的危害是顯而易見的，空隙率偏大、通透性增大，如果內部排水不暢，則極易在雨后累積大量水分，導致水損壞。本次調查發現許多瀝青路面存在壓實不足問題是比較嚴重的。該公路普遍采用密級配的面層，設計空隙率一般為4%，通過鉆芯發現，瀝青面層壓實度為94%左右，有的只有92%，所以路面建成之初的實際空隙率為10%-12%；這個空隙率本已太大。但如果壓實度達不到要求的話，路面的空隙率則更大，瀝青面層透水嚴重也就成了必然現象。大雨過后，雨水通過空隙透入而無法排出，積水可在面層內形成自由液面。又因路面橫坡的存在，往往在外側車道積存的水較多，所以出現了鉆取芯樣時的積水現象。因此壓實度不足又是其他病害，包括水分的侵入的根源之一。

2 防治對策研究

2.1 確保橋面鋪裝層厚度

瀝青混凝土鋪裝層的加厚可以減少水泥混凝土橋面的溫度變化，從而降低瀝青混凝土鋪裝層底部拉應力。在我國，高速公路瀝青面層一般采用表面層為4cm細粒式瀝青混凝土；中面層為5cm或6cm中粒式瀝青混凝土；下面層6cm或7cm粗粒式瀝青混凝土的典型結構。因此建議高速公路瀝青混凝土鋪裝層的厚度應與主線路面的表面層、中面層結構相一致，厚度以大于9cm為宜。

2.2 設置合理有效的橋面排水系統及橋面防水層

瀝青鋪裝層本身是透水的，即使采用密級配，由于壓實度的差異、材料離析及施工不均勻性等原因，都會導致局部透水現象。因此在做好瀝青層表面排水的同時，也要做好瀝青層內部排水和有效的防水層。

2.3 保證混凝土橋面與鋪裝層的結合

根據理論分析可知，結構層間接觸條件對其底部受力影響極大，提高層間接觸程度可以顯著提高結構層的疲勞壽命。層間滑動時的最大主拉應力較層間連續時大4～5倍。因此在施工中應加強瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土橋面的粘結，采用粘結力好的改性瀝青作為橋面粘層油，施工粘層油前應清除水泥混凝土橋面的雜物及浮漿，同時對水泥混凝土橋面做鑿毛處理。此外，還需將鑿后的混凝土松散粒、砂石、泥污等清除干凈。為有利于層間粘結牢固。

2.4 保證水泥混凝土橋面的平整度

嚴格控制施工質量，保證水泥混凝土橋面的平整度，特別是控制水泥混凝土橋面標高不得突破設計標高，從而避免產生使瀝青混凝土面層減薄的不利現象，也避免了橋面出現不平的現象，防止橋面存水。

2.5 設計與施工的統一

由于設計中的有些地方在施工中很難實施或很難較好的實施。如果設計時不考慮施工中的因素，就容易導致由于設計施工的脫節引起的工程缺陷，為早期損害埋下隱患。因此要注意設計與施工的統一。

3 結語

瀝青橋面鋪裝層早期破壞普遍存在比一般路面嚴重的多，降水滲入瀝青面層中后無法排除、水泥混凝土平整度差，施工的不均勻性，集料與瀝青的粘附性差，排水系統不完善等，加上汽車荷載和溫度應力的共同作用下導致瀝青面層發生破壞，出現種種病害。針對不同的病害，有針對性地采取措施進行防治，完全可以將損害的程度降低到很小，同時，在設計在瀝青時要考慮到施工的實際情況，盡量統一起來。施工中應嚴格控制各道工序、各項指標，減少和消除各種不利因素對瀝青橋面鋪裝層造成的損害，以提高瀝青混凝土橋面鋪裝層的耐久性和行車舒適性，延長橋梁使用壽命。

[1]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防[M].北京：民交通出版社，2001.5.

[2]黃志義，潘偉兵，徐興等.路面接觸非線性特性研究[J].公路交通科技.2005.5（22）:1-4.