橋面鋪裝病害分析及處置措施研究

連增強 閆立飛

中交遠洲工程咨詢有限公司 河北 石家莊 050035

引言

經過幾十年的大規模發展，我國公路建設取得了前所未有的巨大成就，截至2018年底，我國公路總里程突破4800000km，其中高速公路里程達141000km，全國橋梁851500座，其中特大橋梁5053座大橋98869座[1]。隨著我國公路交通的快速發展，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，極易出現各種病害，橋面鋪裝車轍、推移、開裂等病害最為普遍，通過檢測分析發現產生該類病害的主要原因之一是橋面的防水黏結層缺失或防水黏結的功能失效。本文對橋面防水黏結層在橋面鋪裝中作用進行了理論分析并結合實際橋面鋪裝病害處治案例進行了分析、研究對以后類似工程提供了工程經驗及教訓。

1 工程概況

1.1 橋梁概況

榮烏高速本項目段全線采用四車道高速公路標準建設，于2011年底建成通車，某特大橋位于起點位置京港澳高速公路附近，其上部結構為122×30m預應力混凝土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，下部構造采用柱式墩，肋板臺，樁基礎。

1.2 橋梁病害現狀

2018年6月份發現某特大橋部分橋面鋪裝出現唧漿、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《榮成—烏海高速公路某橋路面技術狀況檢評報告》（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。經過整個7～9月的雨季后，病害發展明顯，如不及時治理將更加迅速發展，對橋梁結構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 病害檢測及原因分析

2.1 病害檢測

為查明鋪裝病害的原因，對橋面鋪裝病害位置進行了鉆芯取樣，并對病害較輕或完好部位進行了鉆芯取樣對比，發現病害嚴重位置瀝青鋪裝層損壞嚴重，瀝青鋪裝層與橋面防水混凝土層間無黏結、整體性差，橋面防水混凝土頂面有浮漿，橋面防水混凝土結構強度符合原設計強度要求，無其他病害，病害較輕或完好位置的瀝青混凝土鋪裝芯樣完整，防水混凝土強度符合原設計強度要求，瀝青混凝土與橋面防水混凝土之間層間無黏結，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、層間無黏結、有浮漿

圖3 芯樣完整、層間無黏結、有浮漿

2.2 病害原因分析

根據國內外的研究表明，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，根據李明國對廣東省87座混凝土橋梁的瀝青混凝土鋪裝層進行調查發現，車轍、推移、擁包病害占比達到78.1%[2]，通過對該橋梁的病害調查、檢測及結構分析，其產生病害的主要原因有以下幾個方面。

2.2.1 混凝土梁橋結構的影響。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件，其既保護了橋梁主梁結構也將集中作用荷載均勻的向下傳遞，橋梁結構構造也直接決定了瀝青鋪裝層使用功能的發揮，如簡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生應力集中，從而導致鋪裝層裂縫的產生，另外，在連續梁橋的連續端受到負彎矩的影響，造成鋪裝層的開裂病害，如裂縫不能及時的封閉外部水進入鋪裝層，造成瀝青混凝土鋪裝層的水損壞病害產生。

2.2.2 橋面系施工的影響。無論2004版還是現行《公路工程質量檢驗評定標準》（第一冊 土建工程 JTGF80/1-2017），均對橋面防水層有明確的規定：“①防水層材料之間應具有相容性，并應至少不低于橋面瀝青混凝土鋪裝層使用年限的壽命，具有適應動荷載及混凝土橋梁開裂時不損壞的性能；②混凝土與防水層的黏結面應堅實、平整、清潔、干燥，無垃圾、塵土、油污與浮漿，表面處理應滿足設計要求。”現行的《公路橋涵施工技術規范》（JTG/TF50-2011）也對橋面防水層施工前有明確規定“鋪設防水材料前應清除橋面的浮漿和各類雜物”，橋面施工時受工期、氣候等其他因素的影響，尤其是大多數橋面瀝青混凝土與防水層的施工單位與橋梁主體結構施工單位分屬不同的施工標段，導致橋面防水層實施質量控制單獨增加，通過本項目鉆芯取樣的情況來看，瀝青混凝土鋪裝層與橋面防水混凝土頂面之間存在浮漿、基本無黏結，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。本項目段是山西、河北東西方向的主要通道，經調查天津方向相對山西方向屬于重車幅，通過項目段交調點提取的交通量數據下表1所示，其中大型車占比達到的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，在重載交通過度渠化作用下，行車道瀝青鋪裝層經受2～3倍于其他車道的交通荷載作用，通過對比現場橋面鋪裝病害情況，天津方向的重車幅病害程度比山西方向嚴重，行車道病害遠大于超車道，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生了較為嚴重的水損壞。

表1 項目段交通量調查統計表

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

3 病害治理方案

通過對橋面鋪裝病害的原因分析并結合現狀病害情況，需要對病害進行及時的治理，防治病害進一步發展，影響橋梁結構和行車安全，根據黃曉明對水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層技術現狀綜述[3]研究表明：鋪裝層的耐久性不完全取決于本身強度或材料的卓越性，更取決于鋪裝層結構、材料與橋梁結構、混凝土橋面的適應性，鋪裝層及防水黏結層的綜合設計、施工質量控制及評價方法是保障其耐久性的關鍵。根據我國國內常用的橋面鋪裝層結構及應用情況，對該橋采取以下治理措施。

3.1 處置范圍

經查閱原竣工圖，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考慮到橋面位置比較分散、施工項目不集中、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，為此施工質量往往很難保證，通過日常養護的修修補補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，以整孔的行車道作為處置對象。

對橋面存在唧漿、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面堅實、平整、清潔、干燥，無垃圾、塵土、油污與浮漿，重新鋪筑瀝青混凝土橋面鋪裝。

對行車道車轍深度≥10mm的段落進行處置，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SBS改性瀝青黏結防水層，瀝青灑布量1.8kg/m2，碎石采用潔凈、干燥、單粒徑瀝青預拌碎石，碎石經拌和樓拌和，噴0.5%的瀝青，應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現混凝土橋面存在損壞情況，應鑿除損壞的防水混凝土橋面鋪裝，重新澆筑防水混凝土，恢復橋面鋼筋。

4 結束語

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件，其既保護了橋梁主梁結構，也將集中作用荷載均勻的向下傳遞，橋梁結構構造也直接決定了瀝青鋪裝層使用功能的發揮，在橋梁設計過程中一定要加強橋面防水層的設計，保證其具有足夠的強度、穩定性和耐久性。

通過現場調查及鉆孔勘察、瀝青混凝土鋪裝層與橋面防水混凝土頂面之間存在浮漿、基本無黏結，層間抗剪能力弱，在過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，施工過程的質量控制是保障其耐久性的關鍵因素之一。

通過對橋面鋪裝病害的檢測、原因分析，并采取了針對性的處置方案，通過治理措施方案實施，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驗。

針對病害現象及機理分析，采取生石灰改性土樁處置路基，路面順坡調平的方案，在很大程度上改善了路基土性質，減緩了路基沉陷，通過調平路面，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驗。