桥面沥青铺装层裂缝病害分析及处理措施

方旭维

摘要：受桥面铺装技术的限制，桥面沥青铺装层使用的寿命较短，通常情况下使用3～5年就会发生损坏，不仅影响正常通行，还增加了运营成本。文章则以轨道交通11号线马陆站综合交通枢纽中马漳河桥、新第二塘桥为例，对其沥青铺装层的病害进行调查，分析了存在的主要病害类型，并进行了原因分析，最后太长了桥面沥青铺装层裂缝病害处理措施。

关键词：沥青铺装层；裂缝病害；马漳河桥；新第二塘桥

中图分类号： U416 文献标识码： A

引言

通过查阅相关文献资料，并运用现场观测、挖验等方法，对典型的马漳河桥、新第二塘桥桥面铺装结构、病害类型及程度全面进行了调查分析。通过对调查结果的分析能够看出混凝土桥面铺装具有的共同点：混凝土桥面铺装一般下层 (调平层) 设计有4～15cm 的带钢筋网的混凝土，铺装面层为沥青混凝土层，采用密级配或开级配沥青混凝土。可见在桥面铺装的过程中，大都不重视桥面粘层以及防水层的设计。

1 混凝土桥面沥青铺装病害

本文依据对马漳河桥、新第二塘桥的调查结果，把桥面铺装的病害程度划分为: 严重破坏、中等程度破坏、轻微破坏，分类的具体标准如表1所示。桥面结构的整体性通过桥面的破损情况直接反映出来，运用个综合以及分项指标进行分别评价。综合指标则是指把不同形式的破损利用一定的折算系数进行当量破损面积的折算，同时联系整个桥面的总面积对桥面铺装破损的整体情况进行反映。

表 1 桥面铺装病害程度的分类及描述

病害程度 病害描述

严重破坏 存在严重的拥包、坑槽、裂缝等病害，病害面积达到桥面面积的 10%以上

中等破坏 拥包较多，坑槽较少，修补面积较少

轻微破坏 无坑槽病害，存在少量的拥包、裂缝破坏，基本无修补

将常见混凝土桥面铺装病害分为 4 类，并按照其在马漳河桥、新第二塘桥桥面上的破损严重程度由重到轻进行排序，分别为: 水损类，变形类，开裂类和表面损坏类。

1.1水损类

在车辆荷载的作用下，桥面铺装的沥青混合料，沥青会从混合料中脱落，产生脱皮现象，导致沥青混合料的散失，留下一个空洞的甲板，如图1所示，和有一个足够深的存水，它可能会导致水漂现象，以此产生安全问题。松散粒料路面面层可以减小滑动阻力，并驱动轮胎在他的车道上长大，导致其他问题，严重影响了行车的安全性和舒适性。防水粘结层的设置和不合理的路面材料设计是马漳河桥、新第二塘桥桥面板的主要水损害的原因。

（a）坑槽（b）裂缝处剥落

图 1 水损类破坏

1.2 变形类

变形类主要包括轮迹带附近的车辙及推移、拥包等，如图 2 所示。在桥面铺装早期破坏中，车辙是一种比较常见的现象。拥包、推移主要是由于路面和桥面板粘结层之间的关节很差，或防水层材料的质量不高，在高温季节软化，以沥青混合料的轮轨滑动两侧车轮轨道位置，引起剪切病害，如推移等。

（a）车辙（b）推移

图 2 变形类损坏

1.3 开裂类

开裂的主要原因，一方面，是结构缝处理不当的施工，留下隐患，车辆荷载的反复作用下，导致沥青路面反射裂缝的产生；另一方面是由于加劲构件在桥面系统的作用，在局部应力浓度的负弯矩区或造成路面进行路面在车辆荷载作用下，疲劳裂纹。如图 3 所示。

（a）横向裂缝 （b）网裂

图 3 裂缝病害

1.4表面损坏

表面损坏主要包括沥青混凝土本身的设计是不合理的骨料冲洗，抛光，和其他形式的破坏。如果矿料级配沥青混合料不当，细集料，沥青用量偏大，或聚合材料的质量缺陷，棱角的缺乏，或在混合过程中的生产，运输和摊铺离析的路面层，在使用过程中，容易造成冲洗或沥青路面骨料逐渐抛光的表面，导致桥面过度光滑，如图 4 所示。

图 4 泛油

2 病害成因分析

通过混凝土桥面沥青铺装层典型病害的总结，分析造成混凝土桥面沥青铺装层早期破坏的原因是多方面的，涉及到结构设计、材料设计、施工、气候及交通条件等诸多方面，深刻认识沥青铺装层出现上述病害的机理是提出有效防止其早期损坏、延长其耐久性和使用寿命的重要前提。

2.1 桥面铺装层受力分析不足

桥面铺装是一个受力复杂的动力体系，它直接承受车轮荷载的冲击，部分或全部参与主梁结构的变形，各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。对于连续梁桥、拱桥及悬臂梁桥等桥型结构，由于荷载的作用主梁上部产生负弯矩或拉应力，使桥面铺装层受到拉应力作用而产生负弯矩并产生裂缝，从而造成桥面铺装的损坏。此外，随着材料工业的发展，桥梁承重结构的改进，使桥梁主梁能以较柔的结构达到受力的要求，高等级公路大跨径桥梁的横向越来越宽，在设计计算中侧重于主梁纵向的计算分析，对桥梁横向刚度重视不足，横向构造措施不利也使桥面铺装分担了过多的次内力。

2.2 铺装层结构与材料设计不合理

从调查情况来看，桥面铺装结构层的厚度和级配组成没有经过特别设计，基本上与相邻普通路面一样。多数桥面铺装层的厚度明显偏薄，基本上在 5 ～8cm 左右。实际上，由于桥面系的加劲部件的存在，使得刚－柔铺装层体系的受力状态更加复杂，使用条件更为苛刻。显然，在交通量大、重型车和超载车辆增多的现实情况下，桥面铺装还停留在过去经验设计的基础上，已经不能适应现在的道路交通需要。

桥面铺装层材料设计有可能因片面强调材料的某一方面的性能而削弱了其他性能。比如，如果只是过分强调铺装层高温稳定性，就会削弱其低温抗裂性能，出现大量的温缩裂缝。所以，铺装层材料设计是一个均衡的过程，要抓住铺装层最常见的破坏类型这一主要矛盾，以结构分析数据为标准，使设计的铺装层在厚度、材料组成方面能够具有更好的适应桥面板变形的能力，来延长铺装层的耐久性及使用寿命。

调查中还发现，已建混凝土桥的桥面铺装设置防水粘结层的情况较少。由于混凝土桥面板与沥青铺装层材料差异较大，它们之间若不设置防水粘结层难以有效形成受力整体。桥面铺装层一经开裂，在车轮的动力荷载作用下，裂缝便会不断发展。同时，由于水分不可避免地会渗入沥青混合料，若没有防水层的设置，渗入的水分最终会影响钢筋混凝土梁板的使用。所以桥面设置防水粘结层可以避免和减缓铺装层损坏，没有设置防水粘结层的铺装层不能和桥面板一起承受车辆荷载的作用，较易出现脱层、推移等破坏形式。

2.3 铺装层施工不良

铺装层设计如果没有严格的施工组织和质量保证措施就难以达到设计要求。调查中发现，铺装层沥青混凝土的压实存在多种问题。在铺装层的边缘压路机不易压到之处，经常出现压实不够、空隙率偏大的情况。而在车辆荷载的反复作用下，其很容易引起铺装层的早期水损，如图 5。有的铺装层在摊铺时会出现离析现象，导致铺装层局部的空隙率很大，通车以后也会出现较严重的水损害。此外，施工完成检测钻芯取样后，没有及时填实钻坑，或者填料与原来的级配相差较大等都给该处铺装层的损坏留下隐患，如图 6。

图 5 铺装层边缘不易碾压造成透水现象 图 6 钻芯后没有填实的坑洞

2.4 铺装层养护不当

通车以后，合理的养护能有效的延长铺装层的使用寿命。水是导致沥青铺装层损坏的主要原因之一，设计合理的桥面排水系统并保证其畅通显得非常必要。如果桥面铺装体系的排水系统设计不当，渗入的水分无法及时排出，会加剧铺装层的损坏。但是调查中发现很多桥面的泄水孔处于堵塞状态，没有起到排水作用，也造成了铺装层在雨季经常处于饱水状态。

调查中还发现，有的铺装层表面开始出现松散现象，但没有得到及时养护，有的虽然养护了，但补坑的材料属性和原来铺装层的相差太大，最终导致该处出现大面积的严重损坏，形成坑槽等破坏。

综上所述，重载、高温、雨水、施工质量是马漳河桥、新第二塘桥桥面的沥青混凝土铺装产生破坏的最主要外因，而铺装层的结构设计、材料设计、防水层以及粘结层的设计是其产生破坏的主要内因，其中防水粘结层的设置是桥面铺装区别于普通路面结构的一个典型标志，其设置是否有效直接关系到整个铺装层的使用功能，应引起重视。

3 沥青铺装层病害的处理措施

根据对马漳河桥、新第二塘桥铺装面层的病害调查分析,其病害十分严重和典型,全桥左幅大面积出现裂缝、推移、拥包、坑洞、沥青混合料剥落等病害。已不是预防性养护和矫正性养护阶段所能处治的工作,故需对左幅桥面铺装进行翻修,考虑到桥面高程的限制,铺装层厚度保持原设计厚度为5 cm。处治断面如图7所示。

表2各结构层处理方式

铺装层 雾封层（0.6kg/m2）

铺装上层改性沥青SMA(40mm）

应力吸收层 橡胶沥青砂胶（5mm厚）

溶剂型粘结剂，0.6~0.7kg/m2

防水粘结层 0.4-0.6mm环氧封闭上层（撒1.18~2.36mm机制砂）

0.2-0.3mm环氧封闭上层（撒0.3~0.6mm机制砂）

混凝土桥板 喷砂打毛

图7 沥青铺装层处治横断面图

采用改性沥青SMA沥青混凝土作表面层,下设橡胶沥青砂胶和双层环氧封闭防水粘结层。SBS改性SMA沥青混凝土空隙率小,抗滑性、耐久性、高温稳定性和低温抗裂性能优越。橡胶沥青砂胶防水层具有良好的抗高温性能、抗变形能力及低空隙特性,除了有效防水和粘结之外,同时起到抵抗变形和缓冲作用,吸收铺装层的部分剪应力,提高了铺装层的变形随从性。由于沥青砂胶防水层改性沥青用量较多、粘度大,因此,要求改性沥青砂胶具有良好的热稳定性、抗拉和抗剪强度及施工和易性,具体见表3。

表3 橡胶沥青砂胶性能指标要求

指标 要求

软化点(R&B)/。C ≥100

流动性/s ≤3

抗流淌性(倾角75。,温度75。,时间5h)/mm 0

剪切强度(60。C)/MPa ≥0.5

空隙率/% ≤1

渗水率/mL·min-1 ≤1

为实现铺装层与混凝土调平层间的有效粘结和防水,采用环氧粘结材料及溶剂型防水粘结材料,环氧粘结剂与混凝土调平层的粘结强度高且对混凝土及桥面板微型裂缝有良好的渗透固结封闭作用,这是实现桥面铺装优良耐久性的技术关键。在环氧粘结层基本固化后,即可涂刷溶剂型粘结剂,环氧粘结防水封闭材料及溶剂型防水粘结材料的技术要求见表4、5。

表4 环氧粘结材料技术要求

性 能 要求

粘结强度(25。C)/MPa ≥1.5

剪切强度70。C ≥2.0

/MPa25 。C ≥3.0

拉伸伸长率(25。C)/% ≥20

低温弯曲性能(-20。C) 20圆棒弯曲90。无裂纹

表5 溶剂型粘结剂技术要求

粘度(20。C)/s ≤40

固体含量/% ≥40

闪点。C ≥230

施工温度/。C 5~40

施工时间/h ≥4

指干时间(25。C)/h ≤4

与底层粘结强度(25。C)/MPa ≥2.0

最后,在面层SMA-10铺设时,为弥补沥青混合料施工中的一些缺陷,采用路面雾封层对整个铺装表面进行封水处理,雾封层的材料技术指标见表6,用量为0.6 kg/m2。封水后的路面应待雾封层完全固化后,开放交通。

表6 雾封层材料技术指标

检测项目 技术要求 试验方法或仪器

比重(25。C) ≥1.04 ASTM D 70

恩格拉粘度(50。C/s ≤50 JTJ 052-2000

有效物含量/% 50 JTJ 052-2000

结语

当前混凝土桥面沥青铺装层早期破坏的有效处治办法是采用复合式铺装结构,即采用新型SMA沥青路面,借助钢桥面的经验,设橡胶沥青砂胶吸收应力层,兼具粘结和防水功能。粘结层采用环氧封闭层和溶剂型粘结剂保证与底层的粘结强度。另外,为防止施工压实质量的下降,在表面喷洒雾封层,能够进一步起到阻水作用,延长铺装层的寿命周期。

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