弯道陡坡路段桥面铺装病害成因分析及处治对策研究

2014-12-25王斌

科技视界 2014年23期

王斌

（甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司，甘肃兰州730030）

0 引言

我国是一个多山的国家，山区面积占国土50%以上，并且大部分山区地区经济滞后。受地形地貌及经济影响，我国山区公路线形标准一般较低，弯多坡陡就成了山区公路线形的主要特点。工程实践发现，对于同一条山区公路，弯道陡坡路段的桥面铺装往往更早发生病害，而且病害的程度也较直线段更严重。

1 病害原因分析

1.1 剪切破坏

在汽车荷载作用时，桥面铺装层内部会产生较大的剪应力，一旦桥面铺装结构抗剪切强度差，将引起不确定破坏面的剪切变形；桥面铺装层与桥面板层间结合面往往是抗剪切能力的最薄弱环节，抗水平剪切能力较弱，在水平方向上易产生相对位移发生剪切破坏，产生推移、拥包等病害。

根据计算及力学分析，在弯道上，路面结构层内最大剪应力随着弯道半径的减小而增大；在坡道上，路面结构层内最大剪应力随着纵坡坡度的增大而增大；路面结构层内最大剪应力随着弯道与纵坡叠加后合成坡度的增大而增大。因此，从力学角度分析，导致弯道陡坡病害较多的原因主要分为：

内因：弯道的施工控制较直线段复杂，由于弯道超高的影响，压路机对路面的垂直压实效果较差。同时，压路机在弯道或陡坡上行驶，转向及刹车控制会影响路面的压实。压实度不好，会影响沥青路面的抗剪性能。

外因：车辆行驶到弯道或陡坡路段时，如果车辆不采取制动措施，以较高速度通过弯道，那么为了抵消离心力，车辆和路面接触面的摩擦力将增大；如果车辆采取制动措施，此时沥青路面要为车辆提供足够的摩擦力以降低行车速度，同时车速降低后，车轮对路面的横向摩擦力也会增加。

1.1.1 弯道半径的影响

图1 弯道半径大小对最大剪应力的影响

从图1 中可以看出，在弯道上，路面结构层内最大剪应力随着弯道半径的减小而增大，但随着距路表面越向下减小的幅度越小，在深度为7cm 以下，已不再随之减小。在深度为0cm 处，半径为35m 比半径为100m 弯道路面结构层内最大剪应力增加4.7%，半径为35m 比直道上路面结构层内最大剪应力增加14.3%；在深度为2cm 处，半径为35m 比半径为100m 弯道路面结构层内最大剪应力增加4.4%，半径为35m 比直道路面结构层内最大剪应力增加11.9%；在深度为4cm处，半径为35m 比半径为100m 弯道路面结构层内最大剪应力增加4.4%，半径为35m 比直道路面结构层内最大剪应力增加11.6%。说明弯道半径大小对沥青路面层内的剪应力影响较大。

1.1.2 坡度的影响

从图2 中可以看出，在纵坡上，路面结构层内最大剪应力随着纵坡坡度值的增大而减小，在深度为0cm 处，纵坡坡度为6%比水平路面结构层内最大剪应力减小1.4%，纵坡坡度为6%比纵坡坡度为-6%路面结构层内最大剪应力减小2.6%；在深度为2cm 处，纵坡坡度为6%比水平路面结构层内最大剪应力减小0.1%，纵坡坡度为6%比纵坡坡度为-6%路面结构层内最大剪应力减小0.4%，由此可见随着距路表面越向下影响越小，在深度为2cm 处，影响已经较小了。

图2 纵坡坡度大小对最大剪应力的影响

1.2 水损害

因温度变化同时伴随桥面板或梁结构的大挠度，弯道陡坡路段桥面铺装层易产生裂缝，水分将沿缝隙渗入加速裂缝的发展，在车辆荷载及渗入的水的共同作用下，桥面铺装层极易产生面层的松散和坑槽破坏；沥青混合料级配类型使用不当或施工质量控制差，致使沥青混合料中结合料含量太少，使面层混合料中的集料间粘结力差而形成松散。面层松散料被车轮碾压后的真空吸力及雨水带离路面，便形成大小不同的坑槽病害。

1.3 桥面铺装层施工厚度不足

在梁板施工过程中，各施工环节把关不严，造成梁板尺寸过高、梁板张拉预拱度偏大、支座垫石标高过高、湿接缝浇筑过高、残留砼未清理等，造成桥面铺装厚度不均匀，导致应力集中，进而引起桥面铺装产生裂缝。

2 处置措施

2.1 水泥桥面板修复

为减少封闭交通时间、提高混凝土强度及增强与旧基面粘结强度，采用水泥聚合物快速修补混凝土，找平混凝土厚度不足之处，并恢复钢筋保护层厚度。其采用快硬水泥-聚合物体系，其中快硬水泥通过调整其熟料矿物组成比例，具有快凝、早强、微膨胀作用，能够形成致密的水化产物；加入了丁苯聚合物乳液能够使其与水泥水化产物中的钙离子、铝离子进行键合，从而使得混凝土更加密实，胶结强度更高。

2.2 沥青铺装层采用纤维沥青混合料

聚酯纤维具有抗拉强度高、耐高温耐腐蚀、不溶胀、吸附性强、化学性质稳定等特点，同时具有比普通纤维有更大的表面积，可以吸附更多的沥青，与沥青的结合性强，对沥青流变性有明显的影响（增加沥青粘度），可以有效地降低沥青对温度的敏感性，增加沥青混合料的抗剪切能力。聚酯纤维可显著提高路面的弹性及改善沥青路抗龟裂性，更能改善沥青路面的高温稳定性、低温温度性、抗疲劳性和抗水损坏等性能，从而延长路面的使用寿命。

2.2.1 抗剪切性能

通过室内斜面剪切试验对该纤维沥青混合料抗剪切性能试验进行了验证。首先，通过车辙仪成型车辙板试件（厚8cm），后将车辙板试件切割成10*10*8cm 标准试件；其次，把标准试件放在设定温度的养生室中养生，满足要求后采用UTM加载试验机进行斜面剪切试验；最后，按照标准试件破坏时的最大剪切力和剪切面积，计算出该纤维沥青混合料的抗剪切强度。

试验结果表面：在同等温度条件下，添加1.5‰聚酯纤维后，沥青混合料内抗剪切强度有明显提高，尤其是在高温条件下，抗剪切强度提高幅度更大。

2.2.2 高温稳定性

添加了1.5‰聚酯纤维后，沥青混合料高温稳定性能有明显提高，动稳定度达4000 次/mm 以上，比不添加聚酯纤维的沥青混合料动稳定度值提高近30%。

2.3 加强层间粘结

施工时先对桥面板进行精铣刨处理，直至桥面板水泥浮浆彻底处治。之后铺筑热熔橡胶沥青碎石封层。热熔橡胶沥青碎石封层（SAMI）在抗水损坏、防止反射裂缝、粘结作用三个方面有显著效果，并起着沥青面层与桥面板的连结作用。橡胶沥青用量大，会形成约3mm 厚度的沥青膜，有效防止雨水向下渗透，对桥面板起到保护作用；高用量的橡胶沥青与单一粒径的碎石强力粘结，形成约0.5cm 左右厚的结构层，有效吸收桥面板上的应力产生，并缓解各种裂缝的反射；橡胶沥青拥有超强的粘性，它可以非常牢固的吸附粘结在桥面上，从而起到与沥青铺装层的粘结作用。