沥青混凝土桥面铺装层病害成因分析及处治

王长耀

（山西交通控股集团有限公司 吕梁南高速公路分公司，山西 吕梁 032200）

1 工程概况

汾离高速公路是国道主干线青岛至银川公路在山西省境内的一部分，是山西省高速公路网规划“三纵十二横十二环”主骨架第六横、第七横、第八横的重要组成部分，路线全长77.7 km，于2005年建成通车。汾离高速公路横贯吕梁山脉，沿线沟壑纵横，地质复杂。该路段通行车辆多为大型货车，交通量大且重载现象严重，加之夏季炎热冬季寒冷，导致北偏城大桥桥面出现严重的横纵裂缝、块状裂缝、松散、坑槽等病害，严重影响了行车安全性和舒适性。

表1 北偏城大桥桥梁信息表

2 桥面铺装层病害调查

为评价桥面病害严重程度与发展速度,采用人工调查、钻芯取样等方式对北偏城大桥下行桥面铺装层病害进行了多次调查，桥面铺装层病害类型包括连续坑槽、网裂、唧浆、推移拥包等，见图1～图4。

图1 桥面坑槽

图2 桥面网裂

图3 桥面大面积裂缝、唧浆

图4 沥青铺装层芯样破碎

a）北偏城大桥下行（第7跨～第11跨重载交通方向）桥面沥青铺装层出现大面积网裂、坑槽，部分养护修补后的沥青铺装层反复出现网裂、坑槽、唧浆病害。

b）沥青路面裂缝处有明显渗水痕迹，裂缝处唧浆严重。

c）对路面沥青铺装层典型病害处钻芯取样发现，沥青铺装层芯样破碎，下层沥青混合料油石剥离，呈松散状；沥青混凝土铺装层与水泥混凝土铺装层间存在粉末状松散夹层，严重影响沥青混凝土铺装层同水泥混凝土铺装层层间黏结。

d）水泥混凝土铺装层表面水泥胶结料缺失，骨料呈松散、破碎状态。

3 交通量与交通组成调查

汾离高速公路自通车以来，交通量呈快速增长趋势，通过对汾离高速公路汾阳西、吴城、离石东、离石西等4处断面交通量调查发现：从2013年至2018年，年平均日交通量呈持续快速增长态势，2018年汾阳西断面双向年平均日交通量达到1 829 072辆，离石西断面双向年平均日交通量更是达到5 741 134辆，详细调查结果见图5。

图5 汾离高速公路历年交通量统计表

经过对汾离高速公路交通组成调查发现：以157、1127车型为代表的重载车辆在交通组成中的比例达到55%，其次为小客车，所占比例为38%；小货车、大客车所占比例相对较小，分别为6%和1%。交通组成特点充分体现汾离高速公路“西煤东运”的主干道运输特点。

图6 汾离高速公路交通组成

4 桥面铺装层病害成因分析

4.1 交通量及交通组成的影响

桥面出现的坑槽、网裂等主要是因为汾离高速交通量大，且重载车辆较多，长期在大交通量、高轴载行车荷载重复作用及桥面空隙动水压力的作用下，桥面沥青面层逐渐产生疲劳开裂，并发展成块状裂缝、龟裂、坑槽等病害。雨水通过桥面沥青层裂缝下渗后，停留在水泥混凝土铺装与沥青混凝土铺装之间，在行车荷载的持续作用下动水压力下不断破坏防水黏结层，层间黏结作用变差造成水泥铺装破损，水泥浆反射形成唧浆。

4.2 桥面铺装层结构的影响

汾离高速公路北偏城大桥采用沥青混凝土+水泥混凝土复合式铺装结构，桥面沥青混合料在重载车辆重复荷载作用下逐渐出现裂缝、网裂病害，雨水沿裂缝处渗入沥青混合料内部，使沥青混合料逐渐出现坑槽、松散等水损害。冬季降雪后撒布融雪剂、积水冰冻等更促进了这一病变进程,甚至浸蚀水泥混凝土铺装层表面，逐渐出现脱皮、松散等病害，使之强度降低。

a）原桥面水泥混凝土铺装层较薄，平均只有8 cm厚，且厚度不均匀，部分桥梁湿接缝处混凝土铺装层厚度较薄，雨水下渗，造成顶板混凝土破损后进一步加剧了桥面铺装破损、开裂等病害。由于雨水下渗导致梁间湿接缝破损，梁与梁之间横向联系减弱，当桥面铺装层出现反射裂缝时，更加剧了雨水下渗，造成铺装层的进一步损坏，如此反复循环作用，导致桥梁出现桥面开裂破损病害且越来越严重。

b）水泥混凝土铺装层上直接加铺沥青混合料，层间黏结不好，导致沥青层与水泥混凝土铺装层分别受力，沥青层底拉应力过大，层底开裂后裂缝反射到面层，雨水通过裂缝下渗后极易聚集于沥青混凝土与水泥混凝土层间，在行车荷载作用下形成动水压力不断冲刷，使层间黏结强度不断降低，加速了铺装层病害的产生[1]。

c）由于沥青混凝土与水泥混凝土铺装层的强度和刚度存在较大差异，在车辆荷载的作用下，特别是慢速重载车辆的影响，在面层产生较大的剪应力，致使沥青混凝土产生拥包、推移病害[2-3]。

5 养护处治对策研究

5.1 处治思路

a）树立全寿命周期成本理念，以提高质量为目标，做到系统最优。结合国内外高速公路维修处治工程实践，坚持科学合理的评价方法，兼顾项目初期建设成本和后期维修养护成本，提高工程质量，延长桥面使用寿命，提高综合服务能力，达到最佳的技术经济效益。

b）优化桥面铺装层结构，考虑到本桥面原水泥混凝土铺装层结构偏薄，在重载车辆荷载累计作用下极易出现破损病害。本次处治拟加厚桥面混凝土铺装层厚度，提高结构承载力。

c）提高桥面铺装层防水性能，积极采用超黏纤维磨耗层等高防水抗滑磨耗层材料，提高结构耐久性。

5.2 养护处治对策

5.2.1 桥面铺装层处治对策

对全桥沥青混凝土铺装层（10 cm）、钢筋混凝土调平层（8 cm）进行铣刨，对梁体顶板存在的孔洞采用环氧树脂砂浆修补。

重新铺设双层钢筋网片，浇筑C50钢纤维混凝土铺装层（18 cm），待混凝土初凝后，精铣刨1 cm以清除表面浮浆和施工不平整部分，最后加铺1 cm超黏纤维磨耗层。

本设计优化原桥面结构方案，采用双层钢筋网钢纤维混凝土+超黏纤维磨耗层的设计，具体分析如下：

a）承载力计算，改造前原设计方案桥梁恒载约为桥梁最大支反力的83%，改造后由于桥面铺装的改变，桥梁恒载增加了1.1%，约为84.1%，仍小于原设计方案中桥梁最大支反力的设计要求，故铺装方案的更改，对桥梁原结构受力影响很小，可采用改造后的设计方案。

b）通过增加水泥混凝土铺装层厚度，解决旧桥水泥混凝土铺装层偏薄的问题。

c）承重受力结构层全部采用水泥混凝土铺装，取消沥青铺装受力层，避免了沥青层与混凝土层间结合不良问题，大幅减少了常见病害的出现。

d）桥面钢筋混凝土层由于采用了加大桥面铺装混凝土厚度、架设双层钢筋网的设计方案，较原方案增加了桥梁的横向连接能力，均衡了各主梁受力，增强了桥梁的横向稳定性[4]；同时由于桥面铺装网片的增加，桥梁的铺装层与主梁有了更好的连接，且顶层钢筋的设置，有效地减少了桥面铺装水泥混凝土的开裂，加强了水泥混凝土铺装对主梁防水的保护。

5.2.2 桥面防水磨耗层处治对策

在桥面混凝土铺装层施工完毕后，铺筑1 cm厚超黏纤维磨耗层。超黏磨耗层是在普通微表处基础上开发的一种新型道路预防性养护技术，超黏纤维磨耗层采用高黏改性乳化沥青、纤维和骨料紧密相连形成复合力学嵌锁体系，具有高耐磨性、高黏附性、高防水性、超强的抗裂能力，可在水泥混凝土铺装层表面形成一层超薄磨耗层，起到防水、抗滑、耐磨、抗裂的要求，超黏磨耗层混合料技术指标见表2。

表2 超黏磨耗层混合料技术指标

6 桥面铺装层处治施工技术要点

6.1 凿除桥面铺装

a）采用施工机械将桥面沥青混凝土铺装层铣刨，并将铣刨下的沥青混凝土妥善清运处理。

b）凿除钢筋混凝土调平层，凿除时，禁止使用冲击力较大的设备，以确保箱梁顶部不受损伤，尤其是桥梁负弯矩区域；凿除后的工程弃渣，不得集中堆砌，以免造成较大的集中应力对主梁产生损伤；若箱梁顶板存在破损，应使用配制好的环氧树脂砂浆对破损部位进行填充修补。

6.2 植筋

加工L型钢筋，依照图7所示的步骤，将L型钢筋植入桥面。

图7 桥面铺装层植筋施工工序

6.3 绑扎桥面双层钢筋网片

a）双钢混凝土所用钢筋网片应通过L型植筋焊接成整体。上层钢筋网片应布设于水泥混凝土铺装层顶面3 cm处，下层钢筋网片布设于水泥混凝土铺装层底面3 cm处。每平米钢筋网下应大于4处支撑点，不足时可在钢筋网下焊接短筋支撑。

b）钢筋双面焊搭接长度不小于5d；单面焊不小于10d，绑扎钢筋搭接长度不小于35d。

c）桥面钢筋网片应在整跨铺装层内连续铺设，局部泄水孔处钢筋网片切断时应设置补强钢筋。

6.4 混凝土铺装层施工

a）钢纤维混凝土铺装层浇筑前，应冲洗、清理原结构混凝土表面，并涂刷新旧混凝土界面剂。

b）钢纤维混凝土浇筑前应检验绑扎或焊接安装好的钢筋网和钢筋骨架，不得有贴地、变形、移位、松脱和开焊现象。

c）钢纤维混凝土应采用低热硅酸盐水泥，并掺入高效减水剂，达到无收缩性配合比设计。在施工中应严格控制钢纤维混凝土配合比和坍落度，以减少混凝土过大收缩产生的结构开裂。

d）钢纤维混凝土浇筑完毕后应立即覆盖塑料膜养生，严格控制养护条件，防止水分蒸发，造成干缩裂纹。

6.5 超黏磨耗层施工

6.5.1 混合料配合比设计

按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的方法，确定矿料、填料、水的用量，确定最佳油石比，符合配合比设计技术要求和配合比设计检验要求，以此作为目标配合比，供摊铺车确定各供料比例。通过试验段的摊铺确定施工工艺，在设计配合比的基础上作小范围调整，确定施工配合比，以此作为生产配合比。

6.5.2 施工控制要点

a）超黏磨耗层设备控制最佳车速为3.0 km/h。

b）若半幅施工，半幅开放交通，应做好搭接缝的处理。

c）施工、养生期内的气温应高于10℃。

d）不得在雨天施工，施工中遇雨或者施工后混合料尚未成型就遇雨时，应在雨后将无法成型的材料铲除。

e）开放交通后车辆行驶速度应控制在40 km/h以下，且避免车辆紧急刹车。

7 结语

北偏城大桥桥面铺装层采用18 cm钢纤维混凝土铺装层+1 cm超黏纤维磨耗层的养护处治，经过1年多的跟踪观测，桥面铺装层整体完好，未重复出现网裂、坑槽、唧浆、推移等病害，达到了良好的处治效果。目前，山西省高速公路桥面铺装层多采用10 cm沥青铺装层+（8～10）cm水泥混凝土铺装层的复合式铺装结构，常用的养护处治对策为铣刨沥青层，凿除局部破损的水泥混凝土铺装层后重新铺筑复合式铺装结构，而养护处治完毕后1～2年内即重复出现大面积网裂、坑槽、唧浆病害，汾离高速公路北偏城大桥成功的桥面铺装层养护处治对策为类似工程的养护处治提供了经济、耐久、可靠的技术方案和工程实践。