寒区公路长大下坡桥面沥青混凝土病害及处治对策

2020-12-01张海军

四川建材 2020年11期

张海军

(苏交科集团股份有限公司，江苏南京 210017)

1 工程概况

阿岱至李家峡公路位于青海省东南部的海东地区化隆回族自治县及黄南藏族自治州尖扎县境内，起点接平阿高速公路终点K39+000处，终点位于李家峡镇K69+035，工程建设时分为A合同段和B合同段，其中A合同段和B合同段的高速公路长度分别为11.591 km和4.869 km，B合同段还包含10.435 km的二级公路和3.140 km的立交互通段。由于该路段交通量较大，尤其阿岱至牙什尕段高速公路下行方向(右幅)尤为明显，货车比例较高，且重车超载现象较为普遍，导致阿岱至牙什尕段高速公路长大下坡方向的多个桥梁沥青混凝土路面产生推移、壅包及车辙等病害，桥梁通行能力受到限制，而且对车辆的安全行驶造成严重威胁，有必要对桥梁铺装层沥青混凝土路面的病害原因进行深入调查，分析桥面铺装病害的产生原因，从而制定有针对性的病害处治方案。

2 桥面沥青混凝土病害及原因

2.1 桥面沥青混凝土的病害情况

根据桥面现场调查情况可知，阿岱至牙什尕段高速公路路面病害主要以桥面推移壅包、唧浆为主(见图1～2)，部分桥面出现轻度车辙。

图1 桥面沥青混凝土路面壅包

图2 桥面沥青混凝土路面唧浆

从路面病害的分布及发展来看，桥面沥青混凝土铺装层发生较为严重的推移、壅包现象、致使桥面标线已经变形，主要集中在阿岱至牙什尕段高速公路下行(右幅)方向行车道；唧浆病害主要发生在桥面行车道处，尤其阿岱至牙什尕段高速公路上行方向(左幅)较下行方向(右幅)唧浆病害表现突出；部分桥面的行车道处出现轻度车辙，车辙深度集中在10～15 mm。

2.2 桥面推移、壅包病害原因

全线桥面推移、壅包病害相对比较集中，主要分布在下行方向(阿岱至牙什尕段右幅)桥面行车道处，包括浪龙河大桥0.488 km、黑城河特大桥1.418 km，爬尔沟大桥0.332 km、完干滩3号大桥0.278 km，共2.516 km。

从现场推移、壅包界面及病害处取芯可以看出，沥青层与桥面板粘结较差，桥面板比较光滑，说明沥青层与桥面板铺装层已失去粘结，防水粘结层未起到有效的粘结作用。从现场考察可以看出，下行方向(阿岱至牙什尕段右幅)多处于长大下坡，在重车的作用下，层间的剪应力增大，进而导致界面推移。从现场推移、壅包界面及病害处取芯可以看出，沥青上下面层之间粘结较差。桥面出现推移壅包病害多集中在长大纵坡且弯道处，从路面结构力学分析的角度考虑，车辆行驶在此类路段时，习惯性采取刹车措施以降低行驶速度，对路面结构内部产生水平向剪切力；此外，超载重车在弯道处行驶还将对路面结构内部产生横向离心剪切力，两种剪切力的综合作用将对桥面铺装层产生较大的剪切破坏力，尤其在桥面与沥青铺装层的界面处理不佳的情况下，很容易出现桥面推移壅包等病害[1]。因此，总体来看，引起桥面推移壅包病害的主要原因有桥面板粗糙度处理不够、长大下坡较多、沥青面层间粘结效果不佳和重车弯道行车等。

2.3 唧浆病害原因

唧浆病害相对比较集中，主要分布在桥面的行车道处，其中下行方向(阿岱至牙什尕段右幅)路段共2.559 km，上行方向(阿岱至牙什尕左幅)路段共2.832 km，且上行方向唧浆病害较下行方向严重，具体病害见表1。

表1 桥面唧浆里程统计表

由表1可知，唧浆主要发生在A合同段的桥面行车道处，对唧浆路段进行了钻芯取芯和室内试验，进一步结合施工时气候特点以及原路面施工情况进行病害原因分析。A合同段沥青混合料中选用的粗集料为花岗岩，与沥青胶结料的黏附性较差，尽管A合同段添加抗剥落剂后沥青混凝土抗水损害能力仅勉强满足规范要求的最低值，但从后期沥青路面反映出来的唧浆现象来看，A合同段沥青混凝土长期水稳定性存在隐患。阿岱至李家峡高速公路沥青路面铺筑于2012年底，正处于冬季施工，施工期间环境温度低于规范要求的最低施工温度，沥青混合料成型过程中，降温速率快，摊铺后的沥青混合料难以压实，导致沥青混凝土空隙率较大，路表水渗入路面后无法及时排除，出现冬天冻胀、夏天唧浆和坑槽现象[2]。冬季路面施工时措施不到位，沥青混合料运输距离过远，保温措施不到位。桥面、路基路拱施工欠佳，降水后无法及时排出，过往车辆行驶过程中产生的动水压力反复作用于路面结构层内部，导致面层出现唧浆现象，若唧浆未能及时处理，后期将形成坑槽等病害。因此，总体来看，引起桥面行车道唧浆的主要原因是集料黏附性较差、压实度不足、排水不畅。

2.4 车辙病害原因

桥面车辙病害深度在10～15 mm，下行方向桥面车辙病害路段长度共2.74 km，上行方向桥面车辙病害路段长度共2.456 km，下行方向比上行方向车辙病害略微严重。为分析桥面车辙病害产生的原因，从桥面车辙处钻取芯样，对芯样进行抽提试验、稳定度试验测试。

全线车辙主要发生在行车道，位于沥青的上面层，基本属于压密型车辙。阿岱至牙什尕段高速公路沥青路面铺筑于2012年底，正处于冬季施工，施工期间环境温度低于规范要求的最低施工温度，沥青混合料成型过程中，降温速率快，摊铺后的沥青混合料难以压实，导致沥青混凝土空隙率较大，压实度不足，在行车荷载作用下容易生产压密型车辙。从芯样压实度的试验结果来看，不合格率较多，且离散性较大；从混合料抽提结果看，上面层和下面层沥青混合料级配偏粗，尤其下面层沥青混合料级配均超出《沥青路面施工技术规范(JTG F40—2004)》中控制要求；从芯样稳定度和流值试验来看，上面层和下面层沥青混合料稳定度和流值合格率较低，稳定度普遍较低、流值普遍较高，且离散性较大；以上检测结果侧面反映了上面层和下面层沥青混合料的施工均匀性较差，导致部分段落级配不良、抗高温稳定性较差，很容易形成压密型车辙[3]。从现场交通量观测分析可知，全线交通量较大，尤其阿岱至牙什尕段高速公路下行方向(右幅)尤为明显，且车辙调查数据是基于修补后的路面，货车比例较高，还存在一定程度的超载现象，对路面整体结构承载力带来较大挑战。因此，总体来看，引起桥面行车道车辙病害的主要原因是桥面沥青混合料冬季施工、桥面沥青混合料施工均匀性较差、车辆超重等。

3 桥面病害处治对策

3.1 桥面推移壅包处治对策

阿岱至牙什尕段高速公路桥面铺装产生较为严重推移壅包最主要的原因是桥面铺装沥青混凝土与桥面板的粘结不好和路线多处于长大下坡。因此，桥面推移壅包处治对策主要从桥面防水粘结层和铺装层沥青混合料两方面入手。

目前，较为常用的水泥混凝土桥面防水粘结层有涂膜类、热喷沥青碎石封层、橡胶沥青碎石封层、水性环氧防水粘结层等[4]。FYT是典型的桥面专用防水涂料，以往高速公路桥面防水层多采用此种类型，其具有较好的温度适应性，材料固化成膜快，成膜韧性好，但该产品对水泥混凝土桥面板的洁净度要求较高，因此，若施工过程中混凝土板面处理不当，则会导致整体铺装层与桥面板出现滑移。鉴于在一些工程中出现FYT实施效果不良的案例，不建议采用这种防水层。热喷沥青碎石封层也是一种常见的桥面铺装防水粘结层，除了能够起到防水作用外，而且能与水泥桥面板路面粘结良好，在上面铺筑热拌沥青混合料时，碎石可以嵌入沥青面层中与面层粘结更佳，可采用同步碎石封层进行施工，现场质量控制较为容易。橡胶沥青碎石封层具有较强的抗变形能力和良好的柔韧性，能够增加层间的粘结，减少层间滑移，降低温度变化引起的沥青面层内的拉应力和拉应变。水性环氧防水粘结层具有优良的粘结性能、抗剪切性能、防水性能和高渗透性能，但总体上造价比较高。考虑目前桥面出现较多推移壅包，而且原桥面防水粘结层与水泥混凝土桥面粘结较差，并综合考虑在青海地区的应用程度和总体经济性，建议采用热喷90号道路石油沥青碎石封层作为桥面防水粘结层，其施工工艺较为简单、可控，且采用与铺装面层相同的沥青，减少施工复杂性。

桥面铺装沥青混合料大都采用AC和SMA两类，AC型桥面铺装在国内的水泥混凝土桥面铺装中已经应用比较广泛，根据不同地区气候和交通量，沥青胶结料类型选择比较多元化，在青海地区应用广泛，施工技术相对成熟，成本相对较低。在国内的水泥混凝土桥面铺装中，SMA沥青混合料应用较为广泛，应用效果较好。与一般沥青路面不同，桥面铺装的的厚度较薄，上下面温度相近，而且基底为完全刚性的混凝土，要求铺装材料应具有良好的高温抗变形能力和抗滑性能。SMA能够满足桥面铺装的基本要求，但SMA在青海地区应用较少，施工技术不太成熟，而且SMA成本相对较高。阿岱至牙什尕段高速公路原桥面铺装层的结构为4 cmAC-16+5 cmAC-20(沥青均采用90号道路石油沥青)，考虑SMA成本较高且在青海的应用经验较少，而AC型具有成熟的施工经验，施工难度较低，利于质量控制，桥面铺装层结构建议采用4 cmAC-13+5 cmAC-20(沥青均采用90号道路石油沥青)，但在配合比设计时应加强其高温性能的验证并适当提高标准。与原设计AC16相比，AC13与层厚的匹配性更好，用于桥面铺装更容易压实，有利于提高施工质量。

3.2 唧浆处治对策

目前常用的唧浆病害处理措施主要有加铺沥青石屑上封层、喷洒乳化沥青、加铺面层等，加铺沥青石屑上封层具有施工简便、节省投资、收效良好的优点，但施工阶段的交通干扰大，存在路面抗滑能力降低的隐患。喷洒乳化沥青用于孔隙率较大、渗水严重且仅出现轻微唧浆病害的路段具有一定的效果，但沥青乳液不易填满孔隙，路面仍会存在渗水问题。加铺面层是在已建成的路面上加铺一层厚度约1.5～2.5 cm的细粒式沥青混凝土面层，在不破坏路面的整体容貌的情况下可以起到封水的作用，主要用于唧浆严重、面积集中的较长路段。考虑到阿岱至牙什尕段高速公路唧浆病害主要发生在桥面行车道处，且唧浆里程较短，建议对唧浆病害处的桥面铺装进行铣刨2层面层，并重新加铺4 cmAC-13+5 cmAC-20(沥青均采用90号道路石油沥青)。

3.3 车辙病害处治对策

结合工程项目沿线气候特点以及施工水平，提出从低标号沥青、改性沥青、抗车辙剂、高模量混合料、Superpave混合料、冷拌微表处填补车辙等措施中进行选择[5]。由于阿岱至牙什尕段高速公路货车比例较高，且存在一定程度的超载现象，对于交通较重的情况，建议适当增加沥青胶结料高温等级。考虑高温性能，同时兼顾高寒地区抗裂性能，建议调整路面结构形式，下面层沥青由90号沥青调整为70号沥青，上面层沥青仍保持90号沥青。目前改性沥青混合料中，SBS改性沥青具有较好的高温、低温性能，是最为常用的沥青改性剂，但工程造价相对较高。抗车辙剂是指以预防沥青路面车辙病害为主要应用目的的沥青改性剂，添加抗车辙剂对混合料的抗高温性能有较大的提升。微表处可用于填充车辙，还可以改善路面抗滑性能及不平整、进行路表密封、处理路面沥青老化及路面松散等，一次处理可以填充深达40 mm的路面车辙。但微表处只能用于没有出现结构性病害的路面，即微表处不能增强路面结构。与AC的沥青混合料相比，Superpave路面在抗车辙性能、路面均匀性等方面具有明显的优势，而且并不增加造价。考虑到阿岱至牙什尕段高速公路车辙主要是压密型车辙，而且超载车辆较多，建议选择抗高温性能良好的材料，由于改性沥青在加工、贮存和运输中的变异性和实施的难度，建议车辙病害处治可以采用低标号沥青混合料，调整路面结构，上面层采用90号道路石油沥青AC-16，下面层采用70号道路石油沥青Superpave-20。