高速公路桥梁桥面沥青混凝土铺装层的病害成因及养护.pdf

M AI NTENANCE C0NS TRUCTI oN AND M ACHI NERy 文章编号 ： 1 0 0 0 0 3 3 X( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 6 4 0 4 高速公路桥梁桥面沥青混凝土铺装层 的病 害成 因及养护 樊 晓旭 ( 陕西省交通建设集 团公 司黄延高速公路扩能工程建设管理处 ， 陕西 延安7 2 7 3 0 0 ) 摘 要： 为了保证 高速公路桥梁的通行质量和安全性 ， 针对其养护维修展开研究。通过在工作实践 中对 大量桥 面铺 装层 病 害的观 察 ， 总结 了桥 面柔性铺 装层 的 常见病 害 ， 并对 常见病 害 的形成机 理进 行 了详 细分析 ， 针 对 病 害形 成机 理给 出 了钢 筋 混凝 土桥 面柔性铺 装 层养 护 维修 中应 该 注意 的 问题 ， 可供 高速 公路桥 梁 的养护 维修 参考借 鉴 。 关键词： 钢筋混凝土桥 面； 柔性桥 面铺装 ； 桥 面铺装病 害； 养护维修 中 图分类 号 ： U4 1 5 7 文献 标 志码 ： B Di s e a s e s a nd M a i n t e na n c e o f As p ha l t Co n c r e t e Pa v e m e n t o f Hi g h wa y Br i d g e De c k FAN Xi a o X U ( Hu a n g y a n Ex p r e s s wa y Ex p a n s i o n P r o j e c t Ma n a g e me n t o f S h a a n x i C o mmu n i c a t i o n s Co ns t r uc t i o n Gr o up，Ya n a n 7 2 73 00，S ha a nxi ，Chi na ) Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o gu a r a nt e e t he s e r v i c e a nd s a f e t y o f hi g hwa y b r i d ge， a r e s e a r c h on t he ma i n t e n a nc e wa s c a r r i e d o ut Ba s e d o n l o ng t i m e o f o bs e r v a t i o n o n t he di s e a s e s on d e c k p a v e me n t，c o m mo n d i s e a s e s o f f l e xi b l e p a v e me nt we r e s umma r i z e d，a nd t he f o r m a t i o n me c ha n i s m o f t he d i s e a s e s wa s a na l y z e d i n d e t a i l Pr ob l e ms whi c h s ho ul d b e n ot i c e d whi l e r e pa i r i ng f l e xi b l e p a v e me nt of r e i n f o r c e d c onc r e t e de c k we r e put f o r wa r d， whi c h p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r s i mi l a r ma i n t e n a n c e p r o j e c t s Ke y wo r d s：r e i n f o r c e d c o nc r e t e d e c k；f l e xi b l e pa ve m e nt ；de c k pa v e m e nt di s e a s e；m a i nt e na nc e U 5I 曷 近几年随着人们环保 意识 的增强， 高速公路在 设计 中为了减少 占地和对环境 的干扰 ， 桥梁在高速 公路 中所 占比重越来 越 大 ， 特别 是 山 区高速公 路 中 ， 为 了减少 对 山体 的开 挖 以 及对 原 始 植 被 的破 坏 ， 在 山区架设 桥梁 越来 越普遍 。大部分 高速公 路 桥梁采 用 沥青混 凝土 进行 桥 面铺 装 ， 而这 种 柔 性 铺 装层 的 承 载层是 钢筋 混凝 土 刚性 桥 面 ， 两者 弹 性 模 量差 异 较大， 使得桥面承载层与面层受力关系不协调 ， 铺装 层容 易 产生早 期 破坏 。另 外 ， 如 果在 施 工 中桥 面 与 路基面层衔接的技术与工艺控制不到位 ， 也会造成 桥 面铺装 层 的早期 损坏 。 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 9 2 8 6 4 如果 桥面铺 装 层 不 能得 到 良好 的 养 护 ， 病 害 不 能及 时修 补 ， 将 严重 影 响 整 条 道路 的通 行 质 量 和 安 全性 。桥 面铺装 层维 修方 法 的合理 运用 是保证 高 速 公路 正 常运 营的必要 手 段| 1 。 1 桥面铺装层的病害成 因 1 1 桥 面铺 装层 的作 用 ( 1 )桥 面沥 青 昆凝 土 面层 属 于柔 性 铺 装 层 ， 直 接承 受 车轮载 荷 。车辆 在高 速运行 时轮 胎对 接触 面 的冲击载荷很大 ， 特别是高速重载车辆轮胎在接触 面上造成的振动冲击载荷更大， 除了垂 直载荷和冲 击振 动形 成 的动 载荷 ， 还 有 轮 胎 给 路 面造 成 的纵 向 和横 向水 平 载荷 以及 桥 板 弯 曲、 扭 转 变形 对 面 层 产 M AI NTENANCE CoNS TRUCTI oN AND M ACHI NER Y 生 的弯 曲应 力 和剪 切应力 载荷 。所 以车辆轮 胎 与桥 面接触 受 载是一 个 复 杂 的受 力 系 统 ， 而柔 性 沥 青铺 装 层可 以缓 冲 车轮 施 加 的 冲击 载 荷 ， 同时 将 轮 胎 施 加 的集 中载荷分散 ， 使下承层桥板所受载荷减小 ， 有 效 保 护桥板 不 受破 坏 。另外 ， 桥 面铺 装 层 的整 体 性 和柔性对下承层桥板具有牵拉作用 ， 使分体的桥板 成 为一 个 整体受 力 系 统共 同承 载 车 辆 载 荷 ， 减 小 了 每片梁 板 载荷 的幅值 。 ( 2 )桥面铺 装 层直 接承 受运 行 车辆 车 轮载 荷 并 给车辆足够的摩擦反力 ， 承担 了轮胎的磨耗 ， 保护下 承层桥 板不 参 与轮胎 的磨 耗 ， 不会 产生磨 损破 坏 。 ( 3 )桥 面沥 青 铺 装 层 在 热 铺 状 态 下 可 实 现 一 次摊铺 、 碾 压成 型 ， 具 有很好 的一致 性 和整 体性 ， 几 乎 没 有 缝 隙 ， 即 便 是 梯 形 摊 铺 形 成 的 纵 向接 缝 和不 同时 段 分 次 摊 铺 形 成 的 横 向 接 缝 ， 在 热 铺 状 态下 ， 只要 处理得 当， 都能完 全粘合 为 整体 ， 成 为 一 个完 整 的封 水 层。配 合合 理 的路拱 和排 水设 施 ， 可 以 防 止 雨 雪 水 下 渗 对 下 承 层 桥 板 和 主 梁 及 其 他 桥 下结 构 的侵蚀 。 1 2病 害 形成 机理 分析 1 2 1 建 设施 工 因素 桥面铺装层在施工 中经常遇 到高程控制问题 ， 特 别是 预应 力梁 的 反 拱 ， 在施 工 中无 法 准 确 预 测 和 判 定 。在桥 面 面层 摊铺 与路 基 面 层 对 接 时 ， 经 常 是 通过调整桥面铺装层 的摊铺厚度来弥补高程控制误 差所造成的对接高差 ， 这使得桥面铺装层厚度无法 保 证 。减 薄铺装层 会 造成 沥青 面 层 强 度不 足 ， 另外 由于沥 青层 厚度 不 足 ， 对 高 弹性 模 量 的刚 性 承 载层 受 力变 形协 调 能力 下 降 ， 易 发 生 病 害 。过 厚 的 桥 面 铺 装层 也存 在 隐患 ， 由于 面 层 与 下 承载 层 的刚 度 差 异太大 ， 当柔性层在车轮载荷作用下变形时 ， 下承层 因刚度 太大 所 以牵连 变形 量很 小 ， 两 者 变形形 成 “ 两 层皮” 现象 ， 因此沥青铺装层越厚其 自身变形量 越 大 ， 越容 易 发生 车辙 、 拥包 、 推 移等病 害 。 1 2 2 防 水 层 问题 为了提高桥主梁及其他结构 的使用寿命 ， 保证 桥 面 防水 非 常关键 。 目前 ， 为 了提高 桥 面防水 性 ， 除 了考虑面层铺装设计采用密集配、 一定的横坡 、 排水 设 施等 因素 外 ， 还在 设 计 中加 设 防 水 层结 构 。 因防 水层 的强度及刚度 与上下结构相差甚远， 在桥梁弯 曲变形 时 ， 防水层 在 上下层 包夹 下变 形协 调 困难 ， 将 产 生大 的 拉 应 力 。 防水 层 一 旦 开 裂 ， 在 外 载荷 ( 车 轮 ) 的反 复作 用下 ， 裂缝 会 快 速 扩 展并 向上 层 反 射 ， 最后 造成 面层 开 裂 、 松 散 、 脱 落 ， 发 展 形 成 坑 槽 。总 之 ， 在桥 面结 构受 力 系 统 中 ， 防 水层 是 薄 弱 环 节 ， 同 时它也恶化了沥青铺装层的受力状态 。 1 2 3 粘 接 层 问题 沥 青铺装 层 的 下 承层 桥 板 为 钢筋 网 水泥 结 构 ， 渗透性较差 ， 透层油( 乳化沥青 或改性乳化沥青 ) 喷 洒 后 ， 很 难渗 透进 桥 板 面 结 构 。特 别 是桥 板 面浮 灰 未认真清理 ， 冲洗后未及时吹干或干透， 同时桥面结 合 面未 做抛 丸或 凿 毛处 理 时 ， 更 不 利 于粘 结 油 的渗 透 与结合 ， 导 致上 面层铺 设 完成后 ， 不 能与下 承层 桥 板 可靠粘 接形 成一 个 整 体 ， 特 别 是 这 种 刚柔 结 合 的 受 力 系统 ， 受 载后 刚一 柔 层 变 形 不 协 调 ， 必 然 造 成 粘 接 层受 横 向剪切 力 而滑 移 形成 “ 两 层 皮” 现 象 ， 从 而 导致 早期 病 害 的产 生 。 1 2 4施 工 中的压 实度 问题 柔性 沥 青 混 凝 土 面 层 是 通 过 热 铺 后 碾 压 成 型 的， 其性能( 承载能力 、 防水性 、 寿命等) 与压实度有 着直 接 的关 系 ， 但 压 实度 的保 证 与 施 工 中工 艺 的把 握有 着密 切关 系 ， 如压 实温 度 的控 制 、 压路机 吨位 及 作业 顺序 的安排 、 振动 碾压 与静压 的组 合 、 轮胎 压路 机揉搓作用的应用 以及纵横接缝的处理工艺等 ， 都 影响着面层的密实度和结构整体性 ； 但对于桥 面压 实作 业来 说 ， 路基 的 刚度 远 远 大 于 桥墩 通 过 弹性 支 座支撑的梁板 ， 其变形量也远远小于桥上梁 的变形 量 。随着震动压路 机激振力 向下传递 ， 桥板及梁板 在这 一激 振力 的作 用 下 也 会产 生 振动 ， 振 动 部 分 抵 消 了压路 机对 沥青 层 的作 用 力 ， 这 样 面层 压 实 度 就 很难达到要求 。密实度不足 的桥面沥青层必定病害 频 发 。 2 桥 面铺装层养护维修应注意的 问题 2 1 裂 缝 桥 面沥青 铺层 一 旦 发 现 裂 缝 ， 无论 是 横 向裂 缝 还是纵向裂缝 ， 都要尽快判明原因及时处理。如果 处理不及时 ， 雨雪水就有可能下渗侵蚀下承层 ， 并使 上 面层 的病 害扩大 ， 进一 步 破 坏 面 层 的完 整 性 和 封 水隔离性能 ， 使病害加剧演 变成大的坑槽或剥 落。 在 确定裂 缝 不 是 由于 下 承 层 出现 问题 反 射 到 面 层 时 ， 就应 及 时对裂 缝 进 行 填缝 处 理 。填 缝 剂 一 般 使 用橡胶改性沥青。 目前也 有很多厂家生产 高粘结 性 、 高弹性的高分子复合有机改性沥青填缝材料 ， 施 65 M AI NTENANCE C0NS TRUCTI oN AND M ACHI NERy 工 时应注 意根 据填缝 剂 的不 同性能适 当调整施 工 方 法 和工艺 。一般 情 况 下填 料 冷 却 后 会 收缩 ， 有 可 能 形 成剥落 ， 再 出现裂 缝 ； 因此最 好分 两次 进行 填缝作 业 ， 并注 意做好 封边 ， 防止材料 的收缩剥 落 。填 缝 完 成后 ， 在填料未冷却时撒沙进行保护。如果裂缝是 下 承层 出现 问题而 引 起 的 反射 裂 缝 ， 则 要 根 据 下 承 层的破坏情况确定养护作业 的顺序 ， 最好先修复下 承 层 的破 损 。 2 2 网裂 大量 细 小 网 裂 的 出现 有 可 能 是 温 度 应 力 造 成 的， 即承载层和面层温度膨胀系数 的差异使上下层 之间温度应力不 同， 集中造成大面积 网裂。此时应 尽 旱对 桥面 做微表 处 理 ， 利 用 聚 合 物改 性 乳 化 沥 青 及 一定 级配 的集料 ( 中粒式或 粗粒 式 ) 制 成 流动状 沥 青混合料， 然后用专用摊铺设备 ( 如稀浆封层 摊铺 机) 在整体路面摊铺 5 1 0 mm厚的表面封层 ， 以防 止 雨雪 水下 渗造 成 进 一 步 的破 坏 。 同时 ， 封 层 也 形 成了一个新的磨耗层 ， 提高了桥梁路面附着系数 ， 增 加 了防滑性 。 2 3车辙 对于轻微的车辙 ， 在稳定期 内最好用微表处理 的方 法将其 填平 ， 这 样 就减 少 了车 轮 沿 同一 轨 迹 运 行 的 概率 ， 减 缓 了 车辙 形 成 的速 度 。如 果 车辙 形 成 较深 ， 且是 在较 短时 间 内形 成 的 ， 除 了超 载车辆 等外 部 因素， 也有可能是桥面铺装层沥青混合料 的质量 存在问题 ， 或沥青混合料级配存在问题( 如油石 比过 大) ， 使其稳定性不够 。此外 ， 沥青混合料搅拌设备 的称量系统有问题 ， 以及摊铺过程 中沥青混合料 出 现离析 或压 实 度不 足都 会 造成 沥青 面 层 强度 不 足、 稳定性差 。车辙 的早期形 成 与沥青混 凝 土铺 装层 的厚 度 也 有 关 系 ， 柔 性 层 越 厚 ， 变 形 量 越 大 ， 当应 变量 超 出材 料 的 弹性 变 形 区 时 就会 产 生 永 久 变形 ， 形成 车辙 。反 之 ， 如果 沥青铺 层太 薄 ， 没有 足 够 的 强 度 也 容 易 产 生 早 期 病 害 。 因此 ， 针 对 短 时间内形成 较深车 辙这种 情况 ， 需要认 真调 研分 析具体情况 ， 找 出引起病害 的真正原 因， 制定正确 的养护维修方案 ， 以排除产 生病 害 的隐患 。如果 沥青铺层 的混合 料级配、 密实度等有 问题 ， 最好 用 铣 刨 机去 除 问题 面层 ， 重 新 罩 面 。 2 4坑 槽 关于沥青路面坑槽修补 ， 目前有 热修补和冷修 补 两种 方法 。 6 6 ( 1 )冷修补法即在开槽时无需对原路面进行加 热 。无 论 圆坑 、 不规 则 形状 的坑 都 要 遵从 “ 方 补 ” 的 原则 ， 由技 术人 员根 据 路 面 破损 状况 及 破 损 处 周 边 正常路面的稳定情况 ， 确定 出待修补坑槽要开挖方 槽 的位置 及大 小 ， 再 由施 工 人员 用切 割 机 沿 画 线 切 出方 槽 。在切 割时 走线要 直 ， 错线 后也 不要反 复 ， 这 样可以减小对稳定路面的扰动， 保证路面修复后的 使 用寿命 。切 割完 成后 ， 用铲 镐铲 挖 出方槽 ， 此 时要 注 意尽量 避免 铲镐 对 槽 边 的扰 动 ， 防止 刨 松 坑 槽 边 缘 ， 影响修 补 质量 。绝对 不能 不切 割 ， 直接用 镐铲 做 出方槽。按要求的深度铲挖完成后 ， 对方槽 内的废 渣进 行 清理 ， 特别 是 要 认 真 吹清 灰 尘 。吹清 完 成 后 洒 渗层油 ， 填 料 、 耙 平 、 压 实 ， 用振 动 碾 先 静 压 2遍 ， 先 压接缝 处 ， 再 向中心 扩展 ， 然后 再振 动压 3 4遍 ， 达 到平整 密 实 即可 。 修补用的沥青混合料最好在正规搅拌站取料 ， 这样能保证混合料骨料 的级配质量。也有人使用多 功 能养 护车 现场拌 和沥 青 料 ， 这 种 现 场拌 和更 要 注 意 控制 好级 配 ( 尤 其是 油石 比) 。现场 拌 和通常 用滚 筒跌落式拌和， 拌和时 ， 要注意温度控制 ， 防止沥青 超温老化。更好的一种方法是提前将沥青混合料制 成预制块 ， 使用时根据用量在沥青综合养护车的混 合料保温箱保温 6 1 0 h ， 重新搅拌后 即可修补使 用 。但这种方法也存 在缺陷， 如果一天 的修补量比 较 大 ， 需加 热 的料 比较 多 ， 加 热 起 来 会 不容 易 ， 因此 带保温料仓 的多功能养护车不适宜修补量比较大的 工况 。微波 加热 沥青 的多 功能 养护 车是 一种 比较 先 进 的养护设 备 ， 弥补 了保 温 料 仓加 热混 合 料 预 制块 量小的不足， 微波具有一定 的穿透能力 ， 使混合料预 制块 内部 能够得 到加 热 ， 满足 现场加 热 的生产 需要 ， 从使用效果和性能上优于恒温沥青保温箱。但微波 主要针对石料产生加热作用 ， 随着石料的不同， 其结 构中水分子含量也不同， 对微波加热效率影响很大 ， 另外 微波 加热 是否 对 沥 青 使用 性 能 有 影 响 ， 还 需 进 一 步试验 。 目前 ， 就 沪 陕高速 商洛 段 、 福 银 高速 山 阳 段 的情 况来 看微波 加热 修补 坑槽 的效果 还 是 比较 理 想 的 。 冷修补中还有一种是用冷拌沥青混合料进行修 补 ， 冷拌沥青 混合料常使用煤 油沥青、 沙石拌 和而 成 ， 可 随用随 取 ， 填 补后 碾压 成 型即可 开放 交通 。采 用冷补材料在施工方面 限制 因素少 ， 但材料 的稳定 性 、 耐受载荷的能力和使用周期都有 限， 因此 ， 冷补 M AI NT E NANCE CONS TRUCT I ON AND M ACHI NE RY 材料常被用于应急修补。目前也有进 口的使用改性 沥青材料制成 的袋装冷拌修补材料 ， 但 因价格较高， 应用 不广 。 ( 2 )热修补法是指在修补沥青路面坑槽时 ， 先 用一定尺寸的红外辐射板( 如修路王) 加热破损处及 周边 深度 3 5 c m 的沥 青 路 面 ， 待 加 热 到加 热 区域 内沥 青路 面 软化后 ， 移 除破损 处 的 旧沥青 料 ， 喷洒粘 接油后 ， 填入随车携带的新料， 按一定松铺系数摊铺 一 定厚度 ， 再刮平、 压实完成修补作业 ， 冷却后 即可 开放 交通 。修 路王 的热 辐射 板是 通过 燃烧 石油 液化 气产生红外热能 ， 能量转化效率较高 ， 红外辐射板的 面积 通常 为 4 5 m。 ， 可 以根 据修 补 方槽 的大小 调 节 热辐射面积 ， 比较节能。修路王也可 以进行就地热 再 生 ， 不废 弃 旧料 ， 添加 一定 量 的新 料 、 沥青 、 沥 青氧 化还 原剂 ， 现场 拌 和 、 摊 铺 达 一定 厚 度 ， 刮平 压 实 即 完成修补作业 。存在的问题是红外辐射加热路面表 层为辐射传热 ， 但下层还是靠热传导传热 ， 由于沥青 混合料的导热性能差 ， 可能出现表层沥青 已超温老 化 、 下 层还 没软 化 的 现 象 。所 以 选 用 就地 热 再 生 还 是要慎重考虑 ， 尽可 能用试验的方法确定新料 的加 入量、 沥青及沥青还原剂的用量。 热修补的好处是在加热软化原破损沥青面层后 加 入新 料修 补 ， 新 旧料结合 属 于热接 缝 ， 结合 得 比较 好 ， 容易形成一个整体， 优于冷修补的接缝质量。 值得一提的是， 桥面沥青层破损 的诱 因和表象 与路面破损存 在差异 ， 因此要具体 问题 具体分析 。 修补桥面沥青层时， 在打开破损面层后 ， 首先要确定 下承层钢筋网水泥板的情况 ， 如果完好无损 ， 可直接 修补破损处 ， 如果水泥板出现了裂缝和破损 ， 一定要 先修复下承层 。有 时因下承层水泥板出现破损 、 裂 缝导致从伸缩缝等处下渗的水沿着裂缝流到低洼处 聚积 ， 引起上面层破损 ， 桥面沥青层破损处打开后常 见 的积水 现象 就 是 这 样 形成 的 。遇 到这 种 情 况 ， 一 定要 先处 理好 下承 层 的问题 ， 吹 干积水 ， 把水 泥破 损 处 的积尘 、 泥 土清理 干净 ， 并将 水泥 板破 损断 面用 钢 丝刷清理干净 。出现氧化物等不易清理物质 时， 可 用丙酮或二甲苯擦洗结合面 ， 如果出现漏筋现象 ， 还 要将 钢筋 上 的锈迹 除净 。用 一定配 比的环氧砂 浆修 补封 堵水 泥板 上 的破损 和裂缝 ， 特 别是 漏筋处 ， 一 次 封堵 不行 可分 多次 封 堵 ， 分 次修 补一 定 要 待 上 一次 修补的环氧树脂完全凝 固强化后再 进行第二次修 补 ， 直 至将 裂缝 破 损 完 全修 好 。封 住 雨 雪 水 下 渗 的 点及 通道 ， 才能 保证 路面 修补 的质量 和 寿命 ， 否 则仅 修复沥青面层 ， 下层不处理 ， 在下渗水 的侵蚀下沥青 层 还会 很快 破损 ， 并 且 造 成 下 承层 钢 筋 水 泥 板破 损 愈加严重。所以在处理桥头 、 伸缩缝处的沥青面层 破 损 时 ， 一 定要 注意下 承层 的 问题 。 3 结 语 综上所述 ， 针对桥面沥青铺层病害， 一定要认真 调研引起病害的原因， 如果是施工质量控制不到位 造 成早 期病 害 的发 生 ， 要 制定 一 个 合 理 的整 体 养 护 维修方案 ， 必要时不排除对破损路面提前进行大 中 修 ， 铣刨老路面重新罩面， 这样才能保证桥面铺装层 的整体性及正常运行 ， 保证下承层结构 的完好。如 果是 局部 因素造成 的病 害 ， 要找 到病 害产生 的原 因 ， 制定一个合理的养 护维修工序及方案 ， 维修 中如果 发现 下承 层钢 筋水 泥 板 破 损 ， 一 定要 先 处 理 好 下 承 层的问题 ， 再修补上面层病害。 参 考文献 l 1 李永 波 宁波甬台温高速公路沥青 路面病 害原因分析 与处理 J 筑路机械 与施工机械化 ， 2 0 0 6 ， 2 3 ( 6 ) ： 3 4 3 7 2 王秉纲 ， 胡长顺 跨构造物路面结构修筑技术研究综棕 J 西 安公路交通大学学报 ， 1 9 9 8 ， 1 8 ( $ 1 ) ： 1 4 3 1 4 7 责任编辑： 谭忠华 6 7