水泥混凝土桥梁沥青铺装层的病害调查及成因分析.pdf

86 随着公路里程的延长，公路桥涵、通道等结构物数 量也急剧增加。 桥梁结构在汽车荷载和环境的长期作用下， 不可避免出现各种各样的问题，也会导致桥面沥青铺装层 的破损 1。因此，需要对水泥混凝土桥梁的使用状况进行 调查分析，研究桥面铺装病害产生的原因，从而提出相应 的养护措施，并指导桥梁工程的建设。 1 桥面铺装病害调查方法 为了系统地掌握江苏省高速公路水泥混凝土桥梁沥 青混凝土铺装层的病害特点，在江苏交通控股公司的大力 支持下，对江苏省内的沪宁、宁连、京沪、沿江、沿海等 十余条高速公路的桥梁桥面铺装病害状况进行了问卷调 查，并对沿江高速、汾灌高速、宁宿徐高速、宁杭高速等 几条高速公路的桥面铺装病害进行了现场调研。 为了掌握江苏省高速公路水泥混凝土桥梁沥青混凝 土铺装层病害的特点，并为病害成因分析提供基础数据， 桥面铺装病害调查分三个层次进行，第一层次是进行桥梁 基本资料调研与汇总，第二层次是进行桥面铺装病害的现 场调研，第三层次是针对现场桥面铺装的典型病害进行现 场取芯，并进行室内试验测试。 2 水泥混凝土桥面铺装病害状况分析 2.1 桥面铺装层典型病害调查 根据对江苏省内高速公路水泥混凝土桥梁沥青混凝 土桥面铺装病害状况的问卷调查结果，项目组对苏南地区 和苏北地区各种病害桥梁占调查桥梁总数的比例状况进行 了统计。 桥面铺装病害按照 公路技术状况评定标准 （JTG H20-2007）来确定。 通过对大量调查数据的汇总与分析表明，当前江苏 省高速公路水泥混凝土桥梁沥青混凝土铺装层存在的主 要病害，苏南地区为坑槽、波浪拥包、车辙等病害，出现 病害的桥梁数占了苏南地区总调研桥梁数（1239 座）的 1.21% ； 而苏北地区的主要病害为车辙、 坑槽和龟裂、 裂缝， 苏北地区桥面铺装出现病害的比例较大，苏北地区病害桥 梁占总调研桥梁数的（1405 座）的 7.54%，主要是由于 京、宁通等几条早期修建的高速公路桥面铺装病害较多所 致。因此，坑槽和车辙病害是当前江苏省高速公路水泥混 凝土桥梁沥青混凝土铺装层出现频率较高的病害。此外， 还可以发现，通车时间与病害发展有着密切的关系，2001 年前通车的桥梁病害率较大， 其中车辙、 坑槽、 龟裂较严重， 2001 年后通车的桥梁病害主要为行车作用引发的车辙。 分析认为，早期通车的高速公路设计、施工水平都比较低， 抵抗外界作用的能力相对较弱，在长时间运营后，经过荷 载和环境等综合作用，桥面铺装结构层已经达到了使用极 限，病害发生率比较高。而近期通车的高速公路桥面铺装 车辙病害，根据车辙深度及表面形态，主要为压密型车辙 及剪切流动型车辙。因此，要提高当前桥面铺装的质量， 铺装层压实及混合料类型的合理选择仍是主要方面。 通过对三种主要主梁断面形式病害的统计与分析可 以看出，T 梁桥的裂缝、坑槽病害比较严重，分析其成因 主要为 T 梁桥主梁的断面形式有异于板梁和箱梁，翼缘板 连接处易于在车辆荷载作用下引发应力集中，而且由于连 接位置柔度相对较大，不易压实，在温度和水的影响下易 于产生病害。空心板梁桥和箱梁桥整体性好于 T 梁，但是 桥面板与沥青铺装层间的刚度差异更大，在温度的影响下 易于产生车辙等变形病害。这也与江苏省高速公路桥梁主 梁断面形式近几年的应用状况相吻合，箱梁用量在逐渐增 加，T 梁的数量则较少应用。综合分析现场调查的数据， 比较几种主梁断面型式的病害特点，桥面铺装的裂缝病害 易于出现在主梁断面型式为 T 梁和板梁的桥梁上，而主梁 断面型式为箱梁的桥梁裂缝病害较少。综观三种主梁断面 形式的典型病害状况可以发现，箱梁桥的病害状况整体上 要较板梁和 T 梁桥轻，说明对于高速公路而言，采用箱梁 作为主梁的断面形式可较好的提高公路的使用品质，延缓 桥梁铺装层病害的出现。 2.2 桥面铺装病害成因关联性分析 为了横向了解各条高速桥面铺装典型病害与通车时 间、铺装结构、交通量及桥面排水的相关关系，对几条高 速公路的相关数据进行了统计。统计结果表明，桥面铺装 的结构组合由 2001 年以前的 4cmAC-16 （AK-16 ） 水泥混凝土桥梁沥青铺装层的病害调查及成因分析 Damage investigation and causes analysis on asphalt mixture surfacing of concrete bridge 吴 限 闫 超（江苏省交通技师学院，江苏 镇江 212028） 摘 要：本文通过对江苏省内多条高速公路水泥混凝土桥梁沥青混凝土桥面铺装病害状况的调查，总结桥面铺装各种 病害的关联性，并对病害的深层成因进行分析，从而提出桥面铺装层典型病害的对策。 关键词：水泥混凝土桥梁；桥面铺装；病害；成因；对策 Abstract：The broken bridge asphalt pavement will affect traffic safety and service life of the bridge.By survey and analysis on the disease status of concrete bridge asphalt mixture surfacing in some highways of Jiangsu province,point out the relevance and deep causes of bridge asphalt mixture surfacing,thus proposes countermeasures for typical disease of bridge asphalt mixture surfacing. Key words：concrete bridges；bridge pavement；disease；cause；countermeasure 中图分类号：U416 文献标识码：B 文章编号：1003-8965(2016)06-0086-03 施工技术 万方数据 87 +5cm AC-20 （6cm AC-25 ）改变为 2001 年以后 的 4cm AK-13A（SMA-13）+ 6cm 改 进 型 AC-20 （Super-20），桥面铺装层的混合料类型与其施工厚度 的匹配性有所改善，使得铺装层的施工质量更易于控制， 且由于新型、改进型混合料的应用，铺装层的早期病害逐 渐减少。但车辙病害仍未得到根治，需进一步改善铺装层 混合料类型或提高施工质量。横向比较基本同时期修建的 高速公路，京沪高速与广靖锡澄高速、汾灌高速与宁宿徐 高速、沿江高速与宁杭高速，可见桥面铺装病害与交通量 的大小不成正比关系，交通量大的高速其桥面铺装病害并 不比交通量小的严重。综合以上分析，对于桥面铺装而言， 交通量是引发桥面铺装出现病害的直接因素，但是对于病 害数量和病害类型影响较大的因素并非交通量，而是桥面 铺装的混合料类型和施工质量状况。 3 桥面铺装病害深层成因分析 导致桥面铺装出现损坏的原因是多方面的，桥梁所 在区域的交通荷载及环境条件是主要的外部因素，而铺装 层材料类型选择、施工、养护中存在的不足则是深层原因 2。铺装层材料类型选择时与桥梁特点结合不密切，基本 沿用主线段中上面层结构；施工工艺和施工机具选择不合 理；养护滞后和修补材料不当等加速了铺装层的损坏。 3.1 铺装层材料类型选择不合理 从调查情况来看，桥面铺装结构层基本上沿用主线 段路面的上、中面层结构，致使桥面铺装层厚度和混合 料类型不匹配，上面层大部分为 AC13 型、AK13 型或 SMA13 混合料，而中面层大部分为 AC20 型、SMA20 或 Superpave20 混合料。 虽然 2001 年以后铺筑的桥梁铺装层采用了新型的使 用了改性沥青的混合料，但桥面铺装层仍存在坑槽、车辙、 推移、拥包等病害。究其原因主要为：这种上小下大的铺 装结构虽然满足人们对路面结构受力特点和传力特点的理 解，但是由于桥梁施工并非路面施工，其悬空架设的特点 使其很难精确的满足铺装层的标高要求，根据本次取芯状 况也可以看出，部分设计厚度为 9.5cm 的铺装层，最终 施工厚度仅为 6.5cm，下铺装层厚度仅 2 3cm，对于 公称粒径 25mm 或 20mm 的混合料显然是偏薄的，这导 致下铺装面层的施工质量难以得到保证；另外，由沿江高 速病害位置取芯状况也可发现，铺装下面层混合料的水损 坏及粘结层材料性能及施工质量差也是引发铺装层的早期 病害。 3.2 铺装层施工中存在的问题 根据现场调查桥面铺装层的病害特点及相关研究成 果的总结，当前桥面铺装施工中存在的问题主要表现在几 个方面：铺装层压实不足、桥面板处理不干净及一些施工 中易被忽视的细节。 1）压实不足的问题 严格的施工组织和施工监督机制是保证工程质量的 重要因素。而桥面铺装层的碾压由于考虑到桥梁的承载能 力限制，通常认为不能采用大吨位压路机或振动压路机进 行碾压，造成桥面铺装层压实不足，引发各种早期病害。 特别在铺装层的边缘压路机不易压到的地方，经常出现压 实不够，空隙率偏大，在车辆荷载的反复作用下，容易引 起铺装层的早期水损或混合料松散。 2）混凝土桥面板处理不干净 桥面板是桥面铺装的基础，如在桥面铺装层摊铺前 不能合理有效地对桥面板进行界面处理将会在较大程度上 影响铺装层性能的发挥。 对桥面板界面的处理包括：对桥面板表面灰尘、泥 土的清除；对桥面板界面的处理，清除混凝土表面浮浆 3。 3）粘层碎石不均匀 防水粘结层是桥面铺装的重要组成部分，合理的防 水粘结层设计、高质量的防水粘结层施工可以有效保证铺 装层与桥面板的共同受力与变形，减少推移拥包等病害的 出现 4。而部分工程中，由于原材料控制不当，防水粘结 层撒布的碎石粒径过大，这不但不利于防水粘结层性能的 发挥，而且会降低铺装层的层厚，进而影响铺装下层的压 实度。 3.3 铺装层养护中存在的问题 1）养护不及时 桥面铺装在通车以后，及时、合理的养护能有效地 延长铺装层的使用寿命，避免已出现病害的进一步恶化， 保证铺装层的使用品质。水是导致沥青铺装层损坏的主要 原因之一，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，整个铺装层就象置于一个大型的水 浴之中，加剧了铺装层的损坏，设计合理的桥面排水系统 并保证其畅通显得非常必要 5。但是调查中发现部分桥梁 桥面的泄水孔处于堵塞状态，没有起到雨天排水的作用， 使铺装层在雨季处于饱水状态。另外，当铺装层出现病害， 如轻微网裂、小坑槽后，如不能得到及时有效地维修将导 致病害在行车作用下不断恶化，影响桥梁行驶的舒适性、 安全性，甚至可能由于水的作用引发桥梁的结构性病害 6。 2）养护质量较差 调查中还发现，部分铺装层病害的养护质量较差， 如对坑槽等病害的挖除修补中，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， 造成重复的修补，使铺装质量越来越差。 4 桥面铺装层典型病害的对策 根据对江苏省高速公路水泥混凝土路面沥青混凝土 桥面铺装层病害状况的调查结果，对几种桥面铺装通病的 成因进行分析，并提出桥面铺装病害成因的对策，具体情 况见表 1。 由表 1 可知，针对当前水泥混凝土桥梁沥青混凝土 桥面铺装通病，为了有效对其进行防治，可从铺装层材料 类型的合理选择、防水粘结层材料性能要求及优选、铺装 施工技术 万方数据 88 层施工关键技术和桥面铺装养护的及时性与养护质量等几 个方面对桥面铺装技术展开研究与完善，从而提高水泥混 凝土桥梁沥青混凝土桥面铺装的质量。 表 1 铺装层典型病害成因汇总 典型病害病害成因有待进一步研究的方面 车辙 水损坏的并发症 铺装结构优选,施工压实 控制 由于桥面板高程控制较差, 造成铺装下面层大粒径混 合料离析,施工压实不足 铺装结构设计,铺装材料 类型优选 铺装层混合料压实不足,行 车作用下的追密变形 施工压实控制 坑槽 铺装层混合料压实不足,水 渗入铺装结构出现的病害 施工压实控制 混合料的施工离析,在水及 荷载作用下出现的病害 施工离析控制 推移拥包 防水粘结层材料品质或施 工质量差， 致使铺装层在车 辆荷载作用下出现水平变 形 防水粘结层性能要求及 材料优选 桥梁界面处治 裂缝类 负弯矩区反射裂缝 优化桥梁结构(非本课题 重点) T梁翼缘板铰接部位反射裂 缝 选择整体性较好主梁类 型 修补修补质量较差提高养护维修质量 5 结 语 桥面铺装是桥梁建设中重要的功能性结构，但由于 多种因素的影响极易出现病害。桥面铺装病害状况的系统 调研表明，坑槽和车辙病害是桥面铺装层出现频率较高的 病害，车辙问题也较为突出。对于高速公路而言，采用箱 梁作为主梁的断面形式可较好的提高公路的使用品质，延 缓桥梁铺装层病害的出现。铺装层的材料类型选择、施工、 养护等是桥面铺装长久使用的保证，应加强对桥面铺装的 重视，延长桥面铺装的使用寿命。 参考文献 1 李云青 , 徐建铭 . 桥面铺装病害主要类型、原因及 防治措施 J. 浙江交通职业技术学院学报 ,2008,9(1):16-18. 2 张昊 , 李茂奇 . 沥青混凝土桥面铺装病害成因分析 及防治措施研究 J. 城市道桥与防洪 ,2014(12):94-97. 3 杨忠胜 . 高速公路混凝土桥梁桥面铺装早期病害 防治探讨 J. 中外公路 ,2008,28(1):116-119. 4 舒国明 , 赵永祯 . 沥青混凝土桥面铺装病害预防成 套技术方案的研究与应用 J. 公路，2016(6):107-120. 5 徐天明 . 沥青混合料桥面铺装层病害原因及防治 J. 交通标准化 ,2010(8):162-165. 6 樊晓旭 . 高速公路桥梁桥面沥青混凝土铺装层的 病害成因及养护 J. 筑路机械与施工机械化 ,2015（2）： 64-67. 作者简介：吴限（1981.11-），女，辽宁海城人，工 程硕士，讲师，主要从事公路工程的教学与科研工作。 靠政府就能够完成，也不是兴建一批批住宅小区，或是把 一些产业引入，而是要深刻认识到每一寸土地都有它专属 的特色，要清醒的思考因地制宜的重要性。当代人类一定 要有环境觉悟，再不应该自我感觉过度良好，再不要随心 所欲地改造原有生态，学会尊重大自然。环境和环境设计 没有零起点，必须遵循保存、保护、发展链进行。如果希 望给地球留下尽量浅的足迹，那么应该谨慎思考一下我们 的生活方式 6。时至今日，我们仍然认为自己享有一项野 蛮的特权，即我们可以根据我们的意愿，任意对待大自然。 在实施这项不确定的权利时，我们已经贪婪地侵吞了我们 的自然财富，并且无情地摧残了生态环境。我们将大片被 森林覆盖的流域变成了冲沟和废墟；野蛮开荒的做法，将 无数的肥沃的地块转变