桥面铺装新型病害机理分析与对策研究

何 丽 张进泉 李 锐 杨 光

（1、江汉大学文理学院，湖北 武汉 430056 2、湖南城建职业技术学院、湖南建筑高级技工学校，湖南 长沙 410015 3，4、中铁十一局集团第二工程有限公司，湖北 十堰 442525）

据调查统计，大部分高速公路上水泥混凝土构造物上的沥青混凝土铺装层的各种损害要比路基路面上严重得多。桥面铺装层的病害防治的相关研究不少，但有实质性内容并不多，大都把病害列举一下，笼统的写一些通用的防治方法。本文基于高速公路实际工程展开有针对性的分析及对策研究，深入分析了该高速公路所出现的新型病害。

1 病害机理分析

1.1 内部松散现象的产生原因

在发生内部松散现象的地方发现，雨后的雨水通过透水处进入下面层中便停留其中，无法排出，取芯孔中除去冷却水仍不断冒出水，说明下面层内部长期处在水的侵蚀中，路表部分发生了油斑，但除了部分有油斑外，无其他明显变形或病害。可以推断：内部松散的地方内部混合料侵蚀严重，甚至集料颗粒完全裸露，但凭借期间的骨料嵌挤作用，仍可以维持较长一段时间，同时此种松散并非只是停留在内部而不破坏表面，而是从内部的松散向上扩散，最终导致表面的松散、剥落、裂缝等破坏。最终达到路表时，形成“口小底大”的非常规坑洞。另外，发生内部松散的地方沥青层间基本都脱落。

1.2 新型泛浆现象的机理初探

泛浆现象在被调查道路较为严重，大面积的泛浆比比皆是。仔细观察不难发现，道路的路幅为双向四车道，路面的汇水面积因此较大，而所有的降水都必须汇集到最外侧的排水口才能得以排除，加上排水系统的不完善及淤堵，雨天降水往往汇集在车道下面层内部而不能及时排除。几个原因都促使了泛浆的发生。之所以称为新型泛浆，是因为它在水侵入的途径方面不同于以往的唧浆。唧浆是在路面裂缝处，外界水可以不断渗入并积存于桥面顶面，桥面结合料在侵入水的浸泡下形成泥浆或灰浆，行车荷载的反复挤压，使它从裂缝中被挤压而出，桥面不耐冲刷和路面裂缝是唧浆的根本原因所在。唧浆现象中，水侵入路面结构内部的途径是路面上已经出现的裂缝，唧浆的范围也仅限于裂缝的周围。而在新型泛浆现象中，强大的有压水侵入途径是通过沥青层的空隙，穿透结构完整的沥青面层，桥面顶面的水泥浆也通过相同的途径被挤压到路表，泛浆的范围是所有沥青面层透水处。同时我们对部分发生病害的桥面的不同位置进行了渗水试验发现，并不是所有桥面的渗水系数都很大，而是部分地点的空隙较大，渗水比较严重，大部分地点的渗水系数很小，这同时也暴露了施工的不均匀性、部分地点的压实度不够等带来的桥面严重积水。同时也是各种早期损害的根本原因所在。

1.3 剥落现象的根源

为了避免钻芯时冷却水对取样的扰动，取样时使用风镐将路面整体挖开，这条道路的底面层混合料使用的是石灰岩集料，按照以往的经验来判断，不应该发生剥落，然而恰恰是这种碱性集料却出现了严重的剥落。被挖开的面层底部还散落着一些因为剥落而松散的集料颗粒，而且非常潮湿甚至积存有大量的水。这从侧面反映出当前修筑的高等级路面透水性大，或铺装层的不均匀性较大而排水系统却不完善的问题。水通过空隙较大的地方透入但却无法排出，而给剥落等问题提供了方便。

面层底部集料发生剥落说明了两方面的问题：①即使是底面层，对沥青/集料粘附性的要求也不能任意降低。尤其是当表面层使用了空隙率较大的开级配抗滑磨耗层时，整个面层的透水性大大增加，底面层很可能长期处于水侵蚀下，所以其水稳定性不应该任意降低。②另一方面，即使是与沥青粘附性一向较好的石灰石，也难以抵御长时间的水侵蚀。路面的空隙率越大，透水性就越大，对沥青/集料粘附性的要求就越高，平衡空隙率与粘附性之间的关系是路面混合料设计的重要任务。粘附性相对不足是多种道路病害的主要原因，必须给予足够的重视。

习惯上认为沥青与酸性集料的粘附性较差，易发生剥落，而与碱性集料的粘附性较好。从实际调查的结果来看，碱性集料与酸性集料同样存在剥落现象，只是不同的环境造成的剥落程度不同而已。

1.4 “口小底大”坑洞的分析

造成坑洞的原因主要是松散。包括传统松散和内部松散。传统的松散是由于沥青与集料的粘附性较差，在外界水的侵蚀下，路表面的沥青混合料首先发生剥落，致使此处的集料由于丧失粘结而松散开来。随着破坏的加剧，集料逐渐散失，路面上就形成了一些大小不一的坑洞。如前所述，内部松散首先发生在沥青层底面，然后逐渐向上发展，直至最后贯穿整个沥青层，在路表面形成坑洞。路表完好的地段可能内部已经发生破坏并正在向路表发展。

1.5 桥面铺装层内部大量积水成因探究

路面的压实度不足所导致的危害是显而易见的，空隙率偏大、通透性增大，如果内部排水不畅，则极易在雨后累积大量水分，导致水损坏。本次调查发现许多沥青路面存在压实不足问题是比较严重的。该公路普遍采用密级配的面层，设计空隙率一般为4%，通过钻芯发现，沥青面层压实度为94%左右，有的只有92%，所以路面建成之初的实际空隙率为10%-12%；这个空隙率本已太大。但如果压实度达不到要求的话，路面的空隙率则更大，沥青面层透水严重也就成了必然现象。大雨过后，雨水通过空隙透入而无法排出，积水可在面层内形成自由液面。又因路面横坡的存在，往往在外侧车道积存的水较多，所以出现了钻取芯样时的积水现象。因此压实度不足又是其他病害，包括水分的侵入的根源之一。

2 防治对策研究

2.1 确保桥面铺装层厚度

沥青混凝土铺装层的加厚可以减少水泥混凝土桥面的温度变化，从而降低沥青混凝土铺装层底部拉应力。在我国，高速公路沥青面层一般采用表面层为4cm细粒式沥青混凝土；中面层为5cm或6cm中粒式沥青混凝土；下面层6cm或7cm粗粒式沥青混凝土的典型结构。因此建议高速公路沥青混凝土铺装层的厚度应与主线路面的表面层、中面层结构相一致，厚度以大于9cm为宜。

2.2 设置合理有效的桥面排水系统及桥面防水层

沥青铺装层本身是透水的，即使采用密级配，由于压实度的差异、材料离析及施工不均匀性等原因，都会导致局部透水现象。因此在做好沥青层表面排水的同时，也要做好沥青层内部排水和有效的防水层。

2.3 保证混凝土桥面与铺装层的结合

根据理论分析可知，结构层间接触条件对其底部受力影响极大，提高层间接触程度可以显著提高结构层的疲劳寿命。层间滑动时的最大主拉应力较层间连续时大4～5倍。因此在施工中应加强沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥面的粘结，采用粘结力好的改性沥青作为桥面粘层油，施工粘层油前应清除水泥混凝土桥面的杂物及浮浆，同时对水泥混凝土桥面做凿毛处理。此外，还需将凿后的混凝土松散粒、砂石、泥污等清除干净。为有利于层间粘结牢固。

2.4 保证水泥混凝土桥面的平整度

严格控制施工质量，保证水泥混凝土桥面的平整度，特别是控制水泥混凝土桥面标高不得突破设计标高，从而避免产生使沥青混凝土面层减薄的不利现象，也避免了桥面出现不平的现象，防止桥面存水。

2.5 设计与施工的统一

由于设计中的有些地方在施工中很难实施或很难较好的实施。如果设计时不考虑施工中的因素，就容易导致由于设计施工的脱节引起的工程缺陷，为早期损害埋下隐患。因此要注意设计与施工的统一。

3 结语

沥青桥面铺装层早期破坏普遍存在比一般路面严重的多，降水渗入沥青面层中后无法排除、水泥混凝土平整度差，施工的不均匀性，集料与沥青的粘附性差，排水系统不完善等，加上汽车荷载和温度应力的共同作用下导致沥青面层发生破坏，出现种种病害。针对不同的病害，有针对性地采取措施进行防治，完全可以将损害的程度降低到很小，同时，在设计在沥青时要考虑到施工的实际情况，尽量统一起来。施工中应严格控制各道工序、各项指标，减少和消除各种不利因素对沥青桥面铺装层造成的损害，以提高沥青混凝土桥面铺装层的耐久性和行车舒适性，延长桥梁使用寿命。

[1]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京：民交通出版社，2001.5.

[2]黄志义，潘伟兵，徐兴等.路面接触非线性特性研究[J].公路交通科技.2005.5（22）:1-4.