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 727300）

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：U415.7 文献标志码：B

0 引 言

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。

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[1-2]。

1 桥面铺装层的病害成因

1.1 桥面铺装层的作用

（1） 桥面沥青混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-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。endprint

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。此时应尽早对桥面做微表处理，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5～10 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。

（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6～10 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 cm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45 m2，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：

[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，2006，23（6）：34-37.

[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，1998，18（S1）：143-147.

[责任编辑：谭忠华]endprint