四川成雅高架桥Thus-12 极薄磨耗层罩面后的表面功能浅析

王志刚

（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司， 四川 成都 610041）

1 工程概况

本项目位于 G5 京昆高速公路成雅段，建成于 1999 年 10 月，桥龄已逾 17年。主线桥梁由左、右两幅并列组成，桥宽 24.6m-34.5m 之间。该桥梁上部结构采用宽翼缘连续箱梁，支座采用柱顶普通球冠圆板式支座。下部结构采用重力式桥台、圆柱墩，支点处盖梁均为部分预应力结构。基础为钢筋混凝土桩。桥面铺装采用 8cm 厚 30#钢纤维防水混凝土，伸缩缝采用型钢伸缩缝，桥面外侧设置钢筋混凝土防撞护栏，桥面中央分隔带处设置波形梁护栏。匝道桥单幅布置，同样建成于 1999 年 10 月，其结构形式均与主线桥一致，桥面宽为 8m。

由于本桥采用水泥混凝土铺装，且经过20 年的使用，其平整度较差、行车噪音大、抗滑性能下降，本次改造的目的是为了提高该桥的行车舒适性，并减轻对沿线居民的交通噪音影响；提高行车安全性，特别是降雨过程中的抗滑性能提升。

通过经济技术综合分析，在确保桥梁结构安全性的前提下，为尽可能提高行车舒适性、降低行车噪音、提升抗滑性能，桥面病害处治合格后进行1.2cm 厚Thus-12 极薄沥青磨耗层罩面。改造范围为主线桥梁段，包含加宽部位，桩号实测范围为 K1+300～K6+000。

2 Thus-12 极薄磨耗层混合料设计数据简介

Thus-12 极薄磨耗层沥青混合料设计采用体积设计与油膜厚度控制结合的方法，增加6.3mm 筛孔控制增加级配坎挤稳定性。

3 施工工艺

3.1 沥青混合料拌和

沥青混合料拌和时，严格按确定的生产配合比由电脑自动控制上料。拌和时注意控制好混合料的温度及均匀性，并派专人负责检测，若发现出厂混合料温度高于195℃或出现花白料或结团成块或严重的粗细料分离现象时，则混合料应予废弃不得使用，同时要马上查找原因及时调整。

3.2 沥青混合料运输

运输车采用自卸车。自卸车数量应保证连续施工。自卸车装料前，应彻底清扫车厢，并涂防粘剂，但不得过量。车厢必须进行保温和防雨遮盖；

自卸车装料时应前后移动，至少分3 堆装料，以减少粗细集料的分离。自卸车运抵摊铺现场时，在摊铺机前30～50cm 处停住，不得撞击摊铺机，卸料过程中自卸车应挂空档，靠摊铺机推动前进；

采用插入式温度计逐车检测混合料出场及到场温度，到场摊铺温度不低于165℃。已离析或混合料温度低于规定铺筑温度或遭受雨淋的混合料，均予以废弃；

卸料过程中继续覆盖，直到卸料结束取走篷布，以保温或避免污染环境。

3.3 同步摊铺

极薄磨耗层必须采用同步摊铺机进行摊铺，即防水粘结层的喷洒和混合料摊铺同步进行。

3.3.1 改性乳化沥青喷洒

根据混合料体积指标确定乳化沥青喷洒量为0.85-0.95kg/㎡，可根据现场路面的纹理深度做适当小幅调整，喷洒宽度必须大于混合料摊铺宽度3-5cm；

乳化沥青加热温度为70-80℃，导热油温度不得超过150℃，加热过程中必须进行搅拌或循环，以避免局部温度过高导致可能的乳化沥青破乳；

乳化沥青喷洒必须有人对5 个喷洒单元进行监控，发生喷嘴堵塞时马上停机处理。

3.3.2 混合料摊铺

摊铺机作业采用同步摊铺机施工，摊铺速度控制在10-15m/min 左右。混合料摊铺温度控制在160～170℃之间，在气温低于10℃时，不得进行极薄磨耗层摊铺施工；

在开始摊铺前，摊铺机熨平板必须预热至不低于100℃，受料斗和螺旋送料器必须涂防粘剂。摊铺过程中若出现边角缺料等缺陷时，及时换填或补料。除机械不能到达的死角外，不得采用人工摊铺；

混合料运输车向摊铺机受料斗卸料时，禁止混合料洒落路面。如果发生混合料洒落，必须立即停止摊铺，将洒落路面的混合料全部清理干净后再进行摊铺；

第一幅摊铺的纵向接缝搭接面，必须人工推成立面，便于纵向接缝的紧密平顺。

3.4 接缝处理

极薄磨耗层施工缝主要是纵向接缝，采用垂直的平接缝，为冷接缝。纵向接缝的处理须做到紧密粘结，充分压实，连接平顺，接缝处摊铺施工时用3m 直尺检查平整度，不符合要求时及时进行处理；

横向接缝进行碾压时先用钢轮压路机进行横向碾压，再改为45℃斜向碾压。

3.5 碾压

极薄磨耗层沥青混合料为骨架空隙结构，且厚度仅为1.2-1.6cm，经摊铺机摊铺后，混合料已满足压实度要求，压实的是为了实现集料的坎挤稳定：

采用双钢轮压路机静压2-4 遍即可完成碾压；

碾压速度不得超过6km/h，碾压施工需在路面温度降至120℃之前完成；

为防止压路机碾压中混合料粘轮，碾压前必须对钢轮进行必要的清洁，包括钢轮的锈迹，清洁后涂抹植物油，以及碾压过程中适当洒水保持钢轮湿润；

在摊铺机连续摊铺的过程中，压路机不得随意停顿。在当天施工结束后，不得将压路机或其他车辆停放在已经施工完的磨耗层上。当压路机加水等需要短时间停放时，应将压路机停放在终压完成的路段上。

3.6 开放交通及其他

摊铺层经自然冷却，表面温度低于50℃后30min 后方可开放交通。

4 表面功能检测与对比分析

2019 年9 月10 日至2019 年11 月19 日，分别进行了噪音、抗滑性能、层间防水和层内排水对比检测。

4.1 噪音检测与分析

行车噪音来自于4 个方面：轮胎噪音、发动机噪音、底盘噪音和风阻噪音。轮胎噪音与路面相关性极大，所以，如何降低轮胎噪音一直是路面工程的一个重要课题。轮胎噪音来源于2 个因素：轮胎与路面的摩擦；轮胎与路面之间的高压气膜释放时产生的爆破导致空气高频振荡。当车速低速（＜ 60km/h）行驶时，摩擦产生的噪音为主要来源；当车辆高速行驶时，轮胎与路面之间的高压气膜释放产生的噪音为主要来源。成雅高速公路高架桥的车辆行驶速度集中在60-80km/h，轮胎噪音主要来源于高压气膜释放产生的噪音。

目前，道路工程范畴的行车噪音防治分为被动防治和主动降噪2 种方法。被动防治采用道路沿线两侧设置隔音屏，主动降噪是通过路面表面层（磨耗层）类型选择与结构设计降低轮胎噪音。针对成雅高速高架桥，一直采用隔音屏降低行车噪音对周边居民的影响，但隔音屏通过声波折射改变声波向上传导，对周边大厦内低层居民的噪音影响得到了缓解，但对高层（10 层以上）居民的影响反而增大。

Thus-12 极薄磨耗层混合料的设计空隙率为17%,摊铺后取芯进行室内测试，去除底部防水粘结层的影响，其防水粘结层（4mm 左右）之上的极薄层（9mm 左右）实际空隙率大于20%；同时，混合料的公称粒径为6.3mm，碾压后的路面厚度为10-16mm，骨料的重叠为1.5-2.5 个，造成表面空隙的联通率占比极大（理论估算大于80%），轮胎在路面上高速向前滚动的过程中，被轮胎压缩的空气通过路面的联通表面空隙释放掉，气膜形成的几率和压力会大幅下降，导致形成的噪音变小。

4.2 抗滑性能

Thus-12 极薄磨耗层罩面前后，分别进行了摩擦系数、纹理深度和紧急制动距离检测。其中，摩擦系数和纹理深度是评价路面抗滑性能的间接表征方法，为了使评价更具代表性和直观性，以及成都多雨的气候特点，增加了干燥路面与积水路面的紧急制动距离测试。

4.3 层间防水与层内排水

具有现代意义的超薄磨耗层起源1986 年的法国，后被美国于1992 年引进并注册商标的NovaChip，其革命性的创新在于通过特殊的乳化沥青配合同步摊铺工艺（乳化沥青的喷洒和沥青混合料的摊铺在一台设备上同步实施）解决了超薄磨耗层粘结防水问题。该技术于2002 年引入中国，经多年的应用，其性能表现的到广泛的认可。同时，由于我国气候、交通状况和排水设计与法国和美国的不同，空隙衰减过快及防水效果的不足也逐渐体现。

为了确保层间粘结防水，Thus-12 极薄磨耗层防水粘结层使用专用改性乳化沥青，同样采用同步摊铺工艺，确保乳化沥青中的水分瞬间汽化，导致乳化沥青部分泡沫化，膨胀上升最终形成一层含密闭微孔的防水粘结层。

4.4 、试验结果

因为原路面经铣刨拉毛处理后粗糙度比较大，Thus-12 极薄磨耗层设计乳化沥青用量为0.85-0.95kg/㎡，实际用量平均为1.13kg/㎡。为了对比明显，在160℃条件下分别测试了0.8kg/㎡、1.1kg/㎡和1.4kg/㎡三个乳化沥青用量下的上升高度。

Thus-12 极薄磨耗层摊铺温度要求大于160℃，该项目实际摊铺温度为155°-180°之间，基于此，在1.1kg/㎡乳化沥青用量下分别测试了140℃、160℃和180℃三个温度下的上升高度。

试验结果显示，相同测试温度下，随着乳化沥青用量的增加，实际粘附高度会大幅增加。表明随着乳化沥青用量的增加其防水向能也会大幅增加，但会导致极薄磨耗层有效空隙的降低，影响其它表面功能；另外，随着用量的继续增加，乳化沥青会上升至极薄磨耗层的表面最终导致泛油。相同乳化沥青用量下，随着测试温度的增加，实际粘附高度会增加，但增幅不大。表明摊铺温度对防水粘接层厚度的影响不大，远远小于乳化沥青用量的影响。

试验结果也表明防水粘结层内部含有与膨胀率相等的密闭空隙，这也是造成实际粘附高度大于理论粘附高度的原因。这种含有密闭微孔的更厚的防水粘结层出了具有更好的粘结力同时，其防水性能也更好。

为了模拟Thus-12 极薄磨耗层现场空隙率，试验采用的测试棒为圆柱体，且为了更准确的评估乳化沥青的膨胀率，其测试端的底面为平面，测试时底面与托盘完全接触，测试棒的各部分的空隙率是一致的；而现场石料的形状为多面体，石料与底面是局部接触，导致极薄层底部的空隙率大于中间部分，所以，试验得出的实际粘附高度会比现场的防水粘结层厚度要大一些。

5 小结

通过项目实施过程中对噪音、抗滑性能、层间防水和排水的试验检测与对比分析，Thus-12 极薄磨耗层具有良好的降噪效果，可大幅减轻对沿线居民的交通噪音影响；具有良好的抗滑性能，特别是针对成都多雨的气候特点，雨天积水路面的抗滑性能表现更为优越，可极大的提高行车安全性；专用乳化沥青配合同步摊铺工艺，会获得更厚的防水粘结层，其防水性能更高；1.2-1.6cm 的极薄特性，导致其层内排水能力不足以与4cm 排水路面相比，达不到排水路面的要求。

上述检测数据和17 个月的应用跟踪表明，本次项目改造达到了项目的设计目的。同时，在降低高架桥（路）的静恒载，避免振动碾压对桥梁支架的破坏，以及优良的表面功能都表明，Thus-12 极薄磨耗层适用于高速公路高架桥（路）的铺装层改造和加铺，也适用于四川地区多雨的气候特点。