1、混凝土桥面沥青层铺装常见病害分析及处治对策 【摘 要】本文针对一般水泥混凝土桥面沥青混合料铺装结构常见病害进行了定性分析,笔者结合多年工程实践经验提出桥面铺装典型病害的针对性处治措施,并针对目前桥面铺装体系的研究及工程实践现状指出了桥面铺装结构今后的研究重点及方向。【关键词】混凝土桥;桥面铺装 ;沥青层铺装;剪切破坏;剥离;推移1. 概述水泥混凝土桥面沥青层铺装从材料组成及结构组合来看属典型的“刚柔复合”式路面结构,水泥混凝土桥面板属刚性材料 ,板体刚度大,模量高; 其上铺筑的沥青混合料铺装层属柔性材料,刚度小,模量相对较低,通常二者模量相差一个数量级。加之桥梁结构自身存在的振动,伸缩及受弯变
2、形,由于桥梁结构特性的要求 ,在沥青铺装层施工时一般禁止开强震 ,导致桥面铺装局部压实度不足,空隙率偏大 ,以上种种因素都对桥面铺装的质量和后期使用性能造成不同程度的影响。此外,在重载交通、急弯陡坡桥段 ,桥面铺装结构受力更为苛刻 ,较一般性路基路段更容易出现各种病害。随着我国交通基础设施的建设与发展,建桥技术不断进步,各种形式的大桥特大桥陆续出现,桥面铺装技术的研究也逐渐受到重视, 并逐渐开展了广泛而深入的研究。各国道路工作者主要从铺装结构分析、材料设计及施工等方面进行桥面铺装的研究工作。通过桥面铺装结构力学分析明确铺装层结构的受力状态,进而确定铺装层材料的性能指标要求。2. 桥面铺装常见病
3、害及原因分析一般水泥混凝土桥面沥青层铺装的病害主要表现为如下几种类型:(1)变形类,即车辙、推挤、拥包、波浪和沉陷;(2)开裂类,即横缝、纵缝、网裂、推移裂缝;(3)松散类, 即坑槽、松散和剥落。变形类病害发生的主要原因是铺装层抗高温剪切能力不足、界面处理不当以及防水粘结层的选择不当引起的,反映了桥面铺装层的结构设计以及施工工艺等几方面的不足。铺装层开裂包括横向裂缝、纵向裂缝和龟裂,桥面铺装层开裂类破坏主要原因有:(1)桥梁挠度大,震动剧烈,温度应力显著,在桥墩附近处还存在负弯矩区,这些外力条件都比相同材料在路面中所经受的条件要严苛,容易引起铺装层开裂 ;(2)桥面板的温度变化较一般沥青路面基
4、层变化更为剧烈,当铺装层低温抗裂性较差时 ,极易产生裂缝;(3) 由于混凝土桥面板开裂引起的反射裂缝。桥面铺装另一种重要病害形式为沥青混合料松散和坑塘,主要是受桥面铺装层施工工艺影响,导致桥面铺装压实度不足 ,渗水较为严重,桥面铺装材料在高压动水压力作用下产生了松散和坑槽。目前为了确保桥梁,尤其是大型桥梁的结构安全, 桥面铺装层进行碾压时,严禁振动压路机进行振动碾压,由于桥面铺装层采用与路面中下面层相同的结构型式, 而路面施工需要振动碾压才能确保路面压实度,尽管采取了其它一些措施, 但仍不能确保铺装层的压实度,这就造成了桥面铺装层发生水损害 ,或由水损害而造成路面车辙变形。同时 ,由于中面层混
5、合料粒径较大,与桥面板的粘结效果差 ,车辆作用下容易导致铺装层粘结功能的丧失,加剧了桥面铺装的各种破坏。桥面伸缩处是铺装发生松散类病害的主要部位之一。3. 桥面铺装施工过程中常见病害及处治措施桥面铺装施工包括桥面板水泥混凝土层、防水粘结层、沥青层,这三者的施工效果相互影响。沥青层直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用,其变形和应力特征与主梁及桥面板结构型式密切相关,一方面可分散荷载并参与桥面板的受力, 另一方面起联结各主梁共同受力的作用;既是桥面保护层又是桥面结构的共同受力层, 所以必需具有足够的强度、良好的整体性以及足够的抗裂、抗冲击、耐磨性能。以笔者所参与的重庆外环高速公路建设工程为例
6、,沿线桥梁众多, 且大中桥比例较大,因此桥面铺装也是本项目施工控制的一个关键点。日常巡查中发现,在桥面铺装施工中易出现的施工缺陷及可能的影响主要表现为:3.1 桥面水泥混凝土层平整度差、标高不均匀、低洼不平,导致防水粘结层出现堆积,沥青层厚度离析严重,由于沥青层厚薄不一 ,不单厚度难以保证 ,而且沥青层厚度与集料最大公称粒径也不相匹配,按正常方法碾压 ,压实度难以保证。且局部混凝土表面的凹陷部分在使用过程中很容易积水的地方,渗入的水排不出去, 高温时化成水汽 ,使沥青层与混凝土板脱空。对此可采取的措施有:加密桥面板标高的测量 ,掌握每一个桥面对沥青面层厚度影响的关键点和极值点,以确保桥面沥青层
7、厚度及其合格率满足竣工验收要求。如有必要, 则进行针对性调坡处理,对待标高偏差较大无法通过调坡解决的 ,则须尽快提请设计单位 ,提出加铺或其他桥面铺装预处理方案;同时针对局部凹陷地段还应加强碾压, 提高密水性。3.2 整平时浮浆较多、桥面板过于光滑 ,桥面板打毛处理时较难处理干净,在浮浆清理不彻底、桥面板粗糙度不足时,桥面板与防水粘结层脱离, 在桥面板与沥青层间产生 “剪切滑动效应”,达不到整体受力的效果,沥青层在重载交通作用下产生车辙、推移、松散 ;对此问题应该加强桥面板处治过程中的施工质量的监控,对处治效果不满足要求的路段及时进行返工处理。3.3 防水层在施工中易遭到摊铺机履带、运输车轮粘
8、起脱离现象,对防水层直接产生破坏,不能发挥防水、粘结作用 ,渗水将直接腐蚀桥体,危及桥梁安全;对此关键是控制摊铺前桥面(防水层) 的温度,可选择温度适宜的摊铺时段、提前洒水降温、铺设湿润麻袋等。从实际应用来看,效果不错。3.4 在沥青层施工中路面离析或路面压实度不足 ,路面现场空隙率较大,渗水严重,同时因空隙率较大使得混合料抗疲劳性能较差,易形成网裂, 加速雨水下渗 ,再加之桥面表面凹凸不平,进入路面中的雨水不能及时排出 ,长时间滞留在桥面与沥青层之间 ,形成“浴缸反应”,直接导致水损害;对此问题,建议加强后场混合料级配和油石比控制 ,现场强调碾压环节,同时完善桥面排水措施。3.5 沥青层施工
9、完后,由于局部离析及桥面板浮浆清理不彻底或碾压温度过低导致粗骨料破碎等因素,桥面易出现白斑 ;白斑是以往桥梁存在的“顽疾 ”。从以往施工情况看, 该现象较为常见,往往在行车道上的白斑后期发展会形成坑槽等病害, 施工中应加以重视。对此问题,一方面应采取措施减少铺面离析 ,加强桥面沥青层的碾压控制 ,提高密实性和密实均匀性,尤其是边缘的碾压;另一方面应加强桥面护栏与沥青面层之间的竖向缝隙的密水性处理, 可采用浇灌涂刷乳化沥青、改性乳化沥青等经济可行的方式,减少雨水的灌入。3.6 桥梁伸缩缝的施工质量对铺装层影响也较大 ,如果对伸缩缝附近位置如横向或纵向平整度处理不好,则通车后在该位置极易出现路面积
10、水 ,产生坑槽、推移现象。对此 ,应注意桥梁伸缩缝处的处理,在摊铺沥青混合料前 (特别是沥青上面层),应将伸缩缝填平,确保伸缩缝边缘不塌边。此外,排水设施安装完成后 ,除检查其指标外 ,应对排水系统的排水功能进行测试,观测水是否能沿管道排出 ,对不能顺利排水的,进行返工或者补设处理。4. 桥面铺装体系研究重点及方向结合桥面铺装结构常见病害及当前研究现状,笔者认为, 今后应从以下几个方面开展桥面铺装体系的研究:4.1 特殊路段桥面铺装结构的力学分析及修筑技术研究。重庆地处川东山区,受地形条件限制,存在大量的急弯陡坡桥 ,这些桥梁有着比直线桥更为苛刻的外部环境 ,桥面车辙和推移病害更为突出,对桥面
11、铺装层的要求更为严格 ,无论是施工和后期的使用都是对桥面铺装的一个严峻考验。长坡弯桥施工难度大,在摊铺碾压过程中, 摊铺机行走在未固化的粘结层表面上可能会发生打滑和粘连现象。压路机在碾压过程中,由于纵坡过大压路机会在未固化的粘结层界面上产生较大的水平力,容易对粘结层造成破坏, 影响粘结层的粘结效果,在大的纵坡上如何进行摊铺和碾压也值得进行专门研究。因此开展重载交通作用下的山区高速公路长坡弯桥桥面铺装病害防治技术研究势在必行。4.2 提高桥面铺装层层间稳定性研究。主要考虑两方面内容:一方面选择剪性能好的沥青铺装结构型式。通过桥面铺装结构力学分析明确铺装层结构的受力状态,进而找到符合桥面铺装层的材
12、料及其性能指标和结构形式。如近几年桥面铺装中得到了广泛应用的改性沥青混合料、环氧树脂薄层铺装等;另一方面从界面处理方面入手, 主要的方法有喷洒防水粘结层、布加强筋和表面粗处理。在梁板体表面喷洒高效的防水粘结层可达到增加铺装层与梁板体间的粘力的作用;在梁板体表面植入锚筋 ,可增强铺装层与梁板体间的结合 ,阻止脱层和滑移。对于表面粗糙处理方面,国外目前比较流行的方法是喷砂清理法、抛丸处理及酸蚀法等。还有一些处理方法如高压水冲毛(水压达35MPa 以上)、机械式钢丝刷刷毛等表面处理方法也具有很好的使用效果。我国混凝土桥面板表面粗糙处理方面大多还是延用传统的工艺,如凿毛、拉毛刻槽等工艺方法 ,这些方法
13、劳动条件差、强度大、功效低、进度慢 ,已不适合当前我国桥梁建设发展的需要。4.3 我国近年来对于桥面铺装体系材料选择、结构设计、施工控制等方面积累了一定的成果和经验。同时应该看到,目前在桥面防水层、铺装层材料选择、性能评价、施工工艺、施工质量控制等方面还存在一定程度的困惑。主要表现在如下几个方面:4.3.1 桥面防水层性能试验方法不统一。不同研究中采用的防水层性能试验方法方面有差异,尤其是试验的加载速度、温度等 ,以至于不同的研究中对于某些材料的性能评价结论不一致。4.3.2 防水层标准不统一。由于性能评价方法差异,不同研究中提出的防水层技术标准不一致。4.3.3 铺装层施工工艺研究有待深化。桥面铺装层病害与其施工控制有很大关系,尤其是碾压环节。多项研究中对铺装层碾压方案进行了探讨,包括振荡压路机等新工艺, 但目前对既能减少对桥梁结构损伤,又有较好压实效果的技术方案仍缺少定论, 桥面铺装层由于压实不足导致的早期病害仍然远多于其它路段。4.3.4 有必要针对铺装层的特殊需要提出混合料的性能要求。铺装层混合料的应用环境(温度、排水等)、力学响应状态、施工条件等与正常路段不同。需要有针对性的提出性能标准,以满足施工和路用性能需要 ,这些在以往的研究中涉及较少。包括铺装层的施工和易性、抗剪强度、高温性能等等。
