水泥混凝土桥梁沥青铺装层病害的防治技术

黄利峰 王金峰

摘 要：桥面铺装病害会影响桥梁的使用性能，需要采取合适的措施进行全面防治。本文在对江苏高速公路桥面铺装病害调查分析的基础上，提出从铺装层结构、防水粘结层设置和施工质量控制等三个方面进行病害防治。试验结果表明，双层SMA桥面铺装结构具有良好的高温稳定性，有助于防治桥面铺装的车辙病害，而且热喷沥青加碎石的结构性防水层可以提高铺装体系的抗剪切性能。通过在施工中采用合理的压实机械和界面处置方法，可以显著提高桥面铺装的性能和质量，延长桥面铺装的使用寿命。

关键词：水泥混凝土桥梁；桥面铺装；病害；防治

桥面铺装层是公路桥梁的重要组成部分，不仅直接承受行车荷载作用，而且起到防止雨水下渗腐蚀桥梁主体结构的作用，其质量的优劣，直接影响到整个桥面的运营质量和服务水平，甚至影响桥梁的使用寿命。大量调查研究表明，车辙、拥包推移和松散是水泥混凝土桥面铺装层最常见的病害。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。因此，需要从路面结构设计、材料选择和施工控制等多个方面提高桥面铺装层的质量，从而延长桥面铺装的使用寿命。

1 高速公路桥面铺装病害状况分析

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，对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进行统计，统计结果表明：坑槽、波浪拥包、车辙等病害是苏南地区最为常见的桥面铺装病害，约占苏南地区总调研桥梁数（1239座）的1.8%；而苏北地区桥面铺装的病害主要为车辙、坑槽和龟裂、裂缝，约占苏北地区总调研桥梁数（1405座）的7.54%，这除去了于京、宁通等几条早期修建的高速公路，由于其桥面铺装病害太多，不具有代表性。各典型病害的统计数据表明，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，特别是2003年以后修建的高速公路桥面铺装普遍采用SMA和SuperPave混合料，使得其桥面早期病害大幅减少，基本只存在一定量的压实型、剪切流动型或二者结合型的车辙病害。对比不同主梁断面形式的桥面铺装病害情况还发现，采用箱梁作为主梁的断面形式可较好地提高公路的使用品质，延缓桥梁铺装层病害的出现。因此，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、防水粘结层设置和施工质量状况。

2 水泥混凝土桥梁沥青铺装层结构的选择

近年来，随着SMA及AK型混合料在高速公路及桥梁上面层中的大规模应用，其品质已基本被认可，特别是SMA混合料具有热稳性优良、抗滑耐磨耗、抗裂性及密水性好、施工要求低等特点，较多地用于桥面铺装中。但铺装下面层的材料类型及品质却有待优选，通过对SMA13S、SMA9.5S、AC13S、SUP20、AC20等几种用于铺装下面层混合料的高温性能、低温性能和水稳定性的对比分析，可以优选出了适宜的铺装下面层混合料类型。

采用60℃车辙试验可以评定5中常用桥面铺装下面层材料的高温稳定性，低温小梁弯曲试验可以评定混合料的低温抗裂性能，浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验可以衡量沥青混合料的抗水损害性能，试验测试结果表明：SUP20和SMA混合料各项性能均较好，特别是高温稳定性较为突出，SUP20混合料除动稳定指标略高于SMA混合料外，其他几项性能均不及SMA，因此相对于其他几种混合料SMA应是桥面铺装下面层较适宜的混合料类型，且尤以SMA9.5的品质较优。

为全面衡量不同桥面铺装混合料组合结构的高温稳定性，室内试验按表1中的组合分别成型了双层车辙板试件，4种桥面铺装组合的车辙试验结果见表1。

从表1的测试结果可以看出，所有的铺装组合动稳定度都在3000次/mm以上，说明抗车辙性能较好。4种桥面铺装结构组合都表现出较好的抗车辙性能，其中桥面铺装组合1和组合2（SMA9.5与SMA13相组合）的抗车辙性能更为优秀，双层SMA组合次之，而SMA与AC的组合相对较差。

3 桥面防水粘结层的作用及优选

随着我国公路里程的持续增长，公路桥涵、通道等结构物数量也急剧增加，桥面铺装及桥梁结构在使用过程中所暴露的缺陷与不足也日益突出。大量的调查发现，许多地区对桥梁防水粘结层的设计和施工不够重视，只是在设计中说明需要进行桥面防水处理，但未作具体要求，导致现场防水层施工质量较差。当铺装层出现路面病害时，车辆反复作用会导致下渗的雨水会浸泡和冲刷防水粘结层，若防水粘结层质量不佳，会很快出现剥落现象，导致桥面铺装丧失整体性，加快桥面铺装的破坏。此外，在夏季高温时，桥梁的铺装层和防水粘结层都开始变软，在车轮荷载反复的挤压、剪切作用下，容易出现桥面铺装的推移破坏，并导致防水粘结层的剪切破坏。因此，桥面铺装防水粘结层的合理设置对延缓铺装层破损和延长铺装结构的使用寿命具有十分重要的意义。

大量的调查表明，桥面铺装层间剪切破坏、开裂、水损害等病害都与防水粘结层破坏有很大关系，因此防水粘结层材料应具有适宜的高温性能、低温性能、抗水损坏性能、抗剪切性能、粘结性能与抗老化性能。目前，我国的水泥混凝土桥梁防水粘结层主要有桥梁专用防水粘结层、水乳沥青类、热融沥青类及胎体类等四类产品。室内试验对橡胶沥青、SBS改性沥青、SBS改性乳化沥青、涂膜类防水粘结层材料等几种水泥混凝土桥面防水粘结层较常用材料的性能进行测试，测试结果见表2。

从表2的试验测试结果可以看出，SBS改性沥青、橡胶沥青和涂膜类材料各项性能指标均能满足要求，SBS改性乳化沥青材料的剪切强度、高温性能和不渗水性均无法满足要求。考虑到SMA具有表面构造深度大的特点，在SMA铺装下层与桥面板之间存在丰富的连通空隙，构成层间水渗流的通道。双层式SMA铺装系统防水层的选择需要充分考虑这一特点。推荐采用热喷沥青（橡胶沥青、SBS改性沥青）加碎石的结构性防水层，其中热喷沥青在铺装层碾压及运营期间可适度上浮，封堵SMA铺装下层与桥面板的层间空隙，在铺装层下部形成富沥青层，从而消除SMA铺装层间连通空隙带来的水损害风险。同时，结构性防水层的碎石可减少施工过程中防水层的机械损伤，并提高铺装体系的抗剪切性能。

4 双层式SMA桥面铺装施工质量控制

从大量桥面铺装层病害的现场调查结果来看，引起桥面铺装破坏的原因，除桥梁所在区域的交通荷载及环境条件是主要的外部因素，铺装层材料类型选择、施工、养护中存在的不足也都是重要的原因。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、桥面板处理不干净和桥面防水粘结层质量差等。因此，需要对常用压实机械的使用效果和桥梁界面处置技术的效果进行对比分析，选择适合双层SMA桥面铺装施工的工程技术方案，从而确保双层SMA桥面铺装的工程质量。

压实机械选择和界面处置是影响桥面铺装施工质量及使用品质的两个重要因素。工程实践表明，采用垂直振动压路机的压实效果较振荡压路机和胶轮压路机更优，在均能满足规范压实度及现场渗水性能的前提下，振动压路机+胶轮压路机的碾压效果较好。此外，对于水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装层而言，采用合理的桥面板界面处理方案可以有效提高铺装层的抗剪性能，而与人工凿毛处理和抛丸处理相比较，精铣刨则可以更有效改善铺装层的抗拉和抗剪强度。

为确保双层式SMA桥面铺装的施工质量，有必要结合铺装结构各层的功能及质量难点提出针对性的质量控制方法。压实度是桥面铺装重要的指标，实际工程中需要取芯进行测试，其对防水层甚至桥面板产生损坏，但压实度与渗水系数相关性很好，路面渗水系数的大小可较好反映其压实状况。因此，可以通过严格控制渗水系数，来保证路面压实度，但渗水系数的合格率要求达到100%，包括铺装层边缘30cm处渗水系数达到要求，才能面保证桥面铺装的密水性能。

5 结论

桥面铺装的质量与桥梁的使用性能密切相关，通过对江苏高速公路桥面铺装病害的调查分析，提出从铺装层结构、防水粘结层设置和施工质量控制等三个方面进行防治，得到如下结论：

（1）随着在沥青混合料技术的发展，江苏高速公路桥面铺装主要存在的病害是车辙问题，主要为压密型车辙及剪切流动型车辙；（2）SMA混合料具有优良的热稳性、抗滑性、抗裂性及密水性，其在桥面铺装上面层的应用品质已得到认可，而SMA9.5应用于下面层的性能较为全面，是适合桥面铺装下面层的合适混合料类型；（3）采用热喷沥青加碎石的结构性防水层可以消除SMA铺装层间连通空隙带来的水损害风险，同时提高铺装体系的抗剪切性能；（4）在双层SMA桥面铺装的施工中，采用垂直振动压路机的压实效果较好，而且精铣刨界面处置可以改善铺装层的抗拉和抗剪强度，并通过测定渗水系数来控制施工质量。

参考文献

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作者简介：黄利峰（1981.01- ），男，河南洛阳人，工程师，主要从事公路桥梁工程设计与研究。