桥面铺装病害分析及处置措施研究

连增强 闫立飞

中交远洲工程咨询有限公司 河北 石家庄 050035

引言

经过几十年的大规模发展，我国公路建设取得了前所未有的巨大成就，截至2018年底，我国公路总里程突破4800000km，其中高速公路里程达141000km，全国桥梁851500座，其中特大桥梁5053座大桥98869座[1]。随着我国公路交通的快速发展，桥梁作为公路的重要组成部分，桥面铺装受到车辆荷载的直接冲击和疲劳作用等，极易出现各种病害，桥面铺装车辙、推移、开裂等病害最为普遍，通过检测分析发现产生该类病害的主要原因之一是桥面的防水黏结层缺失或防水黏结的功能失效。本文对桥面防水黏结层在桥面铺装中作用进行了理论分析并结合实际桥面铺装病害处治案例进行了分析、研究对以后类似工程提供了工程经验及教训。

1 工程概况

1.1 桥梁概况

荣乌高速本项目段全线采用四车道高速公路标准建设，于2011年底建成通车，某特大桥位于起点位置京港澳高速公路附近，其上部结构为122×30m预应力混凝土T梁，桥面铺装为10cm沥青混凝土+FYT-1防水涂料+12cm防水混凝土，下部构造采用柱式墩，肋板台，桩基础。

1.2 桥梁病害现状

2018年6月份发现某特大桥部分桥面铺装出现唧浆、坑槽、龟裂、推移、拥包和车辙等病害，其他段落主要病害为车辙（≥10mm），根据《荣成—乌海高速公路某桥路面技术状况检评报告》（2019.9）天津方向K887+022～K887+814及山西方向K886+547～K887+023车辙深度大于10mm。经过整个7～9月的雨季后，病害发展明显，如不及时治理将更加迅速发展，对桥梁结构及行车安全造成较大影响。桥梁代表性病害照片如下图1所示。

图1 龟裂、坑槽破损照片

2 病害检测及原因分析

2.1 病害检测

为查明铺装病害的原因，对桥面铺装病害位置进行了钻芯取样，并对病害较轻或完好部位进行了钻芯取样对比，发现病害严重位置沥青铺装层损坏严重，沥青铺装层与桥面防水混凝土层间无黏结、整体性差，桥面防水混凝土顶面有浮浆，桥面防水混凝土结构强度符合原设计强度要求，无其他病害，病害较轻或完好位置的沥青混凝土铺装芯样完整，防水混凝土强度符合原设计强度要求，沥青混凝土与桥面防水混凝土之间层间无黏结，防水混凝土顶面有浮浆，代表性照片如下图2、图3所示。

图2 沥青铺装芯样松散、层间无黏结、有浮浆

图3 芯样完整、层间无黏结、有浮浆

2.2 病害原因分析

根据国内外的研究表明，混凝土桥面沥青混凝土铺装层的主要病害除具有沥青路面典型病害：裂缝、车辙、坑槽等，另外在剪切破坏病害方面有其明显特点，根据李明国对广东省87座混凝土桥梁的沥青混凝土铺装层进行调查发现，车辙、推移、拥包病害占比达到78.1%[2]，通过对该桥梁的病害调查、检测及结构分析，其产生病害的主要原因有以下几个方面。

2.2.1 混凝土梁桥结构的影响。桥面铺装作为直接承受车辆荷载冲击、磨耗、雨雪侵蚀的桥梁主要构件，其既保护了桥梁主梁结构也将集中作用荷载均匀的向下传递，桥梁结构构造也直接决定了沥青铺装层使用功能的发挥，如简支梁桥存在横向接缝、纵向铰缝，易在横向接缝和纵向铰缝位置产生应力集中，从而导致铺装层裂缝的产生，另外，在连续梁桥的连续端受到负弯矩的影响，造成铺装层的开裂病害，如裂缝不能及时的封闭外部水进入铺装层，造成沥青混凝土铺装层的水损坏病害产生。

2.2.2 桥面系施工的影响。无论2004版还是现行《公路工程质量检验评定标准》（第一册 土建工程 JTGF80/1-2017），均对桥面防水层有明确的规定：“①防水层材料之间应具有相容性，并应至少不低于桥面沥青混凝土铺装层使用年限的寿命，具有适应动荷载及混凝土桥梁开裂时不损坏的性能；②混凝土与防水层的黏结面应坚实、平整、清洁、干燥，无垃圾、尘土、油污与浮浆，表面处理应满足设计要求。”现行的《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）也对桥面防水层施工前有明确规定“铺设防水材料前应清除桥面的浮浆和各类杂物”，桥面施工时受工期、气候等其他因素的影响，尤其是大多数桥面沥青混凝土与防水层的施工单位与桥梁主体结构施工单位分属不同的施工标段，导致桥面防水层实施质量控制单独增加，通过本项目钻芯取样的情况来看，沥青混凝土铺装层与桥面防水混凝土顶面之间存在浮浆、基本无黏结，层间抗剪能力弱是造成车辙、推移病害的主要原因之一。

2.2.3 交通荷载的影响。本项目段是山西、河北东西方向的主要通道，经调查天津方向相对山西方向属于重车幅，通过项目段交调点提取的交通量数据下表1所示，其中大型车占比达到的46%，收交通管制等因素的影响，大型车辆基本要求靠右行驶，行车道是大型车辆主要通行的通道，在重载交通过度渠化作用下，行车道沥青铺装层经受2～3倍于其他车道的交通荷载作用，通过对比现场桥面铺装病害情况，天津方向的重车幅病害程度比山西方向严重，行车道病害远大于超车道，在荷载作用的直接影响下造成了路面的疲劳开裂和剪切变形破坏，在雨季外部水的作用下发生了较为严重的水损坏。

表1 项目段交通量调查统计表

综上所述产生桥面沥青混凝土铺装病害的主要原因是桥梁结构、桥面系施工、交通荷载影响造成的。

3 病害治理方案

通过对桥面铺装病害的原因分析并结合现状病害情况，需要对病害进行及时的治理，防治病害进一步发展，影响桥梁结构和行车安全，根据黄晓明对水泥混凝土桥面沥青铺装层技术现状综述[3]研究表明：铺装层的耐久性不完全取决于本身强度或材料的卓越性，更取决于铺装层结构、材料与桥梁结构、混凝土桥面的适应性，铺装层及防水黏结层的综合设计、施工质量控制及评价方法是保障其耐久性的关键。根据我国国内常用的桥面铺装层结构及应用情况，对该桥采取以下治理措施。

3.1 处置范围

经查阅原竣工图，桥面铺装层为10cm沥青层+12cm防水混凝土。在病害处治方案制定时考虑到桥面位置比较分散、施工项目不集中、部分桥面铺装病害处置范围段落小、工程量小，由于桥面铺装病害处治存在以上特点，为此施工质量往往很难保证，通过日常养护的修修补补很难彻底解决桥面铺装的病害，为此，在桥面铺装病害处置段落确定时，以整孔的行车道作为处置对象。

对桥面存在唧浆、坑槽、龟裂、推移和拥包采取铣刨原沥青混凝土铺装层，清除表层松散浮浆，保证混凝土与防水层的黏结面坚实、平整、清洁、干燥，无垃圾、尘土、油污与浮浆，重新铺筑沥青混凝土桥面铺装。

对行车道车辙深度≥10mm的段落进行处置，采取铣刨桥面铺装沥青混凝土，重新铺筑改性沥青混凝土面层，混凝土防水层顶面处治方式同其他病害处治段。

在混凝土桥面与沥青混凝土铺装层之间增设SBS改性沥青黏结防水层，沥青洒布量1.8kg/m2，碎石采用洁净、干燥、单粒径沥青预拌碎石，碎石经拌和楼拌和，喷0.5%的沥青，应采用沥青碎石同步撒布车。

在铣刨完成桥面沥青混凝土桥面铺装后如发现混凝土桥面存在损坏情况，应凿除损坏的防水混凝土桥面铺装，重新浇筑防水混凝土，恢复桥面钢筋。

4 结束语

桥面铺装作为直接承受车辆荷载冲击、磨耗、雨雪侵蚀的桥梁主要构件，其既保护了桥梁主梁结构，也将集中作用荷载均匀的向下传递，桥梁结构构造也直接决定了沥青铺装层使用功能的发挥，在桥梁设计过程中一定要加强桥面防水层的设计，保证其具有足够的强度、稳定性和耐久性。

通过现场调查及钻孔勘察、沥青混凝土铺装层与桥面防水混凝土顶面之间存在浮浆、基本无黏结，层间抗剪能力弱，在过度渠化的重载交通影响下造成桥面沥青铺装层车辙、推移、坑槽等病害，所以，施工过程的质量控制是保障其耐久性的关键因素之一。

通过对桥面铺装病害的检测、原因分析，并采取了针对性的处置方案，通过治理措施方案实施，大大改善了桥面铺装层耐久性和使用功能、排除了安全隐患，为类似工程提供了经验。

针对病害现象及机理分析，采取生石灰改性土桩处置路基，路面顺坡调平的方案，在很大程度上改善了路基土性质，减缓了路基沉陷，通过调平路面，大大改善了行车舒适性，排除了行车安全隐患，为类似工程病害处置提供了经验。