沥青混凝土桥面铺装的病害分析及处治
2015-07-13
近年来我国公路桥梁建设发展迅速，桥梁结构不断创新，大跨径桥梁已经很普遍，但桥面铺装的设计与施工仍然沿用传统的做法，在进行桥梁结构设计时，对桥面铺装层一般不作单独的计算分析。随着交通量和重型车辆的日益增多，桥面铺装的病害发生情况也逐渐显现出来，常见的如开裂，壅包、面层分离及出现坑槽等，这不仅妨碍了正常交通，影响了桥面的美观，而且容易造成交通事故，也给维修工作带来了不小的困难。因此对发现的各种桥面铺装病害应该尽早进行控制，并及时根据具体情况进行相应的治理与防护，这样才能更好地保证高速公路的正常安全运行。
1 概述
目前桥梁工程施工中的桥面铺装能大大减小车辆对桥梁梁板的冲击，达到运营中平稳舒适的要求，随着沥青材料性能的不断改进以及对其研究的不断深入，沥青材料在桥面铺装方面的应用也越来越广泛。但在实际设计中桥面铺装层只作为桥梁工程的附属结构，现行规范对沥青铺装结构的设计主要仅从所用材料、做法及厚度等方面作了指导性的说明，也没有单独的理论计算和理论分析，加之桥面铺装受力也较为复杂，因而造成桥面铺装较容易发生不同程度的损坏。
2 桥面铺装病害理论分析
2.1 首先，桥面铺装层是一种特殊的路面结构，其受力特点是铺装层与主梁界面处在单调集中力作用下拉压应力交替出现，影响范围约为加载面尺寸的二倍左右。铺装层可增加桥梁上部结构的横向刚度，提高梁板的承载能力。一般情况下，在承担外部荷载时，普通混凝土作铺装层可将其厚度的50％左右计入与主梁共同承担外力；钢纤维混凝土作铺装层时，可将其厚度的65%左右计入与主梁共同承担外力。桥面混凝土铺装层的耐久性不但与铺装层材料及其与梁体顶面的粘结性有很大的关系，而且混凝土铺装层的厚度和均匀性对其也有着很大的影响。研究证明，混凝土铺装层的合理厚度应为12cm左右。选用钢纤维混凝土时，混凝土铺装层厚度可相应减少1/4。但最小厚度不应小于8cm。针对试验得出桥面混凝土铺装层及其与桥面板的受力特点，理论上提出了混凝土铺装层厚度的计算方法和一些有关加强桥面混凝土铺装层耐久性的措施及方法。
2.2 另一方面，受荷载的影响，桥梁产生了挠度及其它形变，因此桥面铺装与一般复合路面的处理措施不同，施工单位必须充分考虑这些问题，要认真分析其是否影响铺装层的力学特性。而近几年建筑行业并未认识到这些问题的重要性。
若要科学的处理桥面铺装问题，建设单位应综合考虑理论分析及结构计算两部分内容，科学的理论分析是基础，合理的力学模型是关键。通过计算分析和实测对比，仔细分析模型的动力性能、尺寸和收敛条件；对铺装层破坏形式进行综合分析，找出其中比较重要的几个因素，建立控制指标以及相应的破坏准则，并将其作为设计环节的参考数据和资料。当然，为了获得预期的施工效果，工程人员必须做很多基础性的研究工作。
3 桥面铺装病害成因分析
根据目前我国高速公路实际使用情况，桥面铺装病害一般有以下几种：
3.1 坑槽原因 桥面铺装坑槽产生原因是多方面的，一是铺装层沥青混合料设计孔隙率较大，或施工时压实度达不到设计要求，出现离析等破坏现象，增大了孔隙率；受水或冰冻的影响，铺装层上的沥青与矿料之间的粘合力下降，并逐渐从矿料表面脱落，由于车辆通行的压力，沥青混凝土铺装层变得比较松散，铺装层上的骨料脱落后出现坑槽；二是沥青混合料在施工过程中由于加热温度太高而逐渐老化，自身粘结力下降，最终从矿料表面脱落；三是桥面的平整度达不到设计要求，受到车辆通行及温度荷载的影响，不平整的部位铺装层内产生局部应力集中，出现结构性的点损失，然后逐渐四周扩散，而形成坑槽。
3.2 裂缝原因 桥面铺装裂缝产生的原因比较复杂，一般有以下几种形式：第一种是干缩裂缝，其产生原因是由于混凝土的相对湿度引起，这种裂缝随着相对湿度的增加会减小；第二种是温度裂缝，其产生原因主要是低温缩裂，面层降温而收缩的趋势会受到下部桥面板约束而产生拉力，随着温度降低，收缩趋势进一步增强，如果拉应力超过了沥青混凝的抗拉强度，铺装便会产生不同程度的开裂，一般为横向裂缝，严重时发展为纵向裂缝；第三种是疲劳裂缝，其产生原因是桥面铺装在正常使用情况下，由于荷载的多次反复作用引起的铺装层开裂，这也是桥面铺装的主要破损类型。
3.3 车辙原因 车辙的产生原因主要是重载车辆的碾压、渠化交通以及铺装材料的物理性质等等，另外，高温也是产生车辙的重要原因之一。
4 桥面铺装病害处置方法
4.1 灌缝法
目前，受铺装材料、设计水平和经济条件等因素的制约，桥面铺装出现开裂问题，大部分施工单位都运用灌缝法修补裂缝，宽度不超过6cm的裂缝，先彻底清理缝隙残渣，利用压缩空气清理尘土，然后采用乳化沥青（或热沥青）封堵；宽度超过6cm的裂缝，先将缝隙边缘松动的沥青和缝内的杂物清理干净，也可以在裂缝开槽后通过压缩空气来清理，采用细粒式、沙粒式热拌沥青混合料填充并捣实，并用烙铁封口，随即撒沙，扫匀，也可用乳化沥青混合料填封。灌缝注意事项：一定要将缝隙清理干净，封灌饱满，一般选择末冬初气温降低后集中封灌一遍，其它季节发现一道处理一道，尽量不使裂缝存在而影响行车安全。
4.2 整体处理法
对由于桥梁单板受力引起的纵向裂缝，灌缝不能从根本上消除此类裂缝，一般应采用桥面铺装层整体处理方法，具体操作为凿除裂缝所在铺装层，并重新用钢筋混凝土铺筑，从根本上改善桥梁整体受力功能。施工时应注意将桥面凿除干净，避免桥面板凿坏，并严格按照设计和规范进行施工。桥面植筋时掌握好间距控制，浇注前桥面碎块要彻底清除，养生期间注意洒水，不允许外荷载施加桥面。
4.3 修补法
坑槽修补法按照“方正”的原则，也就是各种不规则的坑槽应尽量修补为四正四方形状，施工时按照找出的大致与路中心线平行或垂直的轮廓线进行开挖坑槽，基坑底部与四周应均匀涂抹粘层油，填筑时控制好沥青混合料的用量，分两层填筑压实。用工具将边角捣实，根据施工要求碾平、压实，坑槽在修补后与四周的路面的衔接要达到设计要求。开槽应到稳定部位，槽壁垂直、平整，彻底清理槽底，新填补的坑槽要比原路面高一些，这样碾压密实以后才能和原路面在同一水平线上。
4.4 车辙处理法
铺装层表面因为严重磨损而出现车辙，具体的修复方法如下：
首先用风镐、铣刨机等工具将车辙表面翻松至设计深度，彻底清理以后将粘层油喷在表面，用沥青混合料填筑，所用沥青混合料的结构必须和原路面相同，然后恢复路面横坡；填筑过程中，烙平四周接茬的部位，再按施工要求进行碾压。属于路面横向推挤形成的横向波形车辙，且路面横坡已根据施工要求进行了恢复，如因路面不稳定夹层而造成的车辙，则要将不稳定层彻底清理，重新铺筑面层。施工时，注意车辙的深度应符合施工要求，烙平四周接茬的部位，碾压密实，这样才能达到较为理想的处理效果。
5 结束语
考虑到时间、费用、安全、综合效益几方面的因素，高速公路应从使用长远和安全出发，对各类桥面铺装病害及时进行修复，对不影响行车的裂缝坑槽等类病害，提倡防微杜渐的预防性养护，确保路面的使用寿命，为行驶车辆提供安全可靠的环境。
