瀝青混凝土橋面鋪裝層質(zhì)量淺談

張一帆

1 概述

橋面鋪裝(bridge deck pavement)指的是為保護(hù)橋面板和分布車輪的集中荷載,用瀝青混凝土、水泥混凝土、高分子聚合物等材料鋪筑在橋面板上的保護(hù)層,又稱車道鋪裝,其作用是保護(hù)橋面板防止車輪或履帶直接磨耗面,保護(hù)主梁免受雨水侵蝕,并借以分散車輪的集中荷載。常用的橋面鋪裝有水泥混凝土,瀝青混凝土兩種鋪裝形式。在不設(shè)防水層的橋面上,也有采用防水混凝土鋪裝的。近年來(lái),臨汾地區(qū)瀝青混凝土復(fù)合橋面鋪裝使用較多,無(wú)論是水泥混凝土復(fù)合橋面、鋼結(jié)構(gòu)復(fù)合橋面,瀝青混凝土鋪裝早期破損現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生,如出現(xiàn)局部鋪裝脫落、嚴(yán)重車轍破損等,這些病害比較普遍,直接影響了行車舒適性、交通安全及鋼結(jié)構(gòu)橋梁耐久性。

2 破壞原因的簡(jiǎn)要分析

2.1 主要病害

1)鋪裝層內(nèi)部產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力,引起不確定破壞面的剪切變形,或者由于鋪裝層與橋面板層間結(jié)合面粘結(jié)力差,抗水平剪切能力較弱,在水平方向上產(chǎn)生相對(duì)位移發(fā)生剪切破壞,產(chǎn)生推移、壅包等病害;2)因溫度變化并伴隨橋面板或梁結(jié)構(gòu)的大撓度而產(chǎn)生的裂隙,在車輛荷載及滲入水的作用下產(chǎn)生面層松散和坑槽破壞。

2.2 造成瀝青鋪裝層早期破損的原因

1)荷載因素:交通量猛增、車輛大型化、荷載等級(jí)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。2)結(jié)構(gòu)因素:由于受力體系較為復(fù)雜,各種形式的主梁及鋪裝本身的構(gòu)造均影響其應(yīng)力的分布。對(duì)復(fù)合橋面瀝青鋪裝特別是中小跨徑小鉸縫簡(jiǎn)支梁板橋、大跨徑鋼結(jié)構(gòu)橋面,梁板整體性差、鉸縫處及支座負(fù)彎矩區(qū)開裂。結(jié)合層、防水層等界面材料未進(jìn)行重點(diǎn)要求,致使結(jié)合層抗剪強(qiáng)度不足。3)施工因素:對(duì)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁板橋,支座安裝不穩(wěn)或墊塊材料強(qiáng)度不高,造成個(gè)別梁板行車撓動(dòng),鉸縫開裂甚至脫落。梁板側(cè)向結(jié)合面處理不規(guī)范、鉸縫質(zhì)量差。梁板安裝標(biāo)高控制不精確,有些現(xiàn)澆梁板堆載預(yù)壓不規(guī)范,實(shí)際沉降不均勻造成梁頂標(biāo)高偏差過(guò)大,因而鋪裝層厚薄不一致,從而降低了梁板與鋪裝層的整體性強(qiáng)度。部分梁板頂部清理不徹底,使混凝土與瀝青面層的結(jié)合層施工質(zhì)量較差。面層瀝青局部過(guò)薄、瀝青混合料配合比控制不嚴(yán)、混合料離散性過(guò)大、現(xiàn)場(chǎng)攤鋪碾壓環(huán)節(jié)局部離析、碾壓不密實(shí)。4)環(huán)境因素:厄爾尼諾現(xiàn)象使全球氣候變暖,夏季炎熱天氣延長(zhǎng),冬季極值氣溫更低。5)使用管理因素:車道間車流量分布不均衡,偏載使用。最高及最低氣溫等極值天氣使用管養(yǎng)措施可能不夠到位,治超力度不足等。

3 改進(jìn)途徑

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

水泥混凝土橋面鋪裝層的結(jié)構(gòu)組合:水泥混凝土橋面鋪裝層形式有瀝青混凝土、普通水泥混凝土、鋼纖維混凝土、連續(xù)配筋混凝土、擴(kuò)張網(wǎng)混凝土等。國(guó)內(nèi)外經(jīng)過(guò)幾十年的實(shí)踐與探索,結(jié)合各自國(guó)家和地區(qū)的具體情況,在水泥混凝土橋面鋪裝方面選用的結(jié)構(gòu)類型與厚度不盡相同,一般采用瀝青混凝土鋪裝層,包括防水層和瀝青混凝土面層。

3.1.1 設(shè)計(jì)因素

1)剪應(yīng)力對(duì)厚度要求。通過(guò)瀝青類橋面鋪裝層的破壞現(xiàn)象分析,使用摩爾—庫(kù)侖強(qiáng)度理論來(lái)確定鋪裝層厚度是比較合適的,即要求橋面與瀝青鋪裝層之間的層間剪應(yīng)力不超過(guò)層間抗剪強(qiáng)度,即:τf≤τR。其中,τf為層間剪應(yīng)力;f為制動(dòng)摩擦系數(shù),可取0.2或0.5,f=0.2時(shí)表示緩慢制動(dòng),f=0.5時(shí)表示緊急制動(dòng)情況;τR為層間抗剪強(qiáng)度。采用涂膜層材料與防水層粘結(jié)時(shí),在滿足橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層間抗剪強(qiáng)度的要求下,鋪裝結(jié)構(gòu)層厚度宜在5 cm～8 cm。2)防水層對(duì)厚度要求。隨著瀝青層厚度的增加,層間剪應(yīng)力降低,當(dāng)瀝青層厚度大于6 cm時(shí),基本可滿足防水層不被剪切破壞的要求,如瀝青層厚度在10 cm以上,防水層一般不會(huì)因水平剪應(yīng)力而破壞。3)平整度對(duì)厚度的要求。滿足平整度指標(biāo)要求的瀝青層厚度宜為6 cm～15 cm。4)施工工藝對(duì)厚度的要求?？紤]到瀝青混合料的攤鋪、碾壓等施工工藝,尤其是材料離析現(xiàn)象,綜合考慮瀝青混合料鋪裝層的施工厚度不宜小于最大公稱粒徑的2.5倍,最好為3倍。如表面層采用AK-16A,則結(jié)構(gòu)層厚度宜為4 cm～5 cm;AK-13A時(shí)則宜為3 cm～4 cm。5)厚度設(shè)計(jì)方案。根據(jù)以上分析提出瀝青混凝土橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)為:4 cm AK-13抗滑表層+2 cm AC-10Ⅰ細(xì)粒式瀝青混凝土+粘結(jié)與防水層+橋面防水混凝土。為保護(hù)水泥混凝土橋面及加強(qiáng)瀝青面層與水泥混凝土橋面的粘結(jié),需在水泥混凝土橋面上設(shè)置粘結(jié)與防水層結(jié)構(gòu),采用SBS改性瀝青作涂膜防水層。

3.1.2 橋面鋪裝排水設(shè)計(jì)

1)橋面排水措施。橋面排水包括橋面鋪裝層表面排水和橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水兩部分。為迅速排除橋表面積水,除原有的泄水管與泄水孔外,在橋梁兩外側(cè)邊緣(或彎橋的彎道內(nèi)側(cè))設(shè)置橋面排水盲溝,以加強(qiáng)橋面鋪裝內(nèi)部排水,尺寸為10 cm×5 cm,用瀝青碎石或?yàn)r青貫入式碎石填充,要求空隙率大于20%。2)橋面防水措施。為防止雨水滯積在橋面或滲入到橋面結(jié)構(gòu)層內(nèi)(或梁體)而影響橋梁使用耐久性,除做好橋表面排水系統(tǒng)外,還應(yīng)在混凝土橋面設(shè)置防水層。設(shè)置防水層至關(guān)重要,可有效防止?jié)B入的雨水再滲入到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi),對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)起到很好的保護(hù)作用。

3.2 掌握現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)控制的操作技巧

瀝青混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求經(jīng)常是矛盾的,因此熟悉各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的實(shí)際控制意義在于靈活應(yīng)用,努力實(shí)現(xiàn)瀝青混合料的最佳綜合性能指標(biāo)。如實(shí)際空隙率與集料品種、級(jí)配、含油量、攤鋪均勻性、攤鋪及碾壓溫度、壓實(shí)功等均有關(guān)系。因此,要控制瀝青混合料的實(shí)際性能指標(biāo),應(yīng)從集料、結(jié)合料、混合料配合比、混合料技術(shù)指標(biāo)、施工工藝進(jìn)行系統(tǒng)控制,全面控制方能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本人認(rèn)為尤其應(yīng)抓好以下幾點(diǎn):1)嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比驗(yàn)證。2)抓好原材料料源,提高穩(wěn)定性、均勻性。3)采用先進(jìn)的瀝青拌和加工設(shè)備,如進(jìn)口拌和樓,精確計(jì)時(shí),提高混合料均勻性,技術(shù)性能指標(biāo)穩(wěn)定性。4)加強(qiáng)前場(chǎng)與后場(chǎng)的配合,注意拌合能力與攤鋪能力匹配。

3.3 重視缺陷責(zé)任期內(nèi)管理

項(xiàng)目實(shí)施完成后,實(shí)體質(zhì)量已經(jīng)定型,合理使用及時(shí)修補(bǔ)處理質(zhì)量缺陷仍是提高路面使用壽命的重要環(huán)節(jié)。在缺陷責(zé)任期內(nèi)承包人應(yīng)注意定期檢查,及時(shí)處理施工缺陷。如混合料不均勻、施工碾壓不足造成局部泛油;車轍車道凹陷,局部雨天積水、路面坑洞等等。接管養(yǎng)護(hù)單位在使用管理方面應(yīng)注意:1)合理組織交通,提高車道間車流量分布的均衡性,減少偏載使用。2)合理設(shè)置路口各向通行時(shí)間,避免在長(zhǎng)陡坡等特殊部位車輛擁堵,減少汽車尾氣加溫造成輪跡帶軟化泛油,急轉(zhuǎn)彎、急剎車造成局部車轍損害。3)加強(qiáng)關(guān)鍵階段的針對(duì)性管養(yǎng):如夏季對(duì)特殊路段采用多澆水噴淋、降低瀝青表面溫度。及時(shí)巡查、減少路段積水,及時(shí)清理路面泥砂等臟物,避免滑溜性污染。4)加強(qiáng)特殊時(shí)期的治超工作,如最高、最低氣溫時(shí)節(jié),梅雨季節(jié)等,對(duì)可能產(chǎn)生大量車轍破壞、水損破壞的時(shí)機(jī)進(jìn)行專項(xiàng)管理。5)做好交通量及軸載監(jiān)測(cè),對(duì)典型橋梁的變形觀測(cè),為今后設(shè)計(jì)、維修提供數(shù)據(jù)保障。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)鋼筋混凝土橋柔性橋面鋪裝的早期病害及其原因進(jìn)行了分析與研究,總結(jié)了當(dāng)前國(guó)內(nèi)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)分析的主要方法,提出了用有限元分析需要注意的一些問(wèn)題,指出了今后主要的研究方向。當(dāng)務(wù)之急是加快對(duì)瀝青混凝土橋面鋪裝的進(jìn)一步研究,以明確橋面鋪裝層各結(jié)構(gòu)層計(jì)算模型、力學(xué)特性及相關(guān)參數(shù),為橋面鋪裝的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo);同時(shí),加強(qiáng)對(duì)各鋪裝層材料的材料性能指標(biāo)和測(cè)試技術(shù)的研究,開發(fā)適應(yīng)橋面破壞機(jī)理的新材料;另外,還要改進(jìn)鋪裝技術(shù)及提高施工質(zhì)量,保證設(shè)計(jì)模型的準(zhǔn)確性,從根本上解決橋面鋪裝早期損壞問(wèn)題。

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