橋面同步碎石防水層在高速公路中的應用

范燕春++沈理斌

摘 要：針對高速公路運營中橋面鋪裝層間剪切破壞、開裂、水損害、車轍等病害發(fā)生，從橋面防水、粘結(jié)特性出發(fā)，分析病害與防水粘結(jié)層破壞有很大關(guān)系，提出橋面防水層采用橋面同步碎石防水層施工方法，并由原材料選擇、施工工藝和質(zhì)量控制入手通過工程施工實例，對施工的橋面同步碎石防水層進行拉拔和剪切試驗驗證，橋面同步碎石在高速公路上具有防止水分侵入橋面水泥混凝土，起到防水層的作用，供施工技術(shù)管理人員參考。

關(guān)鍵詞：同步碎石 粘結(jié)性能 防水層 應用

中圖分類號：U443 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（c）-0061-03

橋面防水粘結(jié)層是橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中非常重要的功能層，對于橋面鋪裝的使用效果有重要影響，調(diào)查表明，橋面鋪裝層間剪切破壞、開裂、水損害、車轍等病害都與防水粘結(jié)層破壞有很大關(guān)系。從浙北地區(qū)已經(jīng)投入運營的高速公路使用情況來看，車轍是高速公路病害的主要形式，而其中又以橋面車轍的發(fā)生情況最為嚴重，以乍嘉蘇高速公路為例，通車第二年便開始發(fā)生大規(guī)模車轍，這一年進行車轍處理長度為4km多，其中幾座大橋的橋面車轍占了一半以上，而橋梁總長占到路線總長的不到20%，這說明橋面車轍的發(fā)生概率遠遠大于一般路段。

目前，橋面防水層的種類繁多，有涂膜類、結(jié)構(gòu)類、卷材類等，常用的同步碎石結(jié)構(gòu)類防水層有改性乳化瀝青+ 碎石、改性瀝青+碎石、橡膠瀝青+碎石及瀝青膠砂。嘉興已建設(shè)完成的三條高速公路橋梁占路線全長的11.5%。針對高速公路部分跨度較大、縱坡大的橋梁使用了新型的同步碎石結(jié)構(gòu)類防水材料。本次選擇了SBS改性瀝青+碎石的結(jié)構(gòu)。SBS改性瀝青的60℃粘度可達13000Pa·s，與原橋面有良好的粘結(jié)力。上述工程的應用均達到了良好的預期效果，經(jīng)檢測驗收工程質(zhì)量優(yōu)良，并經(jīng)過運營使用實踐的檢驗，得到了專家和社會的一致好評。

1 原材料選擇

1.1 粘結(jié)劑

粘結(jié)劑選用QN-100型。粘結(jié)劑的針入度、延度、粘度質(zhì)量要求須符合規(guī)范規(guī)定。

1.2 改性瀝青

基質(zhì)瀝青選用成品泰普克SBS改性瀝青，為提高工程的質(zhì)量，工程要求達到規(guī)范1—D技術(shù)指標（其中少量技術(shù)指標略高于規(guī)范規(guī)定），在保證瀝青正確的灑布溫度、灑布量的前提下，使用普通瀝青、重交瀝青、乳化瀝青、改性瀝青都可以獲得很好的效果。改性瀝青技術(shù)指標見表1。

1.3 集料

粗集料選用9.5～13.2mm規(guī)格料，選用輝綠巖。粗集料采用反擊式破碎機軋制，并經(jīng)沖擊式破碎機整形。針片狀石料嚴格控制，幾何尺寸要好，不含雜質(zhì)和石粉，對石料酸堿性無特殊要求，并嚴格經(jīng)過水洗風干。粗集料質(zhì)量要求須符合規(guī)范規(guī)定。

2 施工工藝及質(zhì)量控制

2.1 施工工藝

橋面處理（銑刨或拋丸）—灑布粘結(jié)劑—同步灑布改性熱瀝青及碎石—壓路機碾壓—質(zhì)量檢測—養(yǎng)生。

2.2 原橋面處理

為了保證橋面和防水層的粘結(jié)，必須對水泥混凝土橋面進行清理。同時，橋面清理必須徹底，使得瀝青和橋面混凝土能夠充分粘結(jié)。首先采用拋丸機將橋面1～3mm浮漿清除，使橋面缺陷充分暴露，從外觀上看，其處理效果優(yōu)于機械清掃，費用比機械清掃要高。橋面進行銑刨或拋丸處理后，表面浮漿能徹底清除，再灑布改性乳化瀝青，就能很好地和橋面粘結(jié)，當最后施工橋面瀝青鋪裝層時，由于是同質(zhì)材料，加上施工時溫度很高，瀝青鋪裝層能和橋面同步碎石防水粘結(jié)層充分結(jié)合，這樣橋面同步碎石防水粘結(jié)層就充當了水泥鋪裝層和瀝青鋪裝層之間的過渡、粘結(jié)橋梁。

2.3 噴灑粘結(jié)劑

噴灑粘結(jié)劑是為了提高防水層與橋面的粘結(jié)，粘結(jié)劑灑布量為0.2～0.4kg/m2。同步碎石封層車的噴油嘴高度不同，所形成的瀝青膜厚度會不同（因為各個噴嘴噴出的扇形霧狀瀝青重疊情況不同），通過調(diào)整噴嘴高度使得瀝青膜的厚度符合要求。這層粘結(jié)層兼有透層的作用，同時粘結(jié)劑內(nèi)部相互交連，不粘輪，不影響后序施工。粘結(jié)劑待養(yǎng)生成型后進行后序施工，養(yǎng)生期間需控制交通（見圖1）。

2.4 噴灑防水材料和碎石

如圖2所示，采用同步碎石撒布車噴灑SBS改性瀝青和撒布碎石，SBS改性瀝青灑布量為1.0～1.2kg/m2，碎石撒布覆蓋率70%～80%，采用9.5～13.2mm粒徑的輝綠巖集料，本次應用中碎石較為潔凈，沒有進行預裹覆處理，如碎石含泥量較高，應進行清洗處理。

同步碎石撒布車集瀝青結(jié)合料的灑布與碎石骨料撒布于一體，可在1s內(nèi)同時完成兩種材料的灑（撒）布，保證了瀝青結(jié)合料與碎石的粘結(jié)。整機采用計算機控制系統(tǒng)，瀝青結(jié)合料噴灑部分最大灑（撒）布寬度為3.75m，撒布量可通過料門開啟大小和滾筒轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)，方便的操作更容易與瀝青結(jié)合料噴灑部分保持同步。同時，可根據(jù)施工需要控制灑布量，隨機調(diào)節(jié)灑布度，噴灑均勻，性能可靠，可噴灑高粘度的改性瀝青、重交瀝青、乳化瀝青等，碎石撒布部分可撒布不同規(guī)格的碎石。

橋面同步碎石防水粘結(jié)層施工技術(shù)的關(guān)鍵是熱瀝青的灑布和碎石的撒布必須盡可能同時，要求必須控制在1s以內(nèi)，因為熱瀝青灑布時必須霧化，導致熱瀝青降溫很快，如果碎石撒布不同步，等熱瀝青溫度降低時，將無法和碎石粘結(jié)，影響同步碎石防水粘結(jié)層的使用功能。

2.5 技術(shù)要點

（1）選用技術(shù)性能先進的同步碎石封層機并保持其良好的技術(shù)狀態(tài)是保證瀝青路面同步碎石封層質(zhì)量和效率的前提和基礎(chǔ)，其中包括：結(jié)構(gòu)合理的瀝青噴灑裝置，保證對瀝青噴灑量及均勻性進行精確調(diào)節(jié)與控制；先進合理的瀝青控制系統(tǒng)；精確調(diào)節(jié)和控制碎石的撒布量及均勻性；瀝青噴灑與碎石撒布要保持高度一致。

（2）噴嘴高度不同時噴灑后形成的瀝青膜厚度不同（各個噴嘴噴出的扇形霧狀瀝青的重疊情況不同），因此要通過調(diào)整噴嘴高度使得瀝青膜厚度適宜。

（3）施工中瀝青用量是決定封層質(zhì)量好壞的一個十分重要的因素。瀝青過少時所封層的路面有可能出現(xiàn)嚴重的碎石脫粒；若過多時，則會出現(xiàn)泛油現(xiàn)象。因此瀝青用量要根據(jù)氣候、交通量、路面狀況、材料、工程特點等需要而提出控制要求，如大交通量的道路用量宜減少5%～10%，秋季施工用量比夏季應增加5%左右。

（4）為保證霧狀噴灑而形成均勻、等厚度的瀝青膜，必須保持瀝青在160℃～170℃的溫度范圍內(nèi)。

（5）同步碎石封層機應以適宜的作業(yè)速度勻速行駛，在此條件下碎石和瀝青的撒（灑）布率必須匹配。

（6）根據(jù)路面平整度和抗滑性能要求，應嚴格控制所用石料的粒徑范圍，即等粒徑石料最理想，但考慮到石料的破碎及篩分有一定困難，針片狀石料要限制在15%以內(nèi)，不含雜質(zhì)和石粉，壓碎值小于14%，要經(jīng)過水洗、風干。

（7）作為瀝青路面表面處理層或磨耗層的同步碎石封層，其平整度和強度必須滿足要求。

2.6 碾壓及養(yǎng)生

噴灑完SBS改性瀝青和碎石后，采用15t以上的膠輪壓路機對防水材料進行碾壓，使碎石與SBS改性瀝青充分粘結(jié)，碾壓2～3遍即可，以便在熱瀝青溫度降低之前或乳化瀝青破乳后能及時完成碾壓定位工序。

碾壓完成后養(yǎng)生24h后，使SBS改性瀝青冷卻后，即可開放交通。

3 施工質(zhì)量檢測

在施工過程中，現(xiàn)場同時采用涂膜類防水涂料和SBS改性瀝青+碎石兩種施工方案對橋面進行處理進行比對，從應用效果來看，SBS改性瀝青+碎石明顯好于涂膜類防水涂料處理效果。

3.1 現(xiàn)場檢測

施工完成后，選取部分路段進行拉拔試驗和剪切試驗，檢測防水材料與橋面的粘結(jié)情況。

3.1.1 拉拔試驗

采用拉拔試驗來確定防水粘結(jié)層與梁板和瀝青混凝土的粘結(jié)力狀況，涉及因素有溫度、防水層厚度、模量、鋪裝層厚度等。試驗檢測結(jié)果見表2。

3.1.2 剪切試驗

剪切試驗是高溫環(huán)境中水平剪切力作用下的防水粘結(jié)層最不利情況的試驗。考慮到材料對溫度的敏感性，在不同環(huán)境溫度下進行抗剪強度的測定。在25℃下，就防水粘結(jié)材料用量、橋面準備狀況、老化等因素對層間抗剪強度的影響規(guī)律進行探討?，F(xiàn)場進行的剪切試驗結(jié)果見表3。

由拉拔和剪切試驗結(jié)果來看，同步碎石防水層與原橋面的粘結(jié)強度較傳統(tǒng)的涂膜類防水涂料高。

3.2 破壞調(diào)查

涂膜類橋面防水層在施工完成后與原橋面粘結(jié)力相對較差，養(yǎng)生完成后開放交通時多被運料車破壞，即使沒有遭到運料車破壞也難逃攤鋪機履帶的破壞，由此可見，其材料優(yōu)越性根本沒能體現(xiàn)出來。

本次采用同步碎石結(jié)構(gòu)類的防水層，經(jīng)后期觀察，基本沒有遭到運料車的破壞，同時在橋面鋪筑下面層瀝青混合料時，從現(xiàn)場觀察結(jié)果來看，同步碎石與原橋面粘結(jié)牢固，不會受到攤鋪機履帶作用時的擠壓而“起皮”。

4 施工應注意的問題

為了獲得滿意的同步碎石施工效果，需要注意以下幾個問題。

（1）瀝青路面損傷的類型及程度的準確判斷以及正確選擇同步碎石封層施工工藝。

（2）根據(jù)交通量、氣候和供應條件，合理選擇瀝青和碎石，并使瀝青品質(zhì)（潤濕性、粘結(jié)性和內(nèi)聚性等）和碎石品質(zhì)（粒度、耐磨性、抗壓性和持久性等）之間有良好的相容性。

（3）保持同步碎石封層機和配套機具良好的技術(shù)狀態(tài)，以保證封層施工質(zhì)量和生產(chǎn)率。

（4）在施工工藝及技術(shù)規(guī)范所允許的范圍內(nèi)正確調(diào)整和操作同步碎石封層機及其他機具。

（5）必須進行試封層，并依此對選擇的技術(shù)參數(shù)做必要的修正。

（6）聘用訓練有素的人員選擇材料、確定配方、組合機具、操作試驗和作業(yè)。

（7）仔細做好封層施工全過程的記錄，并認真總結(jié)。

5 結(jié)語

通過在橋面施工中應用同步碎石結(jié)構(gòu)類的防水層，進行拉拔試驗和剪切試驗來檢測防水材料與橋面的粘結(jié)情況，從效果來看，SBS改性瀝青+碎石明顯好于涂膜類防水涂料處理效果。同步碎石防水層由于橋面灑布了一層改性熱瀝青，厚度在1mm左右，而且灑布較為均勻，能夠有效防止水分侵入橋面水泥混凝土，起到防水層的作用。粘結(jié)層用于增強橋面水泥鋪裝層和瀝青鋪裝層的粘結(jié)，緩解了橋面車轍的發(fā)生。

參考文獻

[1] JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 黃志斌，羅旗幟.曲線連續(xù)箱梁橋病害分析及加固措施[J].施工技術(shù)，2017，3（5）：70-72.

[3] 汪建群，許巧，方志，等.早齡混凝土的壓縮與拉伸徐變及其研究現(xiàn)狀[J].土木建筑與環(huán)境工程，2016，38（5）：122-129.