９４ 桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１４年ｌ２月第１２期 沥青混凝土桥面铺装病害成因分析及防治措施研究 张昊，李茂奇 （天津市市政工程研究院，天津市３０￣７４） 摘 要：由于超重车辆的大量出现，桥面铺装在长期的运营过程中容易出现开裂、推移、水毁等病害。为了解决桥面铺装层在长期运 营过程中出现的病害，针对桥面铺装常出现的病害进行了详细分析总结，并提出了相应的防治措施，对今后桥面铺装层的设计和养 护有一定借鉴意义。 关键词：沥青混凝土；桥面铺装；病害；成因分析；防治措施 中图分类号：Ｕ４４３．３３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：ｌｏ０９—７７１６（２０１４）１２—００９４—０４ ０引言 桥面铺装在桥梁的运营中有着重要的作用，一 方面可将车轮集中荷载进行扩散分布，降低作用 开裂引起雨水下渗，引起主梁和盖梁的混凝土腐 蚀。桥面裂缝在汽车冲击下，进一步发展，导致混 凝土压碎。 病害原因：简支梁桥结构的桥面铺装一般采取 在桥面板的应力；另一方面可以保护钢筋混凝土 桥面板避免车轮的直接磨耗作用。桥面铺装的质 量和结构性能对交通安全、行车舒适性以及桥梁 功能的发挥至关重要。随着交通量和重型车辆的 增加等多方面因素的影响，桥面铺装早期病害在 全国范围内比较普遍。维修工作不仅需要再次投 桥面连续形式以增加行车的舒适度。由于连续缝处 荷载产生的负弯矩使此处的桥面铺装受拉，桥面混 凝土干缩，季节温差等引起的纵向变形等多种因素 作用下，混凝土出现拉应力，当应力超过混凝土抗 拉强度时，桥面混凝土出现横向裂缝，同时反射到 表面的沥青铺装。 入大量资金，还会严重妨碍正常交通，甚至诱发交 （２）纵向开裂 通事故。 桥面纵向开裂主要出现在板梁结构和装配式 以唐津高速公路为例，自１９９８年开通以来，全 干接头的Ｔ梁桥中。 线５０％以上桥梁的桥面铺装出现不同程度的破 病害原因：设计中理想状态是铰缝完全可以传 坏，桥面的维修影响到车辆的正常通行，诱发交通 递横向剪力，相邻梁间不出现相对竖向位移。当铰 事故。其它主要干道桥梁的维修过程中也都曾直 缝本身质量欠佳横向传递能力不足，使部分荷载只 接或间接地诱发交通事故，造成人民生命财产的 能通过桥面铺装来传递，若铺装层强度不足以承 损失。 担，便导致沿铰缝的混凝土剪坏，反映为桥面沥青 如何防治桥面铺装层病害，国内外专家学者对 层纵向开裂。随着病害的进一步发展，桥面将出现 此做了大量的工作。同济大学、东北林业大学和其 纵向沟槽。 他一些单位都曾对病害成因做过大量的研究，并 １．２桥面沥青层推移 取得了相应的成果＿１ 。还有一些专家对桥面铺装 某高速公路桥梁，桥面铺装维修通车后不到２ 的设计理论和施工技术进行优化和控制，以求减 个月再次出现沥青层严重推移，大面积水泥混凝土 少桥面铺装层出现病害的机会，也取得了一定的 裸露、开裂破碎，如图１所示。现场发现水泥混凝 研究成果［６７１。 土铺装表面极为光滑，沥青层与混凝土铺装间的防 水层失效。沥青层推移不仅严重影响行车的舒适 １病害成因分析 性，还增大了汽车对桥梁的冲击，加速了桥面水泥 １．１沥青层开裂 铺装和主体结构的破坏。 （１）横向开裂 出现上述病害有如下原因。 桥面横向开裂主要是在连续缝处开裂，连续缝 （１）材料性能差异。沥青混凝土和水泥混凝土 材料力学性质的巨大差异，特别是弹性模量相差很 收稿日期：２０１４—０７—１７ 大（沥青混凝土的弹性模量１ ５００ ＭＰａ，水泥混凝 作者简介：张吴（１９８０一），男，天津人，助理工程师，从事道路 工程技术咨询工作。 土弹性模量为３×１０４ ＭＰａ），沥青混凝土为柔性结 ２０１４年１２月第１２期 城市道桥与防洪 桥梁结构９５ 构，而水泥混凝土为刚性，在行车荷载的作用下两 者间必然形成较大的界面应力。此外，沥青层的吸 热性和上下两层热变形的不一致，使得两者间也 存在因温度引起的剪力。 （２）两者间的粘结措施处理不佳。一般防水层 的设置降低了水泥混凝土和沥青混凝土间的粘结 性能，水泥混凝土表面的粗糙度不足也降低两者 之间的粘结性。图１是某桥沥青层严重推移后铲 除沥青层后水泥混凝土铺装的情景。水泥混凝土 铺装表面极为平顺光滑，影响了沥青层与混凝土 层间的结合，高速行驶车辆产生巨大的层问剪力， 导致该桥沥青混凝土铺装出现了剪切破坏和推移 现象。 （３）沥青混合料配比不合理抗剪强度低也是 导致推移、引起不确定破坏面的剪切变形的重要 原因。 （４）超载。以上是内因，如果加上外部的超载 因素，桥面铺装的破坏将加速，特别是纵坡较大的 桥梁，在上坡段，由于车辆自重产生的下滑分力加 大了桥面铺装的剪切力，也成为桥面铺装破坏的 重要因素。 （５）设计理论欠缺。 在以往高等级的桥面铺装设计中，沥青层的 厚度大都为６ ｅｍ，研究表明，在其它条件相同的情 况下，沥青与水泥混凝土层间剪应力与沥青层的 厚度呈反相关关系，即沥青层越厚，层间剪应力越 小。 长安大学张占军等人以弹性层状体系为理论 基础，用三维有限元的方法对水泥混凝土桥面柔 性铺装的层间剪应力进行了计算和分析 】。通过对 沥青类桥面铺装层的破坏现象的分析，即以桥面 板与沥青铺装层之间的层间剪应力为控制指标， 要求其不超过层间抗剪强度。用有限元的方法对 设防水层的水泥混凝土桥沥青铺装结构的层间剪 应力的计算进行了分析，讨论了防水层的厚度、模 量、泊松比、沥青混凝土铺装层厚度和模量等参数 对结构层层间剪应力的影响。结论认为层间最大 剪应力主要取决于面层厚度和防水层模量；在防 水层模量相同的情况下，增加面层厚度是降低层 间剪应力的最有效手段。 １．３桥面坑槽、唧浆 桥面坑槽、唧浆的现象在重载交通桥梁上极 为普遍，桥面坑槽、唧浆的初期仅在很小范围内， 若不及时处理，会导致范围越来越大，破坏程度也 引起桥面铺装出现坑槽、唧浆的主要原因在 于以下４个方面。 （１）水泥铺装强度不足 沥青层摊铺于水泥混凝土上，作为基础的水 泥混凝土强度不足，汽车作用下的应力超过其承 载力，造成混凝土层破坏，从而引起表面沥青层也 随之网裂破坏，最终形成坑槽、唧浆现象。 水泥混凝土强度不足表现在３个方面： 第一，水泥混凝土表面形成强度较低的浮浆 或砂浆层。当混凝土的配比不佳、坍落度偏大、过 振均导致骨料下沉，表层为砂浆，而砂浆的抗压强 度偏低。在水泥铺装表面整平时，只看表面是否好 看，盲目要求表面光滑平整，甚至表面洒水以至降 低混凝土强度，此外还形成强度极底的浮浆。当桥 面局部低洼采用水泥浆填补也是施工中常见问 题，后补区域往往成为桥面薄弱环节率先破坏。 第二，水泥混凝土整体强度不足，主要由混凝 土设计强度等级不高、钢筋网较单薄、施工质量差 等因素引起。桥面水泥铺装面积大而厚度薄，且在 工程中由于是非主要受力部位，施工中常常重视 程度不够，易产生厚度不匀，配比强度控制不严， 养护不充分产生早期塑性裂缝或后期干缩裂缝等 工程质量问题。由于钢筋直径偏细网格间距过大， 加之施工时由于施工人员踏踩、机械的碾压及混 凝土自重作用，造成钢筋网塌陷紧贴桥面，大大降 低了钢筋网的增强作用。 第三，水泥混凝土强度因裂缝的产生而降低， 裂缝主要受早期干缩开裂和温度裂缝这两个主要 因素影响。 （２）层间结合不良 水泥混凝土铺装层顶面清理不干净，凿毛不彻 底等原因，都易在桥面沥青混凝土铺装层与水泥混 凝土桥面间形成软弱夹层，粘结油撒布量不够或粘 结强度不足，也将影响沥青混凝土铺装层与桥面成 为一个连续的整体结构而降低承载能力。 ９６ 桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１４年１２月第１２期 层间结合力不足不但表现在沥青混凝土和水 泥混凝土之间，也表现在铺装和梁顶面之间，在桥 面铺装裂缝、破碎处现场刨验发现，梁顶未清理干 净就直接浇筑铺装混凝土，这很大程度上降低了 桥面铺装层与梁顶问的粘结力，混凝土的整体性 差，通车后由于汽车的荷载和冲击力的作用，使桥 面出现开裂、脱落。 （３）水破坏作用 桥面排水设置的泄水孔只能排除桥面水，而 渗入沥青面层结构内部的水只能滞留在沥青混凝 土中或其下的界面上不能排出，行车作用下的动 力水直接冲刷，加上北方冬季频繁的冻融循环作 用，使沥青混凝土桥面铺装更容易破坏。在行车荷 载的作用下，沥青混凝土产生剪切变形，随后在轮 迹带处沥青混凝土产生细小的裂缝，水从裂缝渗 入，行车作用产生的动水压力逐渐使沥青剥落，最 终导致严重的坑槽。 （４）超载的作用 超载越严重，汽车作用在沥青层的垂直压力 越大。沥青层与水泥混凝土间的粘结因材料问题 抗剪能力有限，如今重型超载车辆比较频繁，对桥 面产生剪切力随单轴载荷的加大而成倍增加，这 就要求桥面铺装各层间提供更大的粘结力和抗剪 能力，粘结力和抗剪强度不能满足受力要求时，就 会造成各层分离，从而加速了桥面的破坏。 １．４沥青面层网裂 桥面沥青层局部出现网裂的现象比较常见， 网裂病害一旦形成往往发展比较迅速，特别是在 雨季更加明显，很快发展为坑槽。 形成沥青面层网裂的因素有以下３点。 （１）沥青老化的影响 在沥青路面施工及使用过程中，由于沥青轻 组分的挥发，在空气中氧气、紫外线和热的综合作 用下，随着时间的推移，沥青组分发生变化，低温 抗裂性能大大降低，硬度增大，导致路面沥青性质 发生变化，这种现象称为老化。老化一般可分为短 期老化与长期老化两种，短期老化发生在施工过 程中，混合料处于过热状态，可能引起老化的因素 为挥发和氧化作用，长期老化则发生在混合料铺 筑成路面之后，该过程要持续１０ ａ左右，主要是由 于氧化引起的老化，紫外线的作用会加速桥面沥 青的老化。最终就是沥青延度降低抗裂性较差出 现桥面严重网裂。 （２）沥青层的密实度 沥青层的密实度主要受沥青混合料的配合比 和施工控制影响。桥面沥青层一般采用密水性好 的密级配沥青混凝土ＡＣ型，设计孑Ｌ隙率控制在 ３％ ５％，压实度提高到９８％，现场孔隙率可控制 在７％以内，混凝土的透水性能较小，可以减少沥 青层的水破坏。施工压实度达到９５％时，现场孔隙 率往往大于１２％，导致严重的水破坏。 研究发现桥面网裂处的沥青层密实度偏小、 渗水严重。由于施工时因碾压温度、碾压次数等没 控制好引起桥面压实度不足，实际孔隙率较大，水 容易渗入并引起水破坏，雨水较多的季节坑槽唧 浆等病害出现的速度明显加快。因此，施工中必须 保证碾压温度和次数，钢轮加振碾压能有效提高 桥面沥青层的压实度，由于桥梁结构的固有基频 较低，而钢轮碾压振动频率较高，一般结构桥梁不 用考虑碾压共振会带来的问题。 （３）水泥铺装层的影响 当水泥混凝土因某种原因损坏，也会导致上 层的沥青层出现网裂等病害。 １．５沥青层车辙、拥包 在一些重交通线路，桥面沥青铺装出现不同 程度的车辙、拥包，行车道轮迹处下陷，轮迹以外 拥起，车辙的存在容易引发交通安全事故。 造成沥青层出现车辙、拥包是由于主要由超 载和沥青混合料配比或施工不佳引起。由于沥青 层本身为弹塑性材料，在荷载作用下发生蠕变，逐 渐形成车辙。超载作用加速了车辙的形成。 沥青混合料耐流动性差、热稳定性达不到使 用要求及铺装层与桥面粘结不牢，或双层式铺装 层的上、下层结合不良均会引起车辙、拥包。从沥 青混合料的性能可知，沥青混合料的疲劳寿命随 沥青用量出现一个最佳值，最佳沥青用量附近，沥 青混合料中沥青与矿料之间的粘聚力最佳，从而 表现出较强的抗车辙能力，而配合比设计不当时， 将加速车辙的形成。 ２病害防治措施 针对桥面铺装出现以上病害，为提高桥面整 体使用水平，主要通过以下几方面予以控制。 ２．１加强桥面铺装混凝土设计和施工质量控制 铺装层设计包括沥青混凝土的厚度、配合比 和水泥混凝土铺装的设计。桥面铺装防水混凝土 强度等级提高到Ｃ４０，厚度增大至１Ｏ～１２ ｅｍ，最 薄处不得小于８ ｅｍ，钢筋网的钢筋直径采用 １１，为提高铺装层的整体性和强度，桥面铺装宜 采用焊接钢筋网。有条件时可以采用纤维增强技 术，塑料纤维能有效抑制早期干缩裂缝的形成，在 混凝土中掺加适量的有机纤维可以在混凝土中形 ２０１４年１２月第ｌ２期 城市道桥与防洪 桥梁结构９７ 成三维乱向分布结构，从而抑制混凝土早期裂缝 的形成和发展，并提高冲击强度和韧性及疲劳寿 命。钢纤维能大幅度提高混凝土的冲击韧性，是改 善桥面铺装混凝土性能十分有效的措施。 为了保证桥面水泥混凝土铺装与主梁间连接 此外，加强施工控制也是保证沥青混凝土质 量的重要环节，应主要通过控制摊铺油温、把握碾 压次数等方面来保证压实度。 ２．４合理设计桥面排水设施 设置有效的排水设施，迅速排除路表水，避免 雨水渗入铺装层内，可以大大减小层间水对桥面 良好，要求人工清扫梁顶，高压水冲洗干净，待桥 面钢筋网铺设完毕浇筑混凝土前，再用空压机清 除尘土。同时，在预制梁时要保证梁顶面一定的粗 糙度。 混凝土的坍落度控制宜在１０ ｅｍ左右，尽量 铺装的破坏。通过改变泄水孔的型式，可以使其既 能排出表面水又能排出渗入沥青面层结构或滞留 在界面上的雨水。泄水孔上口应低于水泥混凝土 铺装层表面，并设置纵向排水盲沟，连接各个泄水 孔。 减少泌水。应加强养护，尤其是表面修整和早期养 护，避免或消除塑性裂缝，保证铺装的整体性，为 防止施工缝处成为渗水通道，尽量整幅施工，保证 两道伸缩缝之间没有纵向和横向接缝。水泥混凝 土表面需要一定的粗糙度，应采用较粗糙的木抹 进行最后工序的修整，以保证与沥青层的良好粘 结。有条件时可增加凿除表面浮浆的工序，从京沪 高速一期工程试用的情况看效果很好。 ２．２选择适宜的防水层。并加强施工质量控制 ３结语 根据以上分析可以得出如下结论：为了防止 桥面铺装层出现病害，我们应该加强桥面铺装混 凝土设计，选择适宜的防水层，优化沥青混凝土配 比，合理设计桥面排水设施，加强施工质量控制， 加强对已建桥梁的后期养护工作，及时发现问题， 及时解决问题；严格控制超载车辆，加强交通管 理 参考文献 【ｔ］何锋．沥青混凝土桥面铺装早期破坏研究【Ｄ］．上海：同济大学， ２００６． 防水层除了防水功能外，还有增加沥青层与 水泥混凝土间连接的作用。防水层的种类较多，根 据不同的使用环境选取不同的防水层材料。一般 来讲，城市桥梁的重载不多，铺装层间剪力相对较 小，可以采用防水性能良好的防水卷材；在重载交 通的公路桥梁上，应采用改型沥青类和聚合物涂 料作为防水层。 ２．３优化沥青混凝土配比，并加强施工控制 ［２】杨民．对沥青混凝土桥面铺装层渗水的病害分析及防治措施 的探讨ｆＪ］．黑龙江交通科技，２００６（８）：６９—７０． ［３】闫海平，张文青．沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析【Ｊ］．重 庆建筑，２００６（５）：２４—２６． 对于沥青混合料矿料级配不合理，造成沥青 混凝土的孔隙率较大，而矿料颗粒组成不均匀使 得局部孑Ｌ隙率更大，局部水破坏更严重。在沥青混 凝土的配合比设计中，目标配合比和生产配合比 同等重要，重视前者忽视后者的做法是目前沥青 混凝土出现病害的一个重要因素。因此，进行合理 的沥青混凝土配合比设计，并加强生产配比控制 是防止水损害的重要环节。 【４］银力，李丽民．桥面铺装早期病害类型与原因分析【Ｊ］．重庆科技 学院学报（自然科学版），２００８（５）：３－６． １５ｌ５朱国祥，卢立平，董利军．柔性桥面铺装的早期病害分析［Ｊ】．城 市道桥与防洪，２００７（７）：４１—４４． ［６】罗昊冲，曹景．桥面铺装层病害分析与结构设计的选择【Ｊ］．城市 道桥与防洪，２００７（８）：１９—２２． 【７］李震，彭子泳．沥青混凝土桥面铺装设计与施工技术研究［Ｊ１．大 众科技，２００６（４）：４５—４９． ［８】张占军．设防水层的混凝土桥面铺装结构剪应力计算与分析 ［Ｊ］．西安公路交通大学学报，２００１，２１（２）：１４—１７． ２０１４年前三季度全国铁路、公路、水路完成投资１．６万亿 交通运输部近日发布，２０１４年前三季度，我国铁路、公路、水路固定资产投资完成１６ ４１２亿元，同比 增长１５．０％，增速较去年同期加快６．６个百分点，其中，第三季度，铁路、公路、水路固定资产投资增长 ２２．５％，明显高于上半年的９．３％。 据统计，２０１４年前三季度，铁路完成投资（含基本建设、更新改造和机车车辆购置）达４ ５６３亿元，同 比增长２３．４％，增速较上半年加快１４．５个百分点。公路建设完成投资１０ ７７１亿元，增长１４．６％，较上半年 加快３．７个百分点，普通国省道、农村公路投资增速均在２０％左右。水运建设完成投资９７６亿元，下降 ６．８％
