康册 邓凯
(中铁五局成都工程公司,四川成都 610045)
浅析沥青混凝土桥面铺装的损坏类型及成因
康册 邓凯
(中铁五局成都工程公司,四川成都 610045)
近年来,随着交通量的增大,沥青混凝土桥面铺装的损坏越来越严重。文章结合检测中发现的病害,总结了沥青混凝土桥面铺装常见的损坏类型,并初步分析了其成因,同时针对性的提出了桥面铺装在设计理论、厚度、施工和养护方面的建议,具有一定的工程意义。
沥青混凝土桥面铺装 损坏类型 成因分析
桥面铺装作为桥梁体系的组成部分，由于其能很大程度上缓和车辆对桥面板的冲击，同时能够满足行车平稳、舒适的要求，越来越得到重视。铺装层的质量好坏和使用耐久性将直接影响行车的安全性、舒适性、桥梁耐久性以及投资效益[1]。尤其是对于大跨度的桥梁而言，桥面铺装一旦发生损坏，无论采用维修还是重新铺设，都将会造成交通的拥堵，所带来的经济损失和社会影响都是难以估计的。
1 沥青铺装层常见损坏类型及成因分析
我国桥梁采用的铺装形式主要有两种，一种是水泥混凝土桥面铺装，另一种是沥青混凝土桥面铺装。沥青混凝土桥面铺装相对水泥混凝土桥面铺装，具有良好的柔韧性、抗裂抗疲劳性能及行驶舒适性，同时具有维修方便、自重轻等优点，在大中型桥梁桥面铺装中应用广泛。目前，国外的研究学者结合本国的实际国情，对铺装层沥青混合料的性能以及结构形式分别作出了一些特殊的规定，常采用的桥面沥青类铺装材料有浇注式沥青混凝土、环氧沥青混凝土、沥青玛蹄脂、SMA、增强纤维沥青混凝土等。在我国，经过大量的工程实践，使用比较成功沥青铺装层材料有纤维改性沥青、SMA、密级配改性沥青混凝土与环氧沥青混凝土。在对桥梁的常规外观检测中，发现桥面铺装的主要损坏类型如下：
1.1 开裂
开裂是桥面铺装最常见的一种损坏形式，主要体现在横向裂缝和纵向裂缝以及由二者构成的网状裂缝。裂缝开裂后，会造成雨水从缝中渗入，从而造成主梁钢筋的锈蚀破坏，影响结构的承载力，进而降低桥梁使用的耐久性。裂缝形成的主要原因有：
(1)桥梁施工中结构缝处理不当，从而留下隐患。这种裂缝主要是反射裂缝。在桥梁运营的过程中，位于铺装层下的结构缝处首先出现裂缝，并且在车辆荷载的反复作用之下，反射到沥青混凝土铺装层中形成反射裂缝，它主要体现在纵向裂缝上[2]。(2)因桥面系中加劲部件的作用，在铺装层中会出现负弯矩区，使得铺装层中出现局部应力集中，同时过桥车辆交通量大、超载严重导致桥面铺装疲劳开裂。裂缝产生之后桥面铺装的受力状况更加不利，裂缝就存在进一步发展的趋势。(3)在冬季气温较低时或者易发生温度骤变的地区，桥梁的铺装会因为温度的因素而形成温缩裂缝。温缩裂缝的间隔一般比较有规律。
1.2 表面变形
表面变形主要分为纵向变形形成的车辙和纵向局部变形的推挤。表面变形是渠化交通的早期损坏主要形式之一。表面变形的主要原因有：
(1)沥青混凝土铺装层自身存在高温稳定性不足的缺点，因此在高温条件下，由于车轮的反复作用下而产生永久变形和塑性流动，进而逐渐形成沥青混凝土的侧向流动变形和早期的压缩变形。(2)随着我国经济的快速发展，大型车辆和超重车辆的大量出现，进而加速造成了装层的表面变形，降低了桥面铺装的耐久性。
1.3 坑槽
在铺装层厚度较薄的桥梁上，行车带上、结构缝(如伸缩缝)附近处、补块边缘或补块上常出现坑槽现象。坑槽形成的主要原因有：
(1)桥面铺装层沥青混合料设计空隙率偏大或施工时出现了离析、压实不足现象，致使空隙率更大。在水和汽车荷载的反复作用下，沥青和骨料之间的粘结力逐渐丧失，骨料就会脱离，进而造成坑槽。(2)在摊铺沥青混凝土之前桥面凹凸不平，造成铺装层在某些部位较薄，在行车和温度荷载的共同作用下，这些桥面不平整地方铺装层内会产生局部应力集中，首先在铺装层内出现结构性的点损坏，随后逐渐向四周进行扩散，最后形成坑槽[2]。
1.4 表面缺陷
表面缺陷主要是指剥离、泛油、集料磨光等损害。表面缺陷的主要原因有：
(1)在结构缝附近，施工时难以碾压，因此空隙率较大。假如排水不畅，雨季铺装层就将长期处于饱和状态，同时由于车轮荷载的反复作用，骨料很容易从铺装层表面剥离。(2)沥青混合料的矿料级配不当，例如粗集料尺寸偏小，细料偏多，同时沥青用量偏大等，这些因素都会导致沥青混凝土出现剥离现象。(3)在铺装层摊铺之前，桥面未清理干净，存留有水和浮浆等杂物。(4)沥青混合料压实度不足，或者是沥青混合料设计孔隙率过小，而油石比过大，都可能造成沥青混凝土铺装层发生泛油现象。(5)集料质地软弱，缺少棱角，那么在车轮荷载的反复作用下，会造成集料磨光的损害情况。
1.5 脱层
防水层下面一般设置一层较薄的粘结层， 利用粘结层以保障铺装层和底层之间具有有效联结。但是，由于粘结层、基层以及铺装层的材料性能并不一致， 那么铺装层和基层之间就处于一种既非光滑又非连续的状态， 形成了一种典型的复合材料层间结构。层间脱层就是复合材料的主要的损伤形式之一。脱层区由局部失稳可能导致脱层的扩展，严重时可能导致整个铺装层破坏，从而降低桥梁的使用年限。造成脱层的原因主要有：
(1)沥青混凝土桥面铺装和主梁间结合强度不足，即粘层层间作用力不足，造成在高温条件下的抗剪切推移变形能力不足。这会导致铺装层与底层分离， 使得铺装层发生推移甚至脱落，进而造成严重的铺装层损坏。(2)因为桥面铺装层是直接和车轮进行接触， 在外来荷载主要是车轮载荷(冲击力)作用下，会在层间形成较大的剪切应力场，从而导致铺装层间发生相对位移，形成脱层现象。(3)一般而言，任何一种材料，都会有一个疲劳极限， 沥青混凝土材料也不例外。在整个桥梁使用年限内，由于汽车荷载的反复作用，导致疲劳破坏，也是造成脱层的一个原因。
2 沥青混凝土桥面铺装的改进措施
由于沥青混凝土铺装层的对桥梁使用及耐久性的重要性，因此针对其常见的损坏形式如裂缝、车辙、坑槽、表面缺陷以及脱层推移等病害，对其进行改进可以从设计理论、施工工艺、维修养护以及检测等多个方面进行研究。
2.1 完善铺装层的设计理论桥面铺装是一个受力非常复杂的动力体系，并且由它直接承受来自车轮荷载的冲击，其部分或全部参与主梁结构的变形。但是目前，桥面铺装认为是桥梁的附属设施，因此在桥梁的结构理论中关于桥面铺装层的计算分析理论较少。考虑当前交通量组成例如重型、超重型汽车的增多以及车速的增快，目前桥面铺装层设计的经验理论已不能够与其相适应了，因此，应尽快建立更加完善的设计理论，以满足交通的需求。
2.2 增加沥青混凝土铺装层厚度
桥面铺装层材料设计可能因片面强调材料的某一方面的性能而削弱了其他与其相对的性能。如只过分强调铺装层高温稳定性，则会削弱低温抗裂性能，因而造成大量的温缩裂缝。因此，铺装层材料设计是一个均衡的过程，需要把握铺装层最常见的破坏类型，以结构分析数据为依据，使设计的铺装层厚度更合理[3]。
2.3 加强沥青混凝土铺装层的施工质量
沥青混凝土桥面铺装层的施工质量直接影响桥面铺装的质量。要合理优化沥青混凝土的配合比，并进行试铺。铺装层施工的压实，尤其在铺装层的边缘，压路机不易压到的位置，或者压路机的吨位较轻，经常出现压实不够，空隙率偏大的情况，压实度还和沥青混凝土的温度有直接的关系[4]。因此，在施工中严格控制沥青混凝土搅拌、运输、摊铺、碾压以及成型时的温度，选择合适的压路机吨位，按照施工规范进行施工，严禁在施工中随意调头、刹车、停留等，从而保证沥青混凝土的压实度和质量。
2.4 后期合理养护
桥梁运营过程中，合理的养护能有效的延长铺装层的使用寿命。水是造成沥青铺装层损坏的主要原因之一，若桥面铺装体系的排水系统设计不合理，渗入的水分无法及时排出，就将加剧了铺装层的损坏，因此，设计合理的桥面排水系统并且保障其畅通显得非常必要。
2.5 采用光纤技术对桥面铺装进行检测
对桥梁进行定期检查，采用先进的技术及时发现桥面铺装潜在的病害，及时维护可延长桥梁使用寿命。例如，可以采用光纤传感器技术检测桥面铺装脱层现象[5]。其应用原理是将光纤传感器埋入粘结层内，并把层间的变形反映为传感器的某个特性的变化，然后通过分析光的传输特性，譬如光强、相位以及波长等，就可获取光纤周围的铺装层的实际变形，从而实现沥青混凝土铺装层脱层现象的检测。采用光纤传感器来进行铺装层脱层检测能够判断出铺装材料、粘结材料以及基层材料之间的相互连接性的状况，及时发现铺装层是否有脱层的发生，以便采取合理的补救措施，提高桥面铺装的使用性能。
3 结语
桥面铺装的耐久性直接影响桥梁的耐久性，因此越来越得到重视。本文总结了沥青混凝土铺装的常见的开裂、表面变形、坑槽、表面缺陷等四种破坏类型，并对其原因进行了分析。同时为了能够改善桥面铺装的性能，提出了应该从设计理论、施工和养护等方面采取的措施。
[1]刘龄嘉.桥梁工程(第二版)[M].人民交通出版社,2013.
[2]高雪池.滨州黄河公路大桥桥面铺装研究[D].东南大学,2006.
[3]马亦斌,钱颖颖等.特大桥沥青混凝土桥面铺装材料应用研究[J].华东公路,2014.
[4]孙光干.试析路桥工程桥面铺装病害成因及防治措施[J].科技与企业,2014.
[5]佟艳群,符欲梅.桥面铺装层脱层检测技术研究[J].仪器仪表学报,2004第4期,272-274.
康册(1978年11月),性别：女,学历：本科,职称：助理工程师,研究方向：工程施工。邓凯(1976年06月),性别：男,学历：大专,职称：助理工程师,研究方向：工程施工。
