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市政道路钢桥面铺装层破坏的防控

摘要：钢桥面铺装层在钢桥面整体结构中的重要性不言而喻，从钢桥面的使用性能及要求着手，分析了钢桥面沥青铺装层的主要病害及形成原因．研究得出钢桥面铺装层的界面是导致开裂的主要原因，而环境条件、材料级配、荷载和施工是产生车辙的主要原因。结合某市内公路弯道改造的工程实例，提出了相应的改善防治措施。

关键词：市政道路；钢桥面；钢箱梁；铺装层；破坏及防治 引言

桥面铺装层的主要作用是提供交通荷载行驶的表面特性和保护桥面的主体结构不受外界因素的损害。钢箱梁温度传导性好，易受外界温度变化的影响；箱梁一般均由钢板焊接而成，顶面很光滑，增加了在钢箱梁上进行沥青混凝土桥面铺装的困难。钢桥面的铺装层要满足以下要求：温度稳定性和抗疲劳耐久性好；具有良好的变形适应能力，同时又在高温和车辆荷载作用下不能产生过大的推移变形；具有良好的不透水性；且重量较轻。

1 破坏种类及原因

钢桥面铺装层的破坏主要有开裂、车辙、水损害几种类型，而前钢桥面铺装层主要有两种破坏类型是导致发生铺装层水损坏的直接原因。

1．1 车辙

通常情况下，沥青混凝土面层产生车辙破坏主要分为两个阶段：第1阶段。铺装层在荷载作用下面层进一步压密，表现为轮迹带铺装层沉陷；第2阶段，铺装层在荷载作用下，面层材料塑性流动．轮迹带铺装层沉陷，同时两侧出现明显的隆起现象。钢桥面铺装层车辙破坏的主要原因如下：

1)环境条件。环境条件主要是气候条件，包括气温、日照、辐射、风、雨等，除了湿度对沥青混合料高温性能的影响机理不同外，其他因素归结起来都反映在温度上。黑色的沥青混合料具有较强的吸热能力，而整个路面又构成了一个巨大的温度场。由于热量大量聚集，使路面温度不断升高。再加上钢箱梁箱内空气的流通很差，温度比箱外要高出30℃．使沥青的温度达到70℃以上。沥青混合料在高温时表现出黏塑性．其动稳定度下降。沥青路面长时间处于高温状态，在外部荷载的作用下很容易产生流动变形，从而形成车辙、推移。

2)铺装层材料设计不当。由于钢桥面铺装的特殊使用环境，一般采用薄层沥青混凝土铺装，同时沥青混合料的空隙率控制在4％以下。研究表明，充分的压实要求集料的最大公称粒径是层厚的1／3．这就决定了钢桥面铺装沥青混合料的级配偏细，一般情况下，为提高沥青混合料的防水性能和疲劳性能．沥青的用量较高，这使得沥青混合料高温稳定性的提高受到了一定的限制。

3)慢速和重载交通的影响。沥青混合料具有黏弹性，环境温度、荷载作用时间、荷载大小及作用次数是影响沥青混合料高温性能的重要因素。产生车辙主要发生在高温季节，此时沥青混合料主要表现出黏塑性．这主要是由于车辙的形成本质上是沥青混凝土永久变形的积累。根据时温等效法则．在一定荷载条件下．环境温度和荷载作用时间可以互相转换，即在较高温度、较短作用时间条件下，沥青混合料的力学响应．可以与较低温度、较长荷载作用时间条件下沥青混合料的力学响应相对应。因此，慢速交通对沥青混合料的车辙变形有较大的影响。同时，荷载特别是重载和超载会加速铺装层的变形。通常，轮胎气压是适应车辆荷载的，荷载越大则轮胎气压越高。车辆超载会促使司机增加轮胎气压，使铺装层永久变形增大。

4)黏结层材料的黏结能力丧失。黏结层是保证铺装与钢桥面板紧密结合、共同承受荷载作用的结构层次．对实现铺装体系的使用功能有很重要的意义。黏结层失效导致铺装无法与钢桥面板协同工作，对于由集料和沥青结合料组成的沥青混合料，由于其抗拉强度远低于抗压强度．在受力极为复杂的正交异性钢桥面板上极易被拉裂、滑移，引发车辙病害。

5)压实不充分。由于钢桥桥面铺装的特殊性，为防止钢桥面板的共振而导致传递到铺装下表面的压实功反向传递回铺装表面，而使铺装混合料发生松散现象，钢桥面铺装的施工碾压一般不能使用振动压路机压实。这使得本来在一般道路上有效压实时间就较短的改性沥青混合料的有效压实时间变得更短，无疑增加了沥青混合料充分压实的难度。沥青混合料压实不充分，导致铺装层空隙率过大，进而影响到铺装层的抗疲劳性能、抗水损害性能等路用性能。

1．2 开裂

钢桥面铺装层开裂一般都发生在钢板和沥青混凝土的界面上。导致铺装层开裂的主要原因：一是铺装层材料的选择不当；二是对钢梁与铺装层的界面问题认识不足通常钢桥面的界面处理方式是先对钢板上进行防腐处理．然后喷洒防水材料和碎石颗粒形成防水黏结层．最后加铺沥青混合料。通常采用的防水黏结剂是沥青类材料。希望通过它实现铺装层与钢板的良好黏结和有效防水．实际上这层防水黏结层导致了铺装层滑动开裂．这是因为：

1)防水黏结剂对钢板的黏附力与钢板的温度密切相关。随着温度的升高，防水黏结层的黏附能力下降，即高温状态下，界面的抗剪能力会因黏结剂变软而变得薄弱．对于光滑的钢板来讲．铺装层很容易滑动。

2)车辆荷载，特别是重载车载，在桥面上刹车制动产生水平力大于界面的抗剪强度。界面抗剪能力不足使车轮触地面积周边界面的沥青混凝土铺装层承受了额外的剪力和拉力。这是造成铺装层开裂的直接原因。车辆行驶的单向性和沥青混合料的可塑性，使得变形是塑性累加和不可恢复的。当这种变形累加到一定程度时，铺装层沥青混凝土的某个薄弱位置必定受拉超过其允许变形能力而开裂。一旦裂缝出现，滑动部分周边的约束能力进一步降低。同时，地表水渗入裂缝起

到了润滑作用，裂缝则迅速扩展，很快就可达到一定的宽度，在这种情况下。对裂缝浇灌沥青或填充沥青混合料等修复手段都不能阻止铺装层继续产生新的滑移，因而裂缝不断扩展，难以简单修复。

3)防水黏结层不能独立存在。防水黏结层一般的洒布量为1kg／㎡，它在沥青混合料的碾压施工中，很容易上浮。使得沥青铺装层底部的沥青含量相对高于正常的设计配合比含量。对于高温且光滑的钢板来说，局部高沥青含量使其抗剪切蠕变性能下降，引起铺装层的开裂。

因此．在光滑的钢桥面板上用喷洒防水黏结剂作为界面材料，不能保证黏结抗剪和防水。即使采取特殊措施，提高沥青混合料自身的抗裂性能和强度，也不能完全弥补界面抗剪能力的不足。

1．3 水损害

在开裂、车辙等病害的基础上，水通过铺装层进入到钢桥面．破坏钢桥面与铺装层的黏结，使得铺装层的破坏范围加大；进而浸渍钢箱梁，使钢箱梁锈蚀，影响结构的安全性。

2 改善措施

某市的市内公路建成于2000年初，其弯道基本都是采用钢箱梁直接加铺两层沥青混凝土结构，从建成到使用至今，大部分都出现过车辙、推移、开裂等病害。养护单位对部分病害严重的弯道铺装采取过刨铺处理，原样恢复，但修复位置很快又出现类似病害。为此，2010年10月某市市政工程维修处选取了6个代表弯道，使用新材料和新级配进行了维修。经过回访，效果良好。

2．1 维修方案

凿除病害铺装层，清理干净钢桥面，打磨除锈，在下面层铺设2．5～3 cm的高韧性防水层：表面层铺设5～5．5 cm的高模量SMA—13沥青混凝土磨耗层，恢复桥面原设计标高。

2．2 材料级配组成

沥青材料使用特种高弹性SBS改性沥青，其弹性恢复指标(25℃，3min)不小于9O％，而普通改性沥青只要求不小于85％。高韧性防水层沥青混合料和高模量SMA一13均采用马歇尔试验方法进行配合比设计，级配范围和混合料技术指标。如图1、2、3、4：

图l 高韧性防水层沥青混合料级配范围