張欣禹

（沈陽(yáng)市市政工程設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽(yáng)110015）

1 橋梁概況

北海高架橋建于1991年，是沈陽(yáng)市一環(huán)路（東段）上的重要橋梁，交通流量大，車(chē)輛過(guò)往頻繁。橋梁全長(zhǎng)1077.6 m，共54孔，分為四聯(lián)，設(shè)五道伸縮縫；橋梁全寬11.5 m，雙向3車(chē)道，無(wú)人行道。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車(chē)-20級(jí)，驗(yàn)算荷載為掛車(chē)-100。

上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土（30號(hào)）單箱雙室現(xiàn)澆連續(xù)梁。梁高1.1 m，底板寬6.5 m，兩翼緣懸臂各2.5 m，頂板全寬11.5 m。

橋面鋪裝層為4-6 cm厚的C30防水混凝土（內(nèi)設(shè)φ8＠10x10 cm鋼筋網(wǎng)），上鋪4 cm中粒式瀝青混凝土。橋面最小縱坡坡度0.3%；通過(guò)橋面鋪裝形成雙向橫坡，坡度0.38%。

2 橋面病害

橋面鋪裝大面積破損，坑槽、波浪、車(chē)轍及翻漿現(xiàn)象普遍，破損嚴(yán)重的位置，下層的水泥混凝土鋪裝已經(jīng)碎裂，鋼筋網(wǎng)外露(見(jiàn)圖1)。

清理破損的鋪裝層后，發(fā)現(xiàn)箱梁頂板混凝土也已大面積腐蝕、脫落，橫向鋼筋外露、銹蝕（見(jiàn)圖 2）。

該橋的橋面病害已極為嚴(yán)重，不僅橋面鋪裝層破損，橋梁結(jié)構(gòu)也嚴(yán)重受損，需要采取措施予以修補(bǔ)加固。

3 病害原因分析

3.1 鋪裝層厚度較薄、混凝土標(biāo)號(hào)較低

該橋建于1991年，橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)如前文所述。該橋的鋪裝層厚度較薄、鋪裝層混凝土標(biāo)號(hào)較低，在頻繁的車(chē)輛荷載作用下，易松散開(kāi)裂。

3.2 除冰鹽對(duì)混凝土和鋼筋的腐蝕

沈陽(yáng)市冬季降雪量較大，為保證雪后快速恢復(fù)道路交通暢通，普遍使用除冰鹽，加速了鋼筋和混凝土的腐蝕。有資料顯示，使用10～20 a的橋梁，除冰鹽對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土和鋼筋產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，使用不到10 a的橋梁，在氯離子影響范圍，鋼筋也處于銹蝕狀態(tài)。

3.3 鋪裝層防水、防腐性弱

該橋縱、橫坡坡度較小，排水較慢，在冬季氣溫較低時(shí)，水冰凍融循環(huán)，易在兩層鋪裝層之間及鋪裝層與橋面板之間形成夾層，在車(chē)輛荷載作用下，臨界面會(huì)產(chǎn)生較大拉應(yīng)力并率先破壞，形成網(wǎng)裂、坑槽。

3.4 負(fù)彎矩區(qū)混凝土易破損

中支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)及懸臂翼緣根部負(fù)彎矩區(qū)的拉應(yīng)力較大，在車(chē)輛荷載反復(fù)作用下，混凝土易開(kāi)裂破損；同時(shí)，負(fù)彎矩區(qū)的箱梁頂板與鋪裝層間存在較大剪應(yīng)力，導(dǎo)致臨界面分離。

3.5 鋪裝層臨界面處理不充分

鋪裝層施工時(shí)，臨界面處理不充分，如沒(méi)有鑿毛、不干凈（有油污、塵土等）、沒(méi)有使用界面劑等，在使用階段，臨界面分離，導(dǎo)致橋面鋪裝破損。

4 處理方案比選

在分析病害情況及其成因的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了增加橋面鋪裝層厚度的可能性和實(shí)際交通壓力對(duì)施工工期的要求。

4.1 備選方案

在清理破損鋪裝層并對(duì)箱梁頂面混凝土和鋼筋作相應(yīng)處理后，重做鋪裝層，縱、橫坡坡度基本不變，仍通過(guò)鋪裝層厚度變化形成橫坡，重點(diǎn)考慮以下兩個(gè)方案。

4.1.1 方案一

7 cm瀝青混凝土

防水層（卷材或滲透結(jié)晶材料）

8～10 cm水泥混凝土（內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)）

4.1.2 方案二

5～7 cm瀝青混凝土

粘層（乳化瀝青）

4 cm澆注式瀝青混凝土

二階反應(yīng)型防水粘結(jié)層

滲透反應(yīng)型固結(jié)防水劑

4.2 方案比選

4.2.1 考慮鋪裝層厚度影響

原鋪裝層總平均厚度9 cm，方案一總平均厚度16 cm，方案二總平均厚度10 cm?？紤]恒載增加因素，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，如采用方案一，厚度共增加7 cm，部分中支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)荷載效應(yīng)超過(guò)結(jié)構(gòu)承載能力，不滿(mǎn)足要求，且部分跨中正彎矩區(qū)荷載效應(yīng)接近結(jié)構(gòu)承載能力，無(wú)安全儲(chǔ)備。如采用方案二，厚度僅增加1 cm，無(wú)論是負(fù)彎矩區(qū)還是正彎矩區(qū)，結(jié)構(gòu)受力均能滿(mǎn)足要求，且仍有一定安全儲(chǔ)備。

4.2.2 考慮工期要求

兩個(gè)方案的基層處理、防水粘結(jié)層及上面層瀝青混凝土的施工時(shí)間基本一致，區(qū)別在于下層的水泥混凝土與澆注式瀝青混凝土的施工時(shí)間。如采用方案一，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、澆注8～10 cm水泥混凝土及養(yǎng)生，約需10 d左右。如采用方案二，施工4 cm澆注式瀝青混凝土僅需2～3 d，且不需要單獨(dú)的養(yǎng)生時(shí)間，比方案一工期縮短一周左右。

綜合比選兩個(gè)方案，方案二基本不增加恒載，結(jié)構(gòu)受力安全可靠。同時(shí)，該橋作為沈陽(yáng)市一環(huán)路上的重要橋梁，交通流量大，縮短一周工期，社會(huì)效益明顯。因此，最終確定采用澆注式瀝青混凝土方案。

5 澆注式瀝青混凝土方案

5.1 處理箱梁頂板混凝土

清除破損鋪裝層，對(duì)橋面板進(jìn)行噴砂處理，清除已經(jīng)松散的混凝土保護(hù)層。

5.2 噴涂滲透反應(yīng)型固結(jié)防水劑

滲透反應(yīng)型固結(jié)防水劑由反應(yīng)性固結(jié)防水劑、固化劑及改型劑組分等組成的低粘度、雙組分混凝土滲透增強(qiáng)防水保護(hù)劑，具有強(qiáng)烈的憎水性和獨(dú)特的單向透氣防水性，使外部水份無(wú)法滲入基層，同時(shí)又能使基層內(nèi)的潮氣排出。

在箱梁頂板噴涂滲透反應(yīng)型固結(jié)防水劑，用量為0.3～0.4 kg/m2。防水劑可滲透至混凝土內(nèi)部2～5 mm，在細(xì)微的孔隙形成均勻的薄膜，起到封閉微裂縫和孔隙、增強(qiáng)混凝土表面強(qiáng)度的作用，防止混凝土受氯離子（除冰鹽）、凍融等腐蝕，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1所列。

5.3 滾涂二階反應(yīng)型防水粘結(jié)層

二階反應(yīng)型防水粘結(jié)層主要成分為天然瀝青與石油瀝青混合物中加入石油基活性反應(yīng)物質(zhì)，通過(guò)自身以及與空氣中的O2和CO2等相互反應(yīng)形成獨(dú)特的二階反應(yīng)過(guò)程，使其具有優(yōu)異的防水與粘結(jié)性能。一階反應(yīng)后生成了一定強(qiáng)度的彈性膠質(zhì)材料，防止橋面鋪裝施工機(jī)械設(shè)備破壞防水粘結(jié)層；二階反應(yīng)固化后的涂膜形成高彈塑性的防水粘結(jié)層。

表1 滲透反應(yīng)型固結(jié)防水劑的技術(shù)指標(biāo)匯總表

滾涂二階反應(yīng)型防水粘結(jié)層，用量為0.3～0.6kg/m2。固化后與水泥混凝土橋面板，與瀝青混凝土之間的粘結(jié)力和剪切力均可達(dá)1.0 MPa以上，完全可以抵抗一般情況下車(chē)輛荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力（一般最大剪應(yīng)力為0.4 MPa左右），同時(shí)，亦能滿(mǎn)足長(zhǎng)下坡、彎道地區(qū)的粘結(jié)力要求（一般最大剪應(yīng)力為1.0 MPa），其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2所列。

表2 二階反應(yīng)型防水粘結(jié)層的技術(shù)指標(biāo)匯總表

5.4 攤鋪澆注式瀝青混凝土

5.4.1 材料特性

澆注式瀝青混凝土屬于密級(jí)配瀝青混凝土。在施工溫度條件下，瀝青混合料呈流淌狀態(tài)，不需要用壓路機(jī)，只需攤鋪整平即可完成施工，并能達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度和平整度?；旌狭媳旧砭哂屑?xì)集料含量高、礦粉含量高、瀝青含量高等“三高”特點(diǎn),較多的瀝青及細(xì)集料含量使粗骨料處于懸浮狀態(tài),空隙率很小。因?yàn)闈沧⑹綖r青混凝土在結(jié)構(gòu)上的這些特點(diǎn)，決定了其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）空隙率小于1%，無(wú)需壓實(shí)便能達(dá)到其最終強(qiáng)度，不會(huì)出現(xiàn)因壓實(shí)不足而表現(xiàn)出的缺陷病害；

（2）不透水，也不吸水，對(duì)氯離子（除冰鹽）和凍融變換不敏感，不會(huì)出現(xiàn)水損害問(wèn)題；

（3）是一種粘彈性材料，能適應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在應(yīng)力消減情況下的緩沖運(yùn)動(dòng)而不會(huì)發(fā)生損壞及對(duì)沖擊和顛簸不敏感；

（4）整體性非常好，變形能力強(qiáng)，能適應(yīng)橋面板的變形；

（5）在氣候因素影響下幾乎不會(huì)老化，耐久性好，使用壽命長(zhǎng)（20 a以上）；

（6）瀝青含量較高，具有較好的抗低溫開(kāi)裂能力；

（7）維修成本低，澆注式瀝青混凝土下面層通常不會(huì)破壞，在多年使用條件下一般都是上面層出現(xiàn)破損，維修時(shí)僅需將上面層銑刨并重鋪即可，維修成本低、工期短、對(duì)交通影響小。

5.4.2 施工工藝

在高溫下經(jīng)特殊攪拌工藝拌制后，混合料呈現(xiàn)流動(dòng)狀態(tài)，使用高溫瀝青混凝土鋪筑設(shè)備攤鋪，厚度4 cm。經(jīng)整平后，在其表面撒布粒徑5～10 mm的碎石，撒布量為5～8 kg/m2，人工滾壓碎石，使其嵌入混合料表面。

5.4.3 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

澆注式瀝青混合料所用的結(jié)合料為改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3所列。

表3 澆注式瀝青混合料用改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)匯總表

5.4.4 澆注式瀝青混合料級(jí)配

澆注式瀝青混合料設(shè)計(jì)級(jí)配見(jiàn)表4所列。

表4 澆注式瀝青混合料設(shè)計(jì)級(jí)配表

5.4.5 澆注式瀝青混凝土技術(shù)指標(biāo)

澆注式瀝青混合混凝土技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5所列。

表5 澆注式瀝青混凝土技術(shù)指標(biāo)匯總表

5.4.6 澆注式瀝青混合料與其它混合料的比較

澆注式瀝青混合料與其它混合料的比較見(jiàn)表6所列。

從表6的比較來(lái)看，澆注式瀝青混合料具有耐疲勞、耐低溫、耐久性、抗水害、抗老化等良好的綜合性能。

5.5 粘層油及上面層瀝青混凝土

略。

6 結(jié)語(yǔ)

該橋于2009年10月完成橋面鋪裝改造施工，并投入運(yùn)營(yíng)。2009年冬季，沈陽(yáng)市降雪頻繁，該橋?yàn)樯蜿?yáng)市一環(huán)路上的重要橋梁，交通流量大，為了保證快速恢復(fù)交通，每次雪后均拋灑除雪劑，且用量較大。2010年年初，氣溫溫差較大，凍融循環(huán)頻繁，同時(shí)，2010年春季，沈陽(yáng)市降雨量也較大。該橋改造完成后，在以上各種不利條件下，已經(jīng)運(yùn)營(yíng)半年多時(shí)間，橋面鋪裝未出現(xiàn)明顯裂縫及其它病害，使用情況良好。

表6 澆注式瀝青混合料與其它混合料的比較匯總表

通過(guò)該橋的實(shí)踐，為采用澆注式瀝青混凝土技術(shù)處理和改造北方寒冷地區(qū)混凝土橋面鋪裝病害積累了一定經(jīng)驗(yàn)，特此成文以供同行參考指正。

[1]JTG D50-2006.公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2]黃衛(wèi).大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)理論與方法.[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006。

[3]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能.[M].北京:人民交通出版社，2001.