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【摘 要】桥面铺装在通车后短期内出现病害引起工程技术人员关注，本文通过对江西省内典型公路上桥面铺装的调查，总结了目前桥面铺装出现的主要病害形式及其成因，为后续工程中避免这些早期病害提供了参考。从调查结果看，主要病害类型为：开裂、坑槽及表面变形与缺陷，这些问题与设计与施工均有直接关系。
【关键词】桥梁工程；桥面铺装；沥青混凝土；病害；原因分析
Produce asphalt concrete pavement and the Causes of Early Stage Disease
Li Jian-yong1,Liao Huo-geng2
(1.Shangrao City, Branch Road, Wuyuan County Highway Authority Wuyuan Jiangxi 333200;
2.Jiangxi Province Modern Bridge Engineering Corporation Shangrao Jiangxi 334000)
【Abstract】Deck occurred shortly after its opening caused by engineering and technical personnel concerned about the disease, the paper of Jiangxi Province, a typical highway pavement in the investigation, summarizes the current bridge deck forms and emerged as the major causes of disease, as To avoid the follow-up project to provide a reference for these early disease. From the survey results, the main disease types: cracking, pits and surface deformation and defects, and design and construction of these issues have a direct relationship.
【Key words】Bridge engineering;Deck;Asphalt concrete;Disease;Analysis
1. 前言
沥青混凝土桥面铺装的早期病害是桥梁工程中面临的一个重要技术难题，其原因复杂多样。我国沥青路面设计技术规范中对桥面铺装的设计有专门的规定，要求高速公路、一级公路桥面铺装厚度7-10cm，二级、三级公路5-9cm，且表面层≮3cm。然而，具体应选择的各层材料类型及其具体指标要求、施工工艺等都未明确，而对于重要桥梁或特大型桥梁则要求作专项设计，给实际操作过程带来了很多不确定性，实际工程中仍有很多桥面铺装出现了多种早期病害。本文选择了江西省典型的昌樟、九景高速及105国道等几条公路上的桥面铺装进行了病害调查，并对其可能的原因进行了探讨，为后续桥面铺装工程提供借鉴与参考。
2. 桥面铺装病害类型调查
2.1 开裂。
结构缝施工处理不当的薄弱处出现的反射裂缝和桥面系加劲部件顶铺装层出现的横向和纵向裂缝。
开裂是混凝土桥面铺装的一种重要的破坏形式，包括相邻两梁端之间的接头处出现横向裂缝、纵向相邻两片梁之间铰接缝处出现的纵向裂缝、连续梁上负弯矩处出现的裂缝以及由上述裂缝构成的网裂。由于两梁端相邻的湿接头是薄弱环节又位于盖梁上处于负弯矩区，在车辆荷载的作用下，较容易出现横向裂缝；在调查中还发现，在桥梁的上、下坡的盖梁处铺装层中较多出现贯穿整个桥面的横向裂缝，当铺装层厚度小于5cm，这种情况尤其严重；在相邻两片梁之间的铰接缝处由于箱梁腹板的加劲作用也经常出现应力集中，造成桥面铺装层出现纵向裂缝，当铰接处出现松动，该处的铺装层将出现严重的纵向裂缝；还有一种就是温缩裂缝，多发生在冬季气温较低时或易发生温度骤变的地区，裂缝的间隔比较有规律。
开裂破坏的主要原因，一方面是施工中结构缝处理不当，留下隐患，在车辆荷载的作用下，导致铺装层的损坏。若铺装层下的结构缝处首先出现裂缝，在车辆荷载的反复作用下，沥青混凝土铺装层中产生反射裂缝；另一方面由于桥面系中加劲部件的作用，在铺装层中出现负弯矩区，导致铺装层中出现局部应力集中，在车辆荷载作用下出现疲劳裂缝。
2.2 坑槽和补坑。
从调查结果来看，坑槽有的发生在行车带上，由于行车的反复冲击作用而致，有的出现在结构缝（如伸缩缝）附近处，有的出现在补块边缘或补块上。在铺装层偏薄的桥上，这种破坏形式尤其明显。
造成铺装层出现坑槽和补块的原因是多方面的。首先，桥面铺装层沥青混合料设计空隙率偏大或者施工时出现离析、压实不足，导致空隙率更大。铺装层在水或荷载的作用下，沥青逐渐失去与矿料的粘结力，从矿料表面脱落，在车辆的作用下沥青混凝土铺装层出现松散状态，以致骨料从铺装层脱落形成坑槽。或者由于施工中沥青混合料加热温度过高，致使沥青老化失去粘结力，造成沥青从矿料表面剥落所致。其次，有的桥面在摊铺沥青混凝土之前凹凸不平，甚至还留有钢筋头露出且铺装层在该处较薄，在行车和温度荷载的作用下，造成这些桥面不平整地方铺装层内产生局部应力集中，首先出现结构性的点损坏，然后逐渐向四周扩散，从而形成坑槽。最后，在补块的附近处，补块沥青混凝土与原来铺装层沥青混凝土的模量、空隙率等相差较大，尤其在结构缝处，结构缝处水泥混凝土与沥青混凝土两种材料属性不同。这两种情况下在行车荷载的反复作用下，在补块和结构缝附近就出现应力集中导致铺装层损坏。
2.3 表面变形 。
表面变形包括轮迹带纵向变形形成的车辙和纵向局部变形的推挤。表面变形是高等级公路的渠化交通的主要早期损坏形式之一。调查发现，有的桥面铺装通车不到一年就出现明显的车辙，通车时间长的桥面铺装车辙就更加明显。铺装层出现推移的时间一般比车辙出现的晚，它是一种横向变形。
桥面铺装出现表面变形（车辙和推移），一方面是沥青混凝土铺装层本身高温稳定性不足，在高温条件下由于车轮的反复作用下产生永久变形和塑性流动，而逐渐形成沥青混凝土的侧向流动变形及通车早期的压缩变形；另一方面是由于大型车辆和超重车辆的大量出现，造成了铺装层的表面变形更加明显。
2.4 表面缺陷。
沥青混凝土铺装层出现的表面缺陷包括松散（剥离）、泛油、集料磨光、透水等。
从现场情况来看，沥青混凝土表面的松散多出现在铺装层的边缘，结构缝附近。这些部位施工中难以碾压，空隙率较大，若排水不畅，下雨天铺装层便长期处于饱和状态，在车轮荷载的反复作用下，骨料很容易从铺装层表面剥离，进而发展成为坑槽等更严重的破坏形式。
有些铺装层的沥青混合料的矿料级配不当，粗级料尺寸偏小，细料偏多，沥青用量偏大，或者集料质地软弱，缺少棱角。在铺装层的使用过程中，容易造成沥青不断上翻、泛油，或者铺装层表面集料被逐渐磨光，导致铺装层表面光滑。部分桥梁，由于铺装层摊铺之前的桥面清理不干净，存留水和浮浆等杂物，施工中仅在裸桥面板上洒一层粘层油，有的甚至什么都没有洒，根本没有加铺防水层，通车后造成铺装层脱落现象。
3. 桥面铺装病害原因分析
3.1 桥面铺装层力学特性。
桥面铺装是一个受力复杂的动力体系，它直接承受车轮荷载的冲击，部分或全部参与主梁结构的变形，各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。对于连续梁桥、拱桥及悬臂梁桥等桥型结构，由于荷载的作用主梁上部产生负弯矩或拉应力，使桥面铺装层受到拉应力的作用而产生负弯矩区裂缝，从而造成桥面铺装的损坏。此外，随着材料工业的发展，桥梁承重结构的改进，使桥梁主梁能以较柔的结构达到受力的要求，高等级公路大跨径桥梁的横向越来越宽，在设计计算中侧重于主梁纵向的计算分析，对桥梁横向刚度重视不足，横向构造措施不利也使桥面铺装分担了过多的次内力。在铺装层厚度较薄的情况下，铺装层内剪应力是重要问题，层间结合状态不佳时，可能产生层间滑移等破坏。
目前，桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析理论较少，现行规范中只给定了厚度的推荐值，一直在各等级的公路中运用至今，现行桥面铺装与现在交通量组成如重型、超重型汽车的增多和车速的增快已不相适应。
3.2 铺装层结构与材料设计。
从调查情况来看，桥面铺装结构层的厚度和级配组成没有经过特别设计，基本上与相邻普通路面一样。多数桥面铺装层的厚度明显偏薄，基本上在5-8cm左右。实际上，由于桥面系的加劲部件的存在，使得刚柔铺装层体系的受力状态更加复杂，使用条件更为苛刻。显然，在交通量大、重型车、超载车辆增多的现实情况下，桥面铺装还停留在过去经验设计的基础上，已经不能适应现在的道路交通需要。
桥面铺装层材料设计有可能因片面强调材料的某一方面的性能而削弱了其它与其相对的性能。比如，如果只是过分强调铺装层高温稳定性，就会削弱其低温抗裂性能，出现大量的温缩裂缝。所以，铺装层材料设计是一个均衡的过程，要抓住铺装层最常见的破坏类型这一主要矛盾，以结构分析数据为标准，使设计的铺装层在厚度、材料组成方面能够具有更好的适应桥面板协调变形的能力，来延长铺装层的使用寿命。
由于水泥混凝土桥面板与沥青铺装层材料差异差异较大，它们之间若不设置防水粘结层难以有效形成受力整体。桥面板上的铺装层一经开裂，在车轮的动力荷载作用下，彼此间的缝隙越来越大，直到松散脱落。同时，由于水分不可避免地会渗入沥青混合料，若没有防水层的设置，渗入的水分最终会影响钢筋混凝土梁板的使用。所以桥面没有设置防水粘结层的铺装层不能和桥面板一起承受车辆荷载的作用，较易出现脱层、推移等破坏形式。
3.3 铺装层施工。
铺装层施工的压实总是存在这样那样的问题，特别在铺装层的边缘压路机不易压到的地方，或者压路机的吨位较轻，经常出现压实不够，空隙率偏大，在车辆荷载的反复作用下，容易引起铺装层的早期水损。有的是铺装层摊铺时出现离析现象，导致铺装层局部的空隙率很大，通车以后出现水损严重。还有施工完成检测钻芯取试件后，没有及时填实钻坑或者填料和原来的级配相差较大等都给该处铺装层的损坏留下隐患。
3.4 铺装层养护。
通车以后，合理的养护能有效的延长铺装层的使用寿命。水是导致沥青铺装层损坏的主要原因之一，设计合理的桥面排水系统并保证其畅通显得非常必要。如果桥面铺装体系的排水系统设计不当，渗入的水分无法及时排出，加剧了铺装层的损坏。很多桥面的泄水孔处于堵塞状态，没有起到排水作用，也造成了铺装层在雨季经常处于饱水状态。
4. 结语
4.1 桥面铺装的受力特性和使用条件明显不同于普通沥青混凝土路面，桥面铺装的损坏类型的主要类型有开裂、坑槽与补坑、表面变形、表面缺陷四大类。
4.2 导致桥面铺装损坏的原因是多方面的，贯穿于设计、材料选择、施工、养护等各个环节；桥面铺装层设计不尽合理、施工工艺和施工组织不到位、超载超重车辆通行、养护不及时都是造成其损坏的原因。
4.3 避免上述桥面铺装类型的损坏，应重点从桥面铺装层的力学机理分析、材料性能试验和施工工艺三个方面入手，进行桥面铺装层的结构设计和材料选择，并保证铺装层施工质量，解决桥面铺装的早期损坏问题。
参考文献
［1］ JTG D50-2006.公路沥青路面设计规范［S］ .
［2］ JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范［S］.
［3］ 张占军,胡长顺，设防水层的混凝土桥桥面铺装结构剪应力计算与分析［D］，西安：西安公路交通大学学报，2001年02期.
［文章编号］1619-2737（2011）05-04-106
【关键词】桥梁工程；桥面铺装；沥青混凝土；病害；原因分析
Produce asphalt concrete pavement and the Causes of Early Stage Disease
Li Jian-yong1,Liao Huo-geng2
(1.Shangrao City, Branch Road, Wuyuan County Highway Authority Wuyuan Jiangxi 333200;
2.Jiangxi Province Modern Bridge Engineering Corporation Shangrao Jiangxi 334000)
【Abstract】Deck occurred shortly after its opening caused by engineering and technical personnel concerned about the disease, the paper of Jiangxi Province, a typical highway pavement in the investigation, summarizes the current bridge deck forms and emerged as the major causes of disease, as To avoid the follow-up project to provide a reference for these early disease. From the survey results, the main disease types: cracking, pits and surface deformation and defects, and design and construction of these issues have a direct relationship.
【Key words】Bridge engineering;Deck;Asphalt concrete;Disease;Analysis
1. 前言
沥青混凝土桥面铺装的早期病害是桥梁工程中面临的一个重要技术难题，其原因复杂多样。我国沥青路面设计技术规范中对桥面铺装的设计有专门的规定，要求高速公路、一级公路桥面铺装厚度7-10cm，二级、三级公路5-9cm，且表面层≮3cm。然而，具体应选择的各层材料类型及其具体指标要求、施工工艺等都未明确，而对于重要桥梁或特大型桥梁则要求作专项设计，给实际操作过程带来了很多不确定性，实际工程中仍有很多桥面铺装出现了多种早期病害。本文选择了江西省典型的昌樟、九景高速及105国道等几条公路上的桥面铺装进行了病害调查，并对其可能的原因进行了探讨，为后续桥面铺装工程提供借鉴与参考。
2. 桥面铺装病害类型调查
2.1 开裂。
结构缝施工处理不当的薄弱处出现的反射裂缝和桥面系加劲部件顶铺装层出现的横向和纵向裂缝。
开裂是混凝土桥面铺装的一种重要的破坏形式，包括相邻两梁端之间的接头处出现横向裂缝、纵向相邻两片梁之间铰接缝处出现的纵向裂缝、连续梁上负弯矩处出现的裂缝以及由上述裂缝构成的网裂。由于两梁端相邻的湿接头是薄弱环节又位于盖梁上处于负弯矩区，在车辆荷载的作用下，较容易出现横向裂缝；在调查中还发现，在桥梁的上、下坡的盖梁处铺装层中较多出现贯穿整个桥面的横向裂缝，当铺装层厚度小于5cm，这种情况尤其严重；在相邻两片梁之间的铰接缝处由于箱梁腹板的加劲作用也经常出现应力集中，造成桥面铺装层出现纵向裂缝，当铰接处出现松动，该处的铺装层将出现严重的纵向裂缝；还有一种就是温缩裂缝，多发生在冬季气温较低时或易发生温度骤变的地区，裂缝的间隔比较有规律。
开裂破坏的主要原因，一方面是施工中结构缝处理不当，留下隐患，在车辆荷载的作用下，导致铺装层的损坏。若铺装层下的结构缝处首先出现裂缝，在车辆荷载的反复作用下，沥青混凝土铺装层中产生反射裂缝；另一方面由于桥面系中加劲部件的作用，在铺装层中出现负弯矩区，导致铺装层中出现局部应力集中，在车辆荷载作用下出现疲劳裂缝。
2.2 坑槽和补坑。
从调查结果来看，坑槽有的发生在行车带上，由于行车的反复冲击作用而致，有的出现在结构缝（如伸缩缝）附近处，有的出现在补块边缘或补块上。在铺装层偏薄的桥上，这种破坏形式尤其明显。
造成铺装层出现坑槽和补块的原因是多方面的。首先，桥面铺装层沥青混合料设计空隙率偏大或者施工时出现离析、压实不足，导致空隙率更大。铺装层在水或荷载的作用下，沥青逐渐失去与矿料的粘结力，从矿料表面脱落，在车辆的作用下沥青混凝土铺装层出现松散状态，以致骨料从铺装层脱落形成坑槽。或者由于施工中沥青混合料加热温度过高，致使沥青老化失去粘结力，造成沥青从矿料表面剥落所致。其次，有的桥面在摊铺沥青混凝土之前凹凸不平，甚至还留有钢筋头露出且铺装层在该处较薄，在行车和温度荷载的作用下，造成这些桥面不平整地方铺装层内产生局部应力集中，首先出现结构性的点损坏，然后逐渐向四周扩散，从而形成坑槽。最后，在补块的附近处，补块沥青混凝土与原来铺装层沥青混凝土的模量、空隙率等相差较大，尤其在结构缝处，结构缝处水泥混凝土与沥青混凝土两种材料属性不同。这两种情况下在行车荷载的反复作用下，在补块和结构缝附近就出现应力集中导致铺装层损坏。
2.3 表面变形 。
表面变形包括轮迹带纵向变形形成的车辙和纵向局部变形的推挤。表面变形是高等级公路的渠化交通的主要早期损坏形式之一。调查发现，有的桥面铺装通车不到一年就出现明显的车辙，通车时间长的桥面铺装车辙就更加明显。铺装层出现推移的时间一般比车辙出现的晚，它是一种横向变形。
桥面铺装出现表面变形（车辙和推移），一方面是沥青混凝土铺装层本身高温稳定性不足，在高温条件下由于车轮的反复作用下产生永久变形和塑性流动，而逐渐形成沥青混凝土的侧向流动变形及通车早期的压缩变形；另一方面是由于大型车辆和超重车辆的大量出现，造成了铺装层的表面变形更加明显。
2.4 表面缺陷。
沥青混凝土铺装层出现的表面缺陷包括松散（剥离）、泛油、集料磨光、透水等。
从现场情况来看，沥青混凝土表面的松散多出现在铺装层的边缘，结构缝附近。这些部位施工中难以碾压，空隙率较大，若排水不畅，下雨天铺装层便长期处于饱和状态，在车轮荷载的反复作用下，骨料很容易从铺装层表面剥离，进而发展成为坑槽等更严重的破坏形式。
有些铺装层的沥青混合料的矿料级配不当，粗级料尺寸偏小，细料偏多，沥青用量偏大，或者集料质地软弱，缺少棱角。在铺装层的使用过程中，容易造成沥青不断上翻、泛油，或者铺装层表面集料被逐渐磨光，导致铺装层表面光滑。部分桥梁，由于铺装层摊铺之前的桥面清理不干净，存留水和浮浆等杂物，施工中仅在裸桥面板上洒一层粘层油，有的甚至什么都没有洒，根本没有加铺防水层，通车后造成铺装层脱落现象。
3. 桥面铺装病害原因分析
3.1 桥面铺装层力学特性。
桥面铺装是一个受力复杂的动力体系，它直接承受车轮荷载的冲击，部分或全部参与主梁结构的变形，各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。对于连续梁桥、拱桥及悬臂梁桥等桥型结构，由于荷载的作用主梁上部产生负弯矩或拉应力，使桥面铺装层受到拉应力的作用而产生负弯矩区裂缝，从而造成桥面铺装的损坏。此外，随着材料工业的发展，桥梁承重结构的改进，使桥梁主梁能以较柔的结构达到受力的要求，高等级公路大跨径桥梁的横向越来越宽，在设计计算中侧重于主梁纵向的计算分析，对桥梁横向刚度重视不足，横向构造措施不利也使桥面铺装分担了过多的次内力。在铺装层厚度较薄的情况下，铺装层内剪应力是重要问题，层间结合状态不佳时，可能产生层间滑移等破坏。
目前，桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析理论较少，现行规范中只给定了厚度的推荐值，一直在各等级的公路中运用至今，现行桥面铺装与现在交通量组成如重型、超重型汽车的增多和车速的增快已不相适应。
3.2 铺装层结构与材料设计。
从调查情况来看，桥面铺装结构层的厚度和级配组成没有经过特别设计，基本上与相邻普通路面一样。多数桥面铺装层的厚度明显偏薄，基本上在5-8cm左右。实际上，由于桥面系的加劲部件的存在，使得刚柔铺装层体系的受力状态更加复杂，使用条件更为苛刻。显然，在交通量大、重型车、超载车辆增多的现实情况下，桥面铺装还停留在过去经验设计的基础上，已经不能适应现在的道路交通需要。
桥面铺装层材料设计有可能因片面强调材料的某一方面的性能而削弱了其它与其相对的性能。比如，如果只是过分强调铺装层高温稳定性，就会削弱其低温抗裂性能，出现大量的温缩裂缝。所以，铺装层材料设计是一个均衡的过程，要抓住铺装层最常见的破坏类型这一主要矛盾，以结构分析数据为标准，使设计的铺装层在厚度、材料组成方面能够具有更好的适应桥面板协调变形的能力，来延长铺装层的使用寿命。
由于水泥混凝土桥面板与沥青铺装层材料差异差异较大，它们之间若不设置防水粘结层难以有效形成受力整体。桥面板上的铺装层一经开裂，在车轮的动力荷载作用下，彼此间的缝隙越来越大，直到松散脱落。同时，由于水分不可避免地会渗入沥青混合料，若没有防水层的设置，渗入的水分最终会影响钢筋混凝土梁板的使用。所以桥面没有设置防水粘结层的铺装层不能和桥面板一起承受车辆荷载的作用，较易出现脱层、推移等破坏形式。
3.3 铺装层施工。
铺装层施工的压实总是存在这样那样的问题，特别在铺装层的边缘压路机不易压到的地方，或者压路机的吨位较轻，经常出现压实不够，空隙率偏大，在车辆荷载的反复作用下，容易引起铺装层的早期水损。有的是铺装层摊铺时出现离析现象，导致铺装层局部的空隙率很大，通车以后出现水损严重。还有施工完成检测钻芯取试件后，没有及时填实钻坑或者填料和原来的级配相差较大等都给该处铺装层的损坏留下隐患。
3.4 铺装层养护。
通车以后，合理的养护能有效的延长铺装层的使用寿命。水是导致沥青铺装层损坏的主要原因之一，设计合理的桥面排水系统并保证其畅通显得非常必要。如果桥面铺装体系的排水系统设计不当，渗入的水分无法及时排出，加剧了铺装层的损坏。很多桥面的泄水孔处于堵塞状态，没有起到排水作用，也造成了铺装层在雨季经常处于饱水状态。
4. 结语
4.1 桥面铺装的受力特性和使用条件明显不同于普通沥青混凝土路面，桥面铺装的损坏类型的主要类型有开裂、坑槽与补坑、表面变形、表面缺陷四大类。
4.2 导致桥面铺装损坏的原因是多方面的，贯穿于设计、材料选择、施工、养护等各个环节；桥面铺装层设计不尽合理、施工工艺和施工组织不到位、超载超重车辆通行、养护不及时都是造成其损坏的原因。
4.3 避免上述桥面铺装类型的损坏，应重点从桥面铺装层的力学机理分析、材料性能试验和施工工艺三个方面入手，进行桥面铺装层的结构设计和材料选择，并保证铺装层施工质量，解决桥面铺装的早期损坏问题。
参考文献
［1］ JTG D50-2006.公路沥青路面设计规范［S］ .
［2］ JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范［S］.
［3］ 张占军,胡长顺，设防水层的混凝土桥桥面铺装结构剪应力计算与分析［D］，西安：西安公路交通大学学报，2001年02期.
［文章编号］1619-2737（2011）05-04-106