施權(quán)君,黃巖峰

(1.廣西交通投資集團有限公司,廣西 南寧 530022;2.廣西交通設(shè)計集團有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

高速公路改擴建中,原有的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土舊梁與拓寬部分的新梁結(jié)合是一種常見的拼接方式[1-2],但在使用過程中,此類橋梁的橋面鋪裝常常會出現(xiàn)不同程度的開裂、破損,削弱了其耐久性和安全性。

對于橋面鋪裝病害治理,隨著筑路新材料與施工技術(shù)的不斷更新與完善,涌現(xiàn)出了以易密實高彈改性瀝青(EMC)、超薄耐久性抗滑磨耗層(TFC)、環(huán)氧瀝青混凝土(EA)、改性瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)等典型瀝青鋪裝材料為基礎(chǔ)的主流加鋪技術(shù)[3-6],以及“UHPC+SMA”等其他組合鋪裝技術(shù)[7]。

易密實高彈改性瀝青(EMC)采用易密實高彈改性劑和SBS改性瀝青進行配制,是可用于改善路面抗滑性能、封閉路面裂縫和延長路面壽命的一種預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)。由于EMC-10采用易密實高彈改性瀝青和骨架密實型級配,施工和易性好,高低溫性能均衡,抗反射裂縫能力優(yōu)異,構(gòu)造深度大,抗滑性能好,用于橋面鋪裝病害處治后的橋面加鋪優(yōu)勢明顯。

1 工程概況

位于G75蘭州至海口高速公路(廣西南寧至欽州段)的某大橋跨越欽江,建成于1997年9月,全長288.00 m。此路段于2017年改擴建時,對該橋保留舊橋結(jié)構(gòu),在舊橋兩側(cè)進行加寬處理;舊橋與拼寬橋梁間為上部結(jié)構(gòu)相連接,下部結(jié)構(gòu)不相連接,并于2019年10月建成通車。

橋梁上部結(jié)構(gòu)為7×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)工字梁(舊橋部分)+7×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁(拓寬橋梁部分)。下部結(jié)構(gòu)的原舊橋橋臺采用肋板式、明挖擴大基礎(chǔ),橋墩為薄壁墩、樁基礎(chǔ);拓寬橋梁的橋臺為肋式橋臺、樁基礎(chǔ);橋墩采用薄壁墩、樁基礎(chǔ)。

橋面鋪裝采用15 cm厚C50水泥混凝土,上部設(shè)1 cm表面微處理層及4 cm厚AC-13瀝青混凝土防滑層。該橋設(shè)計速度為120 km/h;舊橋部分設(shè)計荷載為汽車-超20級,掛車-120;拓寬橋梁為公路-Ⅰ級。橋面雙幅總寬2×22.35 m,單幅橋面凈寬19.5 m,典型斷面如圖1所示。

圖1 橋梁斷面圖(cm)

2 病害情況及原因分析

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果,橋面鋪裝的主要病害情況及產(chǎn)生原因分析如下。

2.1 橋面病害情況

左幅橋面鋪裝存在1道縱向裂縫,裂縫長度為2.0 m,寬度為0.80 mm;存在3道塊裂裂縫,面積總計19.79 m2;存在6道橫向裂縫,縫長合計為24.5 m,裂縫寬度為0.15～0.30 mm;存在2處網(wǎng)狀裂縫,面積總計為21.66 m2;存在2處破損坑槽,面積總計為57.47 m2。

右幅橋面鋪裝存在4道縱向裂縫,縫長合計為25.8 m,裂縫寬度為0.18～0.50 mm;存在2道塊裂裂縫,面積總計為7.38 m2;存在30道橫向裂縫,縫長合計為45.8 m,裂縫寬度為0.20～2.50 mm;存在4處網(wǎng)狀裂縫,面積總計為3.30 m2;存在5處破損坑槽,面積總計為1.96 m2。

綜合左右幅橋面病害情況,該橋主要病害為縱橫向裂縫、塊裂裂縫、網(wǎng)狀裂縫及破損坑槽。

2.2 病害成因分析

橋面鋪裝塊裂、網(wǎng)裂、坑槽等形成的主要原因是:受重載交通作用,橋面鋪裝層表面出現(xiàn)局部龜裂、網(wǎng)裂病害,若處理不及時,在長期雨水侵蝕與重車作用下,導(dǎo)致破損加大逐漸形成塊裂、坑槽。

橋面鋪裝縱向裂縫形成的主要原因是:新舊梁間建造時間相隔較長,存在不均勻沉降導(dǎo)致橋面鋪裝縱向開裂,且常在新舊梁的濕接縫處出現(xiàn)裂縫。

橋面鋪裝橫向裂縫形成的主要原因是:墩頂位置附近橋面鋪裝在移動荷載作用下處于受拉狀態(tài),當橋面鋪裝拉應(yīng)力超過抗力時發(fā)生開裂,但非墩頂處的橫向裂縫主要是由于橋面鋪裝混凝土溫度變化伸縮造成。

3 橋面加鋪設(shè)計

結(jié)合項目橋梁特點,根據(jù)橋梁的檢測及驗算評估結(jié)論,本著安全第一的原則,以經(jīng)濟合理、縮短交通影響及施工便捷為目的,采用適當措施消除橋梁安全隱患,確保橋梁運營安全。本文僅介紹對橋面病害的加鋪前維修處治,并對橋面進行加鋪設(shè)計。

3.1 加鋪前病害維修

橋面加鋪前須對開裂等病害進行維修處治,重點考慮抗反射裂縫和防止薄層推移。為了減少加鋪薄層罩面后路面的反射裂縫,橋面鋪裝病害處治方案為:對左右幅橋面鋪裝存在的裂縫進行灌膠處理,對破損坑槽進行局部修補;對右幅新舊橋梁交接處的混凝土破損進行挖除,并采用配筋進行維修加固處理。

3.2 加鋪方案比選

為了保證該橋的加鋪安全,分原鋪裝工況(15 cm鋼筋混凝土鋪裝+2 cm瀝青鋪裝面層)[8]和加鋪工況(原鋪裝+10 cm瀝青鋪裝面層)[9-10],分別按相應(yīng)規(guī)范進行荷載組合和驗算。驗算結(jié)果表明,各工況下,拼寬結(jié)構(gòu)及舊橋結(jié)構(gòu)主梁正截面抗彎強度及斜截面抗剪強度,在正常使用極限狀態(tài)采用階段應(yīng)力驗算,主梁撓度驗算均滿足規(guī)范要求,可以進行橋面加鋪設(shè)計。根據(jù)實際情況及考慮材料、施工等各方面情況,進行以下加鋪方案比對。

3.2.1 易密實高彈超薄磨耗層

易密實高彈超薄罩面(EMC)是一種用于改善路面抗滑性能、平整度、封閉路面裂縫和延長路面壽命的預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù),有EMC-10和EMC-13兩種級配。EMC-10采取易密實高彈改性瀝青和骨架密實型級配,施工和易性好,設(shè)計空隙率為3%～5%,高低溫性能均衡,抗反射裂縫能力優(yōu)異,構(gòu)造深度大,抗滑性能好。該橋計劃采用EMC-10,鋪筑厚度為2 cm。

3.2.2 加鋪2 cm復(fù)合封層

復(fù)合封層是碎石聯(lián)結(jié)層、碎石封層和微表處(或稀漿封層)相結(jié)合,鋪筑厚度為15～30 mm。有時為了提升其路用性能,常用纖維碎石封層或纖維微表處技術(shù)。復(fù)合封層表面密實,能防止石料早期脫落,同時具有防水和抗滑功能,可有效保護路面,減少路面病害的發(fā)生,延長道路使用壽命。

3.2.3 雙層超薄耐久性抗滑磨耗層

超薄耐久性抗滑磨耗層(TFC)利用專用乳液作為膠結(jié)料,以3～5 mm單一粒徑玄武巖作為集料,采用專用攤鋪設(shè)備實現(xiàn)一體化作業(yè),初步凝結(jié)后用鋼輪壓路機碾壓成型,雙層施工最終成型厚度約為1 cm。雙層TFC超薄耐久性抗滑磨耗層方案具有不損傷原橋面結(jié)構(gòu)、粘結(jié)牢固、美觀舒適等主要性能優(yōu)勢。

3.2.4 加鋪SMA-13瀝青罩面

根據(jù)橋面加鋪結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果,最大加鋪厚度為10 cm,因此為了提升加鋪罩面的使用壽命,可選擇更厚的瀝青罩面,比如加鋪2 cm厚AC-10瀝青應(yīng)力吸收層+4 cm厚SMA-13瀝青瑪蹄脂碎石。該方案可大幅提高橋面使用壽命(≥7年)及平整度,且抗滑性能優(yōu)良。但不足之處是加鋪后橋面標高抬升6 cm,現(xiàn)有的混凝土防撞墻高度無法滿足規(guī)范要求,需進行提升改造;由于加鋪厚度較大,橋面伸縮縫需拆除重做;養(yǎng)護成本高,工期長,對通行影響大。

3.2.5 經(jīng)濟技術(shù)綜合分析

由于該橋位于平陸運河航道上,受運河項目的影響,大橋在未來5年需要拆除重建,為避免拆除前需對橋面進行第二次養(yǎng)護維修,造成養(yǎng)護資金的浪費,本次橋面加鋪設(shè)計使用年限確定為5年。為了進行對比,下面就將四種方案的基本特性列出如下頁表1所示。

表1 方案比選表

從技術(shù)層面分析,最優(yōu)加鋪方案為加鋪2 cm厚AC-10+4 cm SMA-13,但若采用該方案,需同時對橋梁伸縮縫及混凝土護欄進行處理,項目投資及工期必將大增,故不建議采用該方案。雙層超薄耐久性抗滑磨耗層(TFC)加鋪厚度僅有1 cm,其抗反射裂縫能力較差,使用壽命僅有2～3年,拆除重建前很可能需要進行二次維修,且費用相對較高,因此也不建議采用。易密實超薄磨耗層EMC-10和復(fù)合封層相比,前者與橋面的粘結(jié)效果、抗反射裂縫能力、使用耐久性等更優(yōu),但其施工便易性及經(jīng)濟性略差,其他方面的技術(shù)經(jīng)濟指標,兩者大致相當,因此推薦采用易密實超薄磨耗層EMC-10作為本次加鋪方案。

根據(jù)以往的工程實例表明,傳統(tǒng)的乳化瀝青、改性乳化瀝青、熱瀝青用于水泥路面薄層加鋪工程中,其粘結(jié)能力表現(xiàn)明顯不足,常引發(fā)瀝青罩面推移或脫落等病害,因此建議本項目采用不粘輪的高強溶劑型粘結(jié)劑作為粘層材料。

3.3 設(shè)計要點

根據(jù)方案對比,結(jié)合大橋的現(xiàn)實狀況,以及國內(nèi)水泥橋面加鋪瀝青罩面技術(shù)的研究成果,在對原橋面病害進行徹底處治的基礎(chǔ)上,確定本項目的橋面加鋪設(shè)計要點如下[11],具體詳見圖2。

(a)正常路段

(1)對原路面進行精銑刨,銑刨深度為1.0 cm,橋面伸縮縫兩側(cè)2 m范圍內(nèi)的銑刨深度為1～2 cm,以提高水泥路面平整度,并為加鋪超薄罩面提供平整粗糙界面,增強原橋面與加鋪層層間粘結(jié)。

(2)采用抗裂貼對處治后的后澆帶進行貼縫處理,從而起到橋面封水和提高加鋪層抗反射裂縫能力的作用,其中抗裂貼的寬度為33 cm。

(3)撒布高粘結(jié)力的高強型溶劑粘結(jié)劑0.3～0.5 kg/m2,作為界面粘結(jié)劑,提高超薄罩面與基面間的界面粘結(jié)效果,防止超薄罩面在使用過程中發(fā)生推移。

(4)加鋪2.0 cm易密實高彈超薄磨耗層EMC-10,為大橋橋面提供平整、舒適、抗滑的磨耗層。對全線標線和反光突起路標進行恢復(fù),保障交通安全。

4 加鋪施工技術(shù)要求

4.1 易密實高彈超薄磨耗層施工

易密實高彈改性瀝青采用易密實高彈改性劑和SBS改性瀝青進行配制,其中,易密實高彈改性劑摻量根據(jù)試驗確定,粗集料采用5～10 mm輝綠巖碎石,細集料采用0～3 mm輝綠巖機制砂,技術(shù)指標必須滿足規(guī)范要求。易密實高彈改性瀝青應(yīng)滿足表2所列的技術(shù)要求。

表2 易密實高彈改性瀝青技術(shù)指標要求表

EMC-10易密實高彈薄層罩面混合料的性能要求如表3所示,馬歇爾試件尺寸為φ101.6 mm×63.5 mm。EMC-10的油石比通常為5.4%～5.8%,具體根據(jù)配合比試驗確定。

表3 EMC-10易密實高彈薄層罩面性能要求表

4.2 高強型溶劑粘結(jié)劑施工

采用不粘輪的高強型溶劑粘結(jié)劑作為粘層,原材料應(yīng)滿足表4所列技術(shù)要求[12],并具有符合要求的路用性能。粘結(jié)層的撒布量應(yīng)保證路面瀝青膜厚度均勻,并在一定時間內(nèi)完全干燥,推薦用量為0.3～0.5 kg/m2。

表4 溶劑型粘結(jié)劑的主要技術(shù)要求表

4.3 精銑刨施工技術(shù)

精銑刨時應(yīng)按確定好的銑刨面積、銑刨深度沿行車方向逐刀進行,銑刨設(shè)備應(yīng)采用多點找平進行施工。采用精銑刨的刀頭個數(shù)為336或672,銑刨速度應(yīng)控制在8～15 m/min,銑刨深度為5～10 mm。對未銑刨到的邊角部位,采用人工進行修整;在橋梁伸縮縫與路面連接處,應(yīng)在伸縮縫兩側(cè)至少預(yù)留10 cm寬的區(qū)域不銑刨。銑刨面要采用設(shè)備清掃,以確保銑刨裸露面潔凈、干燥,且銑刨面外觀、寬度、深度等要符合要求。

5 結(jié)語

基于某橋梁橋面檢測的病害情況,本文提出在對病害進行處理的基礎(chǔ)上,采用易密實高彈超薄磨耗層施工對橋面進行加鋪,得到主要研究結(jié)論如下:

(1)改擴建橋梁由于新舊橋橋面連接但下部結(jié)構(gòu)不連接,橋面鋪裝較易出現(xiàn)裂縫、坑槽等病害,必須分析其原因并采取合理的處治技術(shù)。

(2)分析對比表明,采用2 cm厚度的 EMC-10易密實高彈改性瀝青方案對該橋橋面進行加鋪經(jīng)濟合理、施工方便、針對性強,但必須要采用高強型溶劑粘結(jié)劑作為粘層,并對原混凝土橋面進行精銑刨。

(3)施工檢測及跟蹤觀測數(shù)據(jù)表明,該橋利用EMC-10進行橋面加鋪具有良好的抗車轍性能、抗滑穩(wěn)定性及良好的排水性能,處理效果良好。