超薄沥青磨耗层在桥梁养护中的应用

陶 刚

（安徽开源路桥有限责任公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

在桥梁养护中，利用常规沥青混合料加铺层在使用过程中会受到自重过大的影响，而先铣刨再加铺技术虽然可以提高路面的摩擦力，能够解决浅层表面病害，但是会产生大量废料，成本相对也高。如果在桥梁结构中采用常规的预防性养护措施，其使用寿命通常不超过4年[1-2]。同时，由于当前重载荷交通量呈现不断上升的趋势，桥面沥青层老化程度日益增长，并且立交桥桥头纵坡较大、存在弯道，重型货车下坡时受弯道、交叉口的影响，须进行刹车并减速，荷载作用时间长，沥青面层内部剪应力增大，剪应力作用深度大，剪切变形大，桥面结构更易产生车辙，耐久性降低，因此导致桥梁出现了多种严重的病害问题，例如坑槽、车辙以及不均匀沉降等[3]。这些问题降低了桥梁的使用性能，并使路面抗滑稳定性、摩擦系数向不利的方向发展，不能保障车辆行驶的安全。如果针对这些桥梁采用更合理、有效的养护方法，不仅可以提高桥梁的安全性，同时能够在更短的时间内恢复桥梁的路用性能，延长桥面使用寿命。基于此，该文对超薄沥青磨耗层在桥梁养护中的应用进行研究。

1 工程概况

S245利辛段起点为涡阳县与利辛交界处，起点桩号K51+000，沿老路经江集镇、刘家集乡至利辛县城，沿利辛县外环布线，向南经茨淮新河大桥进入阚疃镇后，向西南侧布线经板集、展沟镇，终点位于S245利辛与颍上县交界处，终点桩号K90+050，路线全长约39.0km。该项目为桥梁预防性养护工程[4]，涉及桥梁两座，江集公跨铁立交桥，桥梁中心桩号K58+877，跨越青阜铁路，桥梁全长582.0m，为单幅桥，跨径组合为（7×25+30+7×25）m。桥面全宽13m，净宽12m，桥梁设计荷载等级为公路-Ⅰ级，桥梁养护等级为Ⅱ级，于2010年建成通车，桥梁上部结构为预应力混凝土空心板梁，每跨布置12片梁。西淝河大桥，桥梁中心桩号K98+298，跨越西淝河，桥梁全长90.0m，为单幅桥，跨径组合为7m×12m。桥面全宽13m，净宽12m，桥梁设计荷载等级为公路-Ⅱ级，于2008年建成通车，桥梁上部结构为预应力混凝土空心板梁，每跨布置12片梁。由于该项目交通繁忙、车流量大，因此管理单位在日常巡查过程中应检查桥梁的使用情况，对该项目桥梁检查发现的问题及时进行养护维修，减少对桥梁正常使用寿命的影响，从而改善其使用性能。

该项目为单点工点工程，即对日常巡查过程中发现的某个问题及时养护维修，在接到任务后积极组织技术人员按项目要求对现场进行了详细地调查，并征求管理单位相关部门的意见，确定本次设计范围如下：1）更换桥梁伸缩缝。2）桥梁护栏维修设计。3）桥面铺装层养护。对桥梁存在的病害问题进行分析并记录，见表1。

表1 桥梁病害分析表

针对上述存在的病害问题，对其进行桥梁养护施工。

2 桥梁养护

2.1 施工工序

施工工序如下：选择施工原材料→设计原材料配比→病害处理→填充裂缝→分段施工。

2.2 超薄沥青磨耗层技术概况

20世纪70年代，法国发明了超薄沥青磨耗层技术，其是一种将乳化沥青与沥青混合料结合利用的工艺[5]。其主要目的是修复沥青混凝土桥面的表层功能，增强桥面的摩擦力。在使用过程中将集料、沥青、矿粉等施工材料进行混合配比，通过同步摊铺设备对沥青混合料进行摊铺，再由压路机静压，以此完成施工。超薄沥青磨耗层技术的优越性如下。

2.2.1 施工所需成本较低

在水泥桥面的改造施工中，每平方米可节约100元的开销。

2.2.2 施工废弃料少

对比先铣刨再加铺技术易产生大量废料，超薄沥青磨耗层技术在施工时，每公里的铣刨废料可减少约1000吨。

2.2.3 施工所需石料少

对比4cm先铣刨再加铺技术，超薄沥青磨耗层技术每公里可节约600吨石料，间接减少了施工费用。

2.2.4 施工效率高

超薄沥青磨耗层技术的施工速度可达到500 m/h，施工效率提升了70%。

2.2.5 施工设备少

超薄沥青磨耗层技术在施工时不需添加额外的设备，只需常规的施工设备就可以完成摊铺任务。

2.2.6 桥面耐久度高

截至2015年，超薄沥青磨耗层技术已累计应用于1000万m2的路面和桥面的施工中，使用寿命为6～8年。

通过以上分析可知，超薄沥青磨耗层技术不仅可用在新桥梁面的防滑层，预防路面的轻微病害，还可以修复旧桥面的中等病害。且超薄沥青磨耗层技术的黏结强度大、耐久性能好，可应用于多种不同路面中，解决桥面中的麻面、坑槽、车辙、拥包、裂缝等病害，在增加桥面强度的同时，延长桥面的使用寿命。

2.3 超薄沥青磨耗层原材料及混合料选择

在对上述工程项目中的桥梁进行养护时，需要明确施工中所需的各类原材料，其中包括集料、改性乳化沥青、纤维以及抗剥落剂等。针对该文上述工程项目，在对其超薄沥青磨耗层施工时，采用符合沥青路面面层骨料性能的碎石骨料，其强度、硬度、颗粒形状、磨光性能都应满足设计要求[6]。

针对上述老旧桥梁，在对其进行养护施工时，应选择具有良好黏附力和喷射破乳性的改性乳化沥青密封胶。在选用改性乳化沥青材料时，必须充分考虑施工环境温度和湿度对石料的影响，如果施工环境温度较高、湿度较低、选用的石料为碱性，就采用阴离子型乳化沥青；如果温度较低、湿度较高、选用的石料为酸性，就宜采用阳离子型乳化沥青[7]。同时，如果需要进行养护的桥梁粗糙程度越高，则需要选择更多的改性乳化沥青材料。

在选择纤维材料时，由于该工程采用喷射、无捻粗砂的方法进行施工，因此采用卷筒式纤维盘进行包装。在该项目中，采用的纤维材料的规格分别为30 mm、60 mm和120 mm的纤维材料。其中，长度为60 mm的纤维材料在施工中具备更理想效果，但成本相对较高，因此需要根据该项目施工条件，对三种规格纤维材料进行合理选择[8]。在养护施工中，针对现场施工情况，合理选择抗剥落剂可以有效地解决只有弱酸性和酸性的集料问题，中和施工材料酸碱度，降低酸性物质对桥梁的损坏影响。

2.4 施工材料配合比设计

在明确该养护施工中所需的各类原材料后，对配合比进行设计，设计过程中要围绕摊铺层的厚度，选择适合的施工材料配合比，力求摊铺厚度保持一致。本次设计超薄沥青层厚度采用1.8 cm，施工材料配合比见表2，改性沥青技术要求见表3。

表2 超薄沥青磨耗层路面混合料级配范围表

表3 超薄沥青磨耗层改性沥青技术要求

其中推荐油石比范围6.0～7.0%，纤维用量0.0～0.3%。

按照表2中所示的数据，完成对施工材料配合比的设置。除此之外，采用表面粗糙、质地坚硬、形状类似立方体且直径大于2.36mm的破碎石料作为粗集料；选用无杂质、无风化、洁净干燥、且直径小于2.36mm的精制石粉作为细集料，提高与沥青的黏结性。在此基础上，将石灰岩等憎水性石料磨细后，作为施工材料的填料。在层厚不同时，可适当增减油石比例，使桥面的防水效果和强度达到稳定状态。在对超薄沥青磨耗层施工时，需要根据施工情况适当增加纤维用量。该设计可提高桥面的平整性、抗滑性和降噪性能，并具有良好的低温抗开裂、高温抗车辙、抗疲劳性能与抗水损害能力。

2.5 原桥梁沥青混凝土路面预处理与施工

在完成对施工材料配合比的设置后，必须将该桥梁原有存在的病害问题，例如麻面、坑槽、车辙、拥包、裂缝等，进行全部开挖并进行填充，以保证桥面的承载力，提高养护效果，增加超薄沥青磨耗层的使用寿命。当车辙深度超过12mm、裂缝宽度超过6mm时，必须用填缝剂填充；如果车辙的深度未达到12mm，或裂缝的宽度没有超过6mm时，则不需要预先处理。在施工之前，要对原有的桥面进行全面的清理，不得有沙砾、碎石等对黏合性能产生影响的杂质，并处理好桥面上的积水，以提高桥面与超薄沥青磨耗层的黏合效果。在完成对原路面的预处理后，需要通过对试验段施工的方式，确定该养护施工方案实施的可行性。在试验段施工中，确定纤维、矿粉、粗集料、细骨料、沥青等施工材料的使用量以及所需的施工设备。施工前要对设备进行严格检查，确保所有施工参数以及施工效果均达到设计要求时，才能按照确定的方案内容正式施工[9]。在获得试验测试数据基础上，确定该养护施工项目中需要用到的设备包括一台路面清扫机、一台规格为8t的钢轮压路机、1台10m3规格砂石撒料机。采用刮刀对搅拌材料的铺面进行严格的控制，并对超黏、磨耗纤维封层施工机械的转速进行合理设置，根据该养护施工项目，将其运行速度控制在8m/min～10m/min。在施工过程中，要加强对超薄沥青磨耗层的工艺控制，定期安排人员对超薄沥青磨耗层铺面进行测量，并及时做出调整，以确保铺面厚度均匀。

2.6 基于超薄沥青磨耗层的长距离养护施工

超薄沥青磨耗层技术在施工过程中，主要优化了混合材料的配合比、摊铺工艺和碾压方式。采用8t的钢轮压路机和10m3规格砂石撒料机同步作业的方式，实现高效、不间断地摊铺施工，提高施工效率和桥面的强度。超薄沥青磨耗层施工过程如下。

混合料拌和与运输：超薄沥青磨耗层施工采用软化点超过100℃的高黏特种改性沥青作为主要材料，增加了拌和工艺的难度。为更好地控制混合料级配，筛网配置一般包括0～3mm，3～6mm，6～11mm，11～17mm 4个等级。改性沥青的储存温度应在160℃以上，在进行混合料拌和时，温度须控制在190℃左右，按照集料、沥青、矿粉的次序加料，出料温度应高于180℃，但不能超过195℃。严格按照上述方法进行拌和后，混合料中均未发现析漏、离析和花白等质量问题，符合桥面长距离养护施工的要求。因混合料中的粗集料较多，而细集料较少，导致混合料在运送过程中降温较快，所以应采取棉被覆盖等措施，保证运送车辆的温度。

混合料的摊铺过程：在进行摊铺前，需根据摊铺厚度与宽度，对超薄沥青磨耗层的纤维封层设备运行参数进行合理设置，其中包括碎石撒布量、喷洒量等，直到达到预期的使用效果，开展长距离养护施工。其中，摊铺温度应在（160±10）℃左右，摊铺设备的施工速度控制在8m/min～10m/min，松铺系数约在1.05～1.1。将热沥青混合料摊铺于改性乳化沥青之上，在施工过程中，桥面需保持干燥，施工现场气温应高于10℃。

混合料的碾压过程：当桥面温度降到90℃时，进行混合料的碾压工作。在碾压时，砂石撒布机必须紧跟在光纤密封装置后面，速度必须与光纤密封装置相一致，在进行沥青破碎前，必须严格按照设计要求及时洒下碎石，再用10t胶轮压路机进行2～3次粉碎，碾压速度不能超过2km/h，碾压温度须控制在150 ℃以上。在超黏型磨耗沥青路面养护工作完成，热拌沥青混凝土自然降温到50℃时，才能向公众开放。在该项目养护段超薄沥青磨耗层施工完成后，必须对其进行二次养护和加固。在完成上述养护施工后，对养护效果进行分析。

3 养护效果分析

在养护施工后，对施工段桥梁的构造深度、抗滑等参数进行记录，将施工段按照桩号划分为五个区域：分别为K98+253+K98+298～K58+736（A分段）、K58+586～ K58+736（B分段）、K58+736～ K58+886（C分段）、K58+886～ K59+036（D分段）、K59+036～ K59+186（E分段）。

并将各个分段施工参数与该桥梁养护施工项目中的养护标准要求对比，得到的结果见表4。

从表4中得到的数据看出，在应用该文提出的养护施工方案后，该桥梁各个分段的构造深度控制在1.21mm～1.65mm，抗滑均超过50BPN。对养护效果进行分析可知，将超薄沥青磨耗层应用于对桥梁的养护中，可以明显地改善沥青路面的构造深度，提高抗滑性能，从而达到良好的养护效果。

表4 桥梁养护施工后效果记录分析表

4 结语

将桥梁养护作为研究对象，将超薄沥青磨耗层应用到具体桥梁养护施工项目中，实现了对该结构层在养护施工中应用可行性的验证。将上述提出的施工方案应用于实际，能够有效修复并加固与再生处理沥青路面，提高桥面的摩擦系数和防水功能，同时高效、污染少、零废弃以及减少施工成本。在养护中，对交通繁忙路段由于施工速度快极大降低施工中对居民出行干扰，提高施工安全性。

在具体施工中，除了需要严格按照上述施工操作外，还应在选择施工材料和设备时，选用符合施工要求的，同时在确定具体养护方案后，还需要制定相应的交通组织管理方案，以此避免桥梁在施工中出现交通安全问题，更快速地提高桥梁路用性能。