瀝青混凝土橋面鋪裝粘結(jié)層受力分析及施工控制要點(diǎn)

劉淑娟

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

1 瀝青混凝土橋面鋪裝破壞機(jī)理分析

普通半剛性水穩(wěn)基層上鋪筑瀝青混凝土面層，路面在車輛荷載的瞬時(shí)作用下沉降很小，路面與基層結(jié)合面的周到剪應(yīng)力、拉應(yīng)力也很小，荷載作用點(diǎn)前后的瀝青混凝土可視為無限體，有足夠的抗推能力，所以結(jié)合面不會(huì)受剪脫開。

瀝青混凝土橋面鋪裝作為橋梁的附屬結(jié)構(gòu)，其功用表現(xiàn)為：保護(hù)混凝土橋面、避免與車輪直接與接觸、減緩混凝土行車道板磨損;分布車輪壓力、減少荷載對橋面板的作用力;保護(hù)混凝土橋面板及主梁、防止混凝土及鋼筋的腐蝕;提高行車的舒適度;增加了橋梁美觀。橋面上的瀝青混凝土鋪裝在車輛荷載作用下?lián)锨冃屋^大，車輛駛離后又彈起，產(chǎn)生震動(dòng)，使瀝青混凝土與水泥混凝土結(jié)合面產(chǎn)生交變剪應(yīng)力，使其抗剪疲勞強(qiáng)度降低，且瀝青混凝土鋪裝層越厚剪力越大。瀝青混凝土橋面鋪裝指橋面板采用水泥混凝土，橋面鋪裝采用瀝青混凝土，中間加鋪粘結(jié)層。所以橋面鋪裝質(zhì)量的好壞將直接影響到橋梁整體的質(zhì)量和耐久性。由于兩種混凝土材料性能存在差異，往往鋪裝層與混凝土橋面板間最大剪應(yīng)力比鋪裝上、下層間剪應(yīng)力大很多，鋪裝層的破壞很大程度上源于鋪裝層與橋面板粘結(jié)層的抗剪強(qiáng)度不足。粘結(jié)層在疲勞荷載作用下，層間累計(jì)應(yīng)變之差達(dá)到峰值后，層間出現(xiàn)較大滑移，成為橋面鋪裝破壞的主要原因。

2 粘結(jié)層受力分析

2.1 建立模型

采用ANSYS有限元軟件進(jìn)行分析，瀝青混凝土橋面鋪裝由上面層(厚度5 cm，彈性模量1 500 MPa，泊松比0.25，AC-13細(xì)粒式瀝青混凝土)、下面層(厚度5 cm，彈性模量1 500 MPa，泊松比 0.25，AC-16 中粒式瀝青混凝土)、粘結(jié)層(厚度 1 cm，彈性模量 200 MPa，泊松比 0.3，SBS改性瀝青)構(gòu)成，橋面板(厚度300 cm，彈性模量30 000 MPa，泊松比0.25，C50水凝混凝土)。

輪胎接地面積簡化為矩形，長 0.6 m，寬 0.2 m，壓強(qiáng)0.58 MPa。采用雙圓等效均布荷載，橋梁縱向加載位置分別在L、L3/4、L/2、L/4、0(L 為梁計(jì)算跨徑，取30 m)，橫向加載位置分別由道路中心線向翼緣端每個(gè)1.0 m，共計(jì)5處，對稱的作用在25個(gè)等效節(jié)點(diǎn)上，網(wǎng)格劃分密度為2 cm×2 cm的單元。

材料特性以及模型的結(jié)構(gòu)特性作以下假定：

(1)各層是連續(xù)的、均質(zhì)的、各向同性線彈性材料，位移和形變是微小的。

(2)水泥混凝土橋面板及瀝青混凝土鋪裝層的自重及撓度忽略不計(jì)。

(3)層間接觸完全連續(xù)，層間僅豎向應(yīng)力和位移連續(xù)而無摩阻力。

(4)橋梁的兩端橫斷面進(jìn)行全部自由度約束。

圖1 等效節(jié)點(diǎn)力

圖2 荷載位置示意圖

2.2 加載及數(shù)據(jù)處理

荷載參數(shù)取值Bzz-100，半徑R為10.56 cm，當(dāng)量圓圓心距為3R，摩擦系數(shù)取0.5，荷載集度為 P 分別取0.80 MPa、1.0 MPa、1.3 MPa。通過ANSYS計(jì)算得，面層模量變化時(shí)的最不利荷載剪應(yīng)力見表1，最不利位置處荷載與剪應(yīng)力的關(guān)系見圖3。

圖3 最不利位置處荷載與剪應(yīng)力的關(guān)系

表1 最不利荷載剪應(yīng)力

2.3 結(jié)果分析

以上示例中，橋面鋪裝剪切破壞主要存在于鋪裝層上、下面層和鋪裝層與橋面板層間，主要表現(xiàn)為剪應(yīng)力超過了鋪裝材料的抗剪強(qiáng)度，使鋪裝層內(nèi)產(chǎn)生剪切破壞。每個(gè)加載位置處鋪裝層的縱向拉應(yīng)力總比橫向拉應(yīng)力大，鋪裝層出現(xiàn)的開裂破壞主要是由于縱向拉應(yīng)力引起的橫橋向裂縫。鋪裝層與橋面板之間的剪應(yīng)力大于鋪裝層上、下面層之間的剪應(yīng)力，跨中位置撓度最大。故粘結(jié)層是瀝青混凝土橋面鋪裝的受力薄弱環(huán)節(jié)，是施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

3 施工控制要點(diǎn)

3.1 提高水泥混凝土橋面板表面粗糙度

水泥混凝土橋面板經(jīng)振實(shí)、抹平、收漿工藝處理，干燥后表面易產(chǎn)生浮漿，會(huì)降低粘結(jié)力。施工前必須對水泥混凝土橋面板做好拉毛處理，使其表面變得粗糙，能有效提高層間的嵌鎖力和摩阻力。主要措施有人工鑿毛、施工期拉毛、刻槽、洗刨機(jī)洗刨、露石處理、噴砂打毛，其中洗刨機(jī)洗刨工作效率高，施工進(jìn)度快，界面處理深度較大，操作簡單，使用效果好。

3.2 選用優(yōu)質(zhì)粘結(jié)材料

作為瀝青混凝土橋面鋪裝粘結(jié)層須具有良好的抗剪性能、耐高溫性能、延伸性能。瀝青混凝土橋面鋪裝粘結(jié)層材料基本上可以分為涂膜類和卷材類兩大類。防水卷材相互搭接、多塊拼接，影響美觀，存在密封不嚴(yán)和漏水的隱患，維修困難，價(jià)格昂貴，一般不使用。涂膜類極易滲入水泥混凝土毛細(xì)孔中，修復(fù)水泥混凝土微小缺陷，粘結(jié)界面形成牢固的釘子效應(yīng)，能有效防止脫層、推移病害的產(chǎn)生，其中改性瀝青深受歡迎。

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［1］王琦.瀝青混凝土橋面鋪裝剪切試驗(yàn)研究［J］.北方交通，2009，(3).

［2］曾建民，李長安.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在瀝青路面性能預(yù)測中的應(yīng)用［J］.中外公路，2009，(4).

［3］鄧學(xué)鈞，路基路面工程［M］.人民交通出版社，2000.

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