水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝的綜合技術(shù)研究

曹德金

（無錫市公共工程建設(shè)中心，江蘇 無錫 214031）

0 前言

在公路工程建設(shè)中，橋梁是重要組成部分之一，例如，江蘇省目前部分高速公路中橋梁總長占到路面總長的10%～15%。橋梁的使用狀況可以影響整個公路的交通質(zhì)量。水泥混凝土橋梁是常見的公路橋梁形式之一，目前的水泥混凝土橋梁一般采用雙層瀝青混凝土鋪裝，其結(jié)構(gòu)與路面中上面層相同。但是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、施工控制及車輛、環(huán)境等因素的綜合作用，橋面鋪裝層仍存在較多坑槽、車轍、推移等病害[1]，不僅降低了橋面的使用品質(zhì)，而且增加了養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，甚至可能縮短橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命[2]。從橋面鋪裝體系來看，橋面的使用環(huán)境比路面更加的苛刻，比如橋面日均年均溫差都較大，橋體振動明顯等等。加上橋面瀝青鋪裝較瀝青路面更薄，因此橋面鋪裝更加容易損壞。因此，橋面鋪裝需要考慮比常規(guī)路面鋪筑更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)方案、材料選擇、施工控制的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

近年來，針對橋面鋪裝存在的諸多問題，做了很多研究，并取得了一定的成果。例如總結(jié)了橋面鋪裝的主要破壞類型和病害特征，提出了橋面鋪裝合理厚度，瀝青混合料的鋪裝結(jié)構(gòu)和材料標(biāo)準(zhǔn)，防水層的力學(xué)指標(biāo)和構(gòu)造要求等等。依據(jù)這些要求的提出，一些新型的鋪裝結(jié)構(gòu)形式和鋪裝新材料不斷涌現(xiàn)，包括雙層SMA，倒裝結(jié)構(gòu)，橡膠瀝青SAMI防水粘結(jié)層等[3]。

1 國外橋面鋪裝技術(shù)

由于橋面鋪裝承受了交通荷載和自然環(huán)境的綜合影響，使用條件嚴(yán)酷，因此成為各國道路橋梁技術(shù)人員努力探討的重要課題。針對橋面鋪裝的功能性及結(jié)構(gòu)性的要求，各國根據(jù)實(shí)際情況開展了大量的研究，取得了許多科研成果。一些發(fā)達(dá)國家還結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，制定了相應(yīng)的橋面鋪裝專用防水層材料供貨技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)和施工指南或規(guī)范。

在國外，部分國家和地區(qū)與我國相似，采用瀝青混凝土作為橋面鋪裝，其結(jié)構(gòu)類型包括防水層和瀝青混凝土面層。歐美混凝土橋面一般鋪設(shè)防水層或防水系統(tǒng)，大多采用雙層式（防水層+面層）或三層式（防水層+中間層+磨耗層）鋪裝，總厚度為4～10 cm或更厚。在對防水系統(tǒng)的選擇上，因?yàn)閷Σ煌浪牧系氖褂媒?jīng)驗(yàn)和技術(shù)存在差異，有的國家偏重于使用卷材，而有些國家則偏重于使用涂膜類防水層。日本、德國、美國等國家基本形成了各自的鋪裝體系和典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[4]。

1.1 德國的混凝土橋橋面鋪裝

德國的橋面鋪裝注重結(jié)構(gòu)層次功能和防水效果，鋪裝體系由防水層、保護(hù)層和面層組成。在德國鋼橋面鋪裝規(guī)范中，澆筑式瀝青混凝土用于鋪裝下層，上層可以采用澆筑式瀝青混凝土、改性瀝青SMA，其典型結(jié)構(gòu)如表1所列。

表1 德國混凝土橋橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)一覽表

1.2 日本的混凝土橋橋面鋪裝

日本的混凝土橋橋面鋪裝中，下層采用粗粒式/細(xì)粒式瀝青混凝土，鋪裝上層采用密級配瀝青混凝土/細(xì)粒式瀝青混凝土/排水性鋪裝層，見表2所列。

表2 日本混凝土橋橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)一覽表

1.3 美國的混凝土橋橋面鋪裝

美國混凝土橋橋面鋪裝多采用水泥混凝土鋪裝，較少采用瀝青類鋪裝層。近年來部分橋梁采用薄層樹脂類材料作超薄磨耗層，提高整個混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

表3為德國和日本橋面鋪裝的對比，可以看出在防水系統(tǒng)上，德國除了考慮環(huán)氧樹脂和防水卷材的防水粘結(jié)層還使用了澆筑式瀝青混凝土層來增加防水的效果，而日本技術(shù)中除了采用粘結(jié)層和防水層之外，還在鋪裝上層設(shè)置了排水性的鋪裝層。說明了國外在瀝青鋪裝中充分考慮到了防排水的重要性。

表3 德國和日本水泥混凝土橋面鋪裝對比一覽表

2 國內(nèi)橋面鋪裝技術(shù)

我國對橋面鋪裝技術(shù)的研究起步較晚，主要是借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)。《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中對橋面鋪裝只簡單地提了一些要求，至于具體設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法幾乎是空白，使得橋面鋪裝設(shè)計(jì)無章可循、各行其是，相當(dāng)一部分橋面不作專門的鋪裝設(shè)計(jì)。我國目前高速公路普通水泥混凝土橋梁橋面采用瀝青混凝土橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)基本與路面的瀝青混凝土結(jié)構(gòu)相同，主要結(jié)構(gòu)為：

（1）粘層（乳化瀝青、改性乳化瀝青、熱融改性瀝青等）＋橋面鋪裝下層（AC-20、SUP-20等）＋橋面鋪裝上層（AC-13、SMA13等）；

（2）涂膜防水層或卷材防水層＋橋面鋪裝下層（AC-20、SUP-20等）＋橋面鋪裝上層（AC-13、SMA13等）。

對于特殊的大型混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，則主要考慮改性瀝青SMA、澆注式瀝青混凝土和纖維加筋混凝土，同時也更加重視橋面板的處理和防水粘結(jié)層的設(shè)計(jì)、使用。橋面板的有效處理對鋪裝層的粘結(jié)至關(guān)重要，目前大型混凝土橋橋面板多采用人工鑿毛＋電動鋼絲刷清理，或者采用噴砂處理，部分省份已強(qiáng)制要求混凝土橋橋面鋪裝必須采用噴砂進(jìn)行處理，對提高界面的潔凈程度，提高粘結(jié)層的粘結(jié)強(qiáng)度有一定的效果。

防水粘結(jié)層材料也從最初的乳化瀝青、改性乳化瀝青、橋面專用防水涂料（如FYT）等材料向性能更好的粘結(jié)材料發(fā)展，比如采用一些熱噴改性瀝青、橡膠瀝青以及環(huán)氧類粘結(jié)劑等。

對于鋪裝層材料，則多采用普通改性瀝青混合料、改性瀝青SMA，同時也有采用摻加纖維的改性瀝青混合料提高高低溫抗裂性能，采用澆筑式瀝青混凝土來提高橋面的防水能力和抗疲勞性能[5-6]。目前，普遍來說在橋面鋪裝中全部采用改性瀝青的觀點(diǎn)已經(jīng)得到認(rèn)可。如：汕頭海灣大橋是一座預(yù)應(yīng)力混凝土懸索橋，下層采用SMA16調(diào)平、上層采用SMA13罩面；福州市三縣洲閩江大橋是預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，采用雙層丁苯橡膠改性瀝青SMA鋪裝，結(jié)構(gòu)層為：粘結(jié)防水層+3 cm SMA9.5下鋪裝層+5 cm SMA16上鋪裝層。國內(nèi)首座跨海大橋——東海大橋采用了下層澆注式瀝青混凝土上層SMA的鋪裝結(jié)構(gòu)方案。

國內(nèi)水泥混凝土橋橋面鋪裝設(shè)計(jì)和研究最為典型的有東海大橋、杭州灣大橋和青島海灣大橋，三座大橋水泥混凝土橋面長度均超過30 km，鋪裝面積超過70萬m2。其中前兩座大橋氣候、交通條件較為接近，但分別采用了不同的橋面鋪裝方案，從目前使用狀況看，兩座大橋的橋面鋪裝使用均較好。青島海灣大橋部分路段采用了復(fù)合式的防水粘結(jié)層體系，部分路段引進(jìn)了歐美的防水卷材防水體系，鋪裝層厚度較厚。

表4為國內(nèi)長大橋的橋面鋪裝形式，可以看出水泥混凝土橋梁的橋面鋪裝，防水粘結(jié)層形成了以熱噴改性瀝青，橡膠瀝青為主，進(jìn)口防水卷材類為補(bǔ)充的結(jié)構(gòu)形式。鋪裝結(jié)構(gòu)形成了雙層SMA為主要形式，澆筑式下面層為補(bǔ)充的結(jié)構(gòu)形式，并且橋面板通過界面處理，形成干燥、潔凈的表面。

表4 國內(nèi)長大橋水泥混凝土橋面鋪裝研究應(yīng)用現(xiàn)狀一覽表

江蘇省從2001年開始，開展了多項(xiàng)水泥混凝土橋面的研究，包括《水泥混凝土橋面防水粘結(jié)體系的試驗(yàn)研究》，《五河口大橋橋面瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)組合研究》，《長大橋?yàn)r青混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)形式及施工工藝研究》，《水泥混凝土橋面雙層SMA鋪裝技術(shù)應(yīng)用研究》，《水泥混凝土橋梁瀝青混凝土橋面鋪裝通病防治技術(shù)研究》等。

3 總結(jié)

（1）我國橋面鋪裝體系研究滯后于交通建設(shè)的發(fā)展。

上世紀(jì)80年代以來，我國公路交通得到了迅速的發(fā)展，建設(shè)水平不斷提高。SMA、Superpave等新材料、新工藝在瀝青路面上得到了廣泛應(yīng)用，取得了良好的效果，瀝青路面早期損害問題得到了較好的解決。但對橋面鋪裝的科研投入不足，沒有形成符合國情的橋面鋪裝體系和施工指南。多條高速瀝青路面的早期破壞調(diào)查表明，橋面鋪裝的早期損害要成倍高于公路瀝青面層。橋梁作為公路交通系統(tǒng)的一個重要組成部分，鋪裝層的損壞必然會降低其通行能力，引起瓶頸效應(yīng)，影響整個公路交通的服務(wù)水平。因此，必須加強(qiáng)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)、材料和施工工藝的研究，提高橋面鋪裝質(zhì)量，使之與公路交通系統(tǒng)的建設(shè)水平和使用要求相適應(yīng)。

（2）水泥混凝土橋梁橋面鋪裝的研究落后于鋼橋面鋪裝。

我國目前橋面鋪裝的研究主要是針對鋼橋面，并取得了一定的成果，而對水泥混凝土橋梁橋面鋪裝的研究較少。相當(dāng)一部分混凝土橋直接采用路面中上面層作為橋面鋪裝，無法適應(yīng)橋面鋪裝嚴(yán)酷的使用要求，且病害嚴(yán)重。事實(shí)上，我國公路橋梁主要是水泥混凝土橋面板，只有一些特大跨徑的橋梁才采用鋼結(jié)構(gòu)，水泥混凝土橋梁在公路系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，相比而言，其使用質(zhì)量會對整個公路系統(tǒng)的運(yùn)營產(chǎn)生更大的影響，因此，必須重視水泥混凝土橋梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的研究。

（3）水泥混凝土橋梁橋面鋪裝形式的選擇要因地制宜。

每種橋面鋪裝形式都有其性能特點(diǎn)和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)要求，要結(jié)合氣候、交通、橋梁結(jié)構(gòu)等方面，在綜合考慮各種影響因素的基礎(chǔ)上，選擇適合本地區(qū)的橋面鋪裝形式。雙層SMA、下層澆注＋上層SMA或者改性瀝青密級配、下層改性瀝青加筋混凝土＋上層SMA等結(jié)構(gòu)形式均可以滿足橋面鋪裝的使用要求，關(guān)鍵是因地制宜，綜合比較。

[1]張占軍，胡長順，王秉剛.水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究[J].中國公路學(xué)報(bào),2001,（1）:56-59.

[2]陳攀，潘寶林.水泥混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[J].交通運(yùn)輸,2012,(7):177-179.

[3]陳瑞.淺談瀝青混凝土橋面鋪裝[J].山西建筑，2007，33，(24)：15-19.

[4]張占軍,王虎,胡長順，等.水泥混凝土橋面瀝青鋪裝及防水層荷載彎曲應(yīng)力分析[J].中國公路學(xué)報(bào),2004,（4）:30-34.

[5]孫恩杰.水泥混凝土橋面防水粘結(jié)材料的性能研究[J].公路,2007,(2)：41-43.

[6]孔保林,蔡燕霞.水泥混凝土橋面構(gòu)造對橋面防水層粘結(jié)性能的影響[J].公路工程，2012，（4）：33-37.