水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝的綜合技術(shù)研究

孫延偉

摘 要：橋梁是道路中的“接口”，連接著各方道路，是道路的重要組成部分，橋梁的結(jié)構(gòu)和鋪筑施工決定著橋梁的功用和性能的好壞，進(jìn)而影響著橋面交通通行質(zhì)量的好壞。水泥混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁是應(yīng)用最為普遍和廣泛的公路橋梁形式之一，因而，水泥混凝土橋面鋪裝技術(shù)的研究、開發(fā)及應(yīng)用也十分重要。本文針對不同路況下對水泥混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的橋面鋪筑結(jié)合瀝青混凝土的應(yīng)用和鋪裝進(jìn)行分析、談?wù)撆c研究。

關(guān)鍵詞：橋梁橋面鋪裝；水泥混凝土；瀝青混凝土；應(yīng)用與研究

中圖分類號：U443 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定增長，我國人民生活水平的不斷提高，國民對交通出行的要求也不斷提高，現(xiàn)有的公路交通也隨之不斷地發(fā)展和進(jìn)步?？茖W(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，為各行各業(yè)的發(fā)展提供了動力與便捷，人們生活更加便利了，交通出行也涌現(xiàn)了各式各樣的車輛。同時，對于公路交通也是巨大的考驗(yàn)，公路交通的修建也是重中之重，同時也要科技創(chuàng)新、與時俱進(jìn)、實(shí)事求是的根據(jù)現(xiàn)有以及預(yù)期的交通量進(jìn)行合理地規(guī)劃和建設(shè)。在發(fā)展公路交通的過程中，往往需要大量的公路橋梁的配合，橋梁的建設(shè)過程中橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工以及橋面瀝青混凝土的鋪裝等等都十分重要，因?yàn)槎紩绊懙綐蛄菏褂眯阅苓M(jìn)而影響到整個公路交通的功能。而根據(jù)各地公路橋梁的使用情況可知，公路橋梁問題中比較常見的就是橋面瀝青層出現(xiàn)開裂、坑洼，甚至是炎熱天氣時候出現(xiàn)瀝青液化粘黏過往車輛的輪胎；出現(xiàn)的裂縫或坑槽不能及時發(fā)現(xiàn)和處理的話會加劇損壞程度，進(jìn)而影響橋梁的結(jié)構(gòu)腐蝕鋼筋骨架等等，嚴(yán)重威脅著通行的安全。因而，本文的研究分析的重點(diǎn)主要針對水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝的具體應(yīng)用和出現(xiàn)的一些問題。

一、混凝土橋面瀝青鋪裝的概述

水泥混凝土面板存在較多的小型或微型空隙，在強(qiáng)度形成過程中產(chǎn)生較大的水化熱會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微小的裂隙，這些空隙和裂隙的存在都會進(jìn)而影響混凝土板梁的使用壽命。因而在橋梁建設(shè)過程中要針對橋梁結(jié)構(gòu)類型的受力、交通量、氣候環(huán)境等等進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和施工。一般來說，水泥混凝土橋面鋪裝層為兩層的結(jié)構(gòu)體系，表層負(fù)責(zé)正常的行駛功能，而下層負(fù)責(zé)防水隔離等功能。

橋面的交通通行環(huán)境比普通路面要復(fù)雜得多，除了通車狀況外還與氣候、地形地勢等諸多因素有關(guān)。如：要承受的變形及應(yīng)力、行車與負(fù)載的振動、鋪裝溫度等條件均比正常的公路等路面要復(fù)雜。因而，對橋面的鋪裝性能與耐久性能均有更高的要求。這也意味著對從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到方案確定，再到材料選用以及施工都需要科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，還要以各種技術(shù)為基礎(chǔ)來保證橋梁橋面的規(guī)格、要求和質(zhì)量。因而，相比較其他類型的路面的要求，對于橋梁橋面的要求還要著重注意和預(yù)防一些常見的問題，針對復(fù)雜的影響橋面質(zhì)量的因素對設(shè)計(jì)和鋪筑提出以下性能的要求：

（1）防侵蝕的性能：橋梁的建造形成一個有機(jī)的整體，而侵蝕主要來自惡劣的自然環(huán)境。如風(fēng)的吹蝕風(fēng)化、空氣中水分的附著氧化，主要還是來自雨水的沖刷以及水紋環(huán)境帶來的各種酸堿性等的腐蝕和滲透。而這些威脅主要來自表層的結(jié)構(gòu)，因而瀝青層必須要有足夠的密水性和抗水耐水能力，也就意味著瀝青混凝土自身的孔隙率小于一定的標(biāo)準(zhǔn)（4%，因?yàn)檫@些微小的空隙是水分的通道和侵蝕作用的關(guān)鍵）。同時在橋面板以及相鄰鋪裝層配置防水層進(jìn)而形成抗剪連接的各層組合體，必要時還要設(shè)置緩沖層。

（2）層間黏結(jié)性能：相鄰層間必須具有良好的黏結(jié)性，以保證橋面鋪裝與橋面板緊密結(jié)合，保證在受到載荷作用、震動、高溫、低溫等比較劇烈性的變化時候，各層之間緊緊黏結(jié)進(jìn)而構(gòu)成有機(jī)的整體。

（3）表面耐高溫穩(wěn)定性：高溫季節(jié)，路面橋面等都會面臨路面高溫的問題，所以對于橋梁橋面的抗高溫蠕變和抗剪特性的要求比較高，就是為了防止車輛對路面尤其橋面的車轍、變形等危害，也提高了橋梁的質(zhì)量和壽命。

（4）整體結(jié)構(gòu)上的力學(xué)性能：在設(shè)計(jì)之初，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的受力分析，對于不同層面的受力、受壓以及受拉的應(yīng)變進(jìn)行分析，考慮各層或者兩主體可能承受的載荷和變形情況進(jìn)行合理地分析、評估，對于可能產(chǎn)生的力矩或扭矩進(jìn)行平衡性的談?wù)撗芯俊ａ槍r青鋪裝層表面抗裂性的要求和相應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變評估校核，對于混凝土面板的抗變能力以及撓曲度等進(jìn)行評價和適應(yīng)。其次，就是與之息息相關(guān)的耐久、疲勞等特性的考量，也就關(guān)乎材料的選擇和使用，在選材上要選擇具有針對氣候環(huán)境復(fù)雜多變的抗老化性能優(yōu)良的建筑材料，當(dāng)然也可以考慮新型的材料或是開發(fā)研究符合要求的復(fù)合材料等。為了滿足各類力學(xué)性能要合理地設(shè)計(jì)各層的厚度等，考慮橋梁承重、配重等。

（5）鋪裝層表面性能：鋪裝層主要指橋梁橋面的狀況，也就是鋪筑完成后的通行的路面橋面。既要保證橋面的規(guī)范平整以減少結(jié)構(gòu)少的不必要的沖擊震動等，又要保證良好的粗糙度以保證車輛輪胎和橋面接觸摩擦?xí)r候防滑等。

由功能要求可知相應(yīng)結(jié)構(gòu)：防腐層主要負(fù)責(zé)封閉水泥混凝土橋面板表面，填充空隙，防止水對橋面板和鋼筋的腐蝕，進(jìn)而起到滲透固結(jié)的作用；防水層主要負(fù)責(zé)防水和黏結(jié)；黏結(jié)層主要負(fù)責(zé)層與層之間的連接，同時工程材料本身也要求良好的粘接性能；緩沖層主要負(fù)責(zé)保護(hù)防水層，提高鋪裝結(jié)構(gòu)的耐用性能；保護(hù)層主要負(fù)責(zé)各類力學(xué)性能以及良好的熱穩(wěn)定性等。

磨耗層則是直接暴露在空氣中和車輛等相接觸，提供良好的行駛平臺，同時表現(xiàn)為適應(yīng)各類環(huán)境和狀況（包括極端天氣等也保證良好的行駛性能）。

二、混凝土橋面瀝青鋪裝層應(yīng)用的現(xiàn)狀

近年來我國對公路建設(shè)的大力發(fā)展，離不開這些年對橋面鋪裝技術(shù)的研究應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)的積累總結(jié)，雖然國內(nèi)外發(fā)展類似，但是各國的地理環(huán)境等不盡相同，具體的方案設(shè)計(jì)到實(shí)際施工建成再到通行的過程都要因地制宜、符合實(shí)際狀況，所以我國橋梁橋面的鋪裝發(fā)展仍然有深入研究的空間。具體應(yīng)用上，我國和一些橋梁環(huán)境相似的國家多采用有防水層、瀝青混凝土面板層結(jié)構(gòu)的鋪裝方式，而歐美一些國家因?yàn)橐恍┎煌h(huán)境或發(fā)展多采用多層式防水體系的鋪裝，整體上厚度較大達(dá)到4cm～10cm或者更厚。在防水材料的選擇使用和修筑加工的工藝上，各國之間的發(fā)展和應(yīng)用不盡相同，發(fā)達(dá)國家與發(fā)展中國家的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)等也有很大的影響，進(jìn)而形成了不同的鋪裝理論體系和應(yīng)用施工方法經(jīng)驗(yàn)的積累。無論是卷材還是涂抹類的防水層應(yīng)用，都是根據(jù)實(shí)際情況做的相適應(yīng)的應(yīng)用。國內(nèi)外對于建成的橋梁也都有在短期內(nèi)出現(xiàn)問題的一些相似例子，究其原因，不僅有一些鋪裝層常見的問題和危害，還出現(xiàn)了一些剪力結(jié)構(gòu)的問題。進(jìn)一步探究，可以發(fā)現(xiàn)具體方案設(shè)計(jì)和各類環(huán)境變化的匹配以及持續(xù)發(fā)展的評估。具體表現(xiàn)為交通通行、行車流量負(fù)載、環(huán)境載荷侵蝕等復(fù)雜的環(huán)境，同時歷史的因素如地理地形、氣候變化、水紋、施工條件和標(biāo)準(zhǔn)、施工技術(shù)、設(shè)計(jì)方案的評估等。就我國的一些橋梁而言，尤其是對于一些高速或者大型重要的橋梁，通?？鐝?、坡度、交通量比較大，車流比較大載荷區(qū)域相對集中，尤其路面的中心區(qū)域的瀝青混凝土和水泥混凝土面板的結(jié)合部分隨著瀝青出現(xiàn)擁抱、開裂、坑槽進(jìn)而脫落成大面積損壞。這些橋面鋪裝層破壞容易出現(xiàn)在早期有諸多原因：

（1）自然因素

氣候帶來的變化，雨水酸堿性的侵蝕、風(fēng)化、地理結(jié)構(gòu)隨環(huán)境的衍化等。由于瀝青材料的自身粘附性差、空隙率的原因，給雨水等的滲入提供了可能。而環(huán)境的惡劣的變化、急劇變化加上車輛的沖擊，使得雨水的沖刷不斷對瀝青層造成破壞和侵蝕，最終進(jìn)而影響水泥混凝土面板的結(jié)構(gòu)，在壓力等綜合作用下的混合物質(zhì)甚至腐蝕橋梁的鋼結(jié)構(gòu)，威脅橋梁和通行的安全。

其次，是氣候變化的溫度帶來的影響。熱脹冷縮的劇烈變化也會對橋梁結(jié)構(gòu)的材料造成影響。尤其是橋梁的結(jié)構(gòu)比之正常的路面夏季更熱，冬季更冷，所以對于鋪裝的過程中材料要求更高，其施工和應(yīng)用的技術(shù)也更加嚴(yán)格。冷熱的變化使材料變化，進(jìn)而導(dǎo)致橋面變形，空隙增大給塵埃、雨水等的侵蝕提供了便利，再加上車輛的負(fù)載、應(yīng)變等的綜合因素之下，鋪裝層的破壞更最容易發(fā)生，尤其是新鋪裝的橋面，空隙和密度等未收負(fù)載，其穩(wěn)定性和實(shí)際通車有所不同等等。

（2）力學(xué)因素

瀝青、水泥、混凝土等材料性能分析以及材料力學(xué)、理論力學(xué)、工程力學(xué)等在瀝青混凝土橋面鋪裝上的研究應(yīng)用。各層之間的應(yīng)力變化、載荷變化、可能產(chǎn)生的力矩、扭變、彎曲等，各層之間的黏結(jié)性、抗剪、抗疲勞、抗彎等分析，然后便是各層之間構(gòu)成的整體，整體力學(xué)結(jié)構(gòu)的分析。所以各個環(huán)節(jié)的虛弱和缺失都會產(chǎn)生一系列的影響，進(jìn)而產(chǎn)生車轍、推移、擁包、波浪等病害。

其次，對于主要的對象——通行的車輛，車輛的狀態(tài)是橋梁破壞的關(guān)鍵因素。車輛的負(fù)載和車輛車速等狀態(tài)對于橋梁橋面的影響直接相關(guān)。超載、超速、急轉(zhuǎn)、急剎等劇烈變化都會對路面、橋面造成沖擊、對結(jié)構(gòu)造成破壞。這就要求在設(shè)計(jì)上考慮到車輛超載的軸載變化和材料性能相適宜。

（3）管理和其他原因所引起的損壞

在管理上，主要指橋梁橋面的管理養(yǎng)護(hù)、施工監(jiān)管，除此之外，在設(shè)計(jì)上考慮到橋梁可能面臨的特殊狀況如超載和未來大負(fù)載的發(fā)展等，但是只是對橋梁的保證，在管理上更要加強(qiáng)對車輛的規(guī)范使用，畢竟，超載危害巨大，不僅關(guān)乎車輛自身，更關(guān)乎公共安全等。其次，在橋梁面板結(jié)構(gòu)與柔性鋪裝層之間的黏結(jié)層，而普通瀝青作為粘層油有軟化點(diǎn)低的特點(diǎn)，高溫條件下易產(chǎn)生推移、擁包、波浪和車轍等問題，從而加劇了界面剪切損壞等。

分析如下：

（1）設(shè)計(jì)方面主要是我國急速發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)和車輛等造成的。一方面，設(shè)計(jì)的交通量與實(shí)際交通量不符，即設(shè)計(jì)時考慮的交通增長率滿足不了我國社會和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。另一方面，設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載數(shù)與實(shí)際情況不符，要根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和對結(jié)構(gòu)方案、材料使用、施工技術(shù)等的優(yōu)化。

（2）施工和運(yùn)管，施工主要是指施工的工程材料、工作人員和工作質(zhì)量上的有待完善和提高；運(yùn)管主要指超載超速問題等。

三、解決的方法和途徑

實(shí)事求是地去分析問題，總能發(fā)現(xiàn)解決問題的途徑。橋梁的鋪裝選址、選材料、做方案、背景研究、未來流量、未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的評估等都需要嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的求證。結(jié)合實(shí)地的、氣候、環(huán)境等選擇適宜的方案如雙層或者三層甚至多層的結(jié)構(gòu)，根據(jù)道路的規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適宜的設(shè)計(jì)。前期工作至關(guān)重要，因?yàn)榉桨敢坏┩晟坪痛_定，對后來的施工等影響巨大，并且橋梁一經(jīng)修筑，就不易再加工和更改，所以，針對可能出現(xiàn)的問題，也要預(yù)留備用修復(fù)的方案和考量。對于雙層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)形式合理的優(yōu)化選擇，當(dāng)然這其中的過程并不會是一蹴而就的，畢竟涉及的技術(shù)和領(lǐng)域都比較龐雜，需要大量的資料、研究、施工等工作以支持。

由上文可知，主要問題是自然因素的侵蝕、力學(xué)結(jié)構(gòu)的破壞、以及管理和其他因素對橋梁橋面等的影響。自然因素主要為雨水侵蝕，因而，對于防水層的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，對于排水系統(tǒng)的布置，對于防水材料或新材料的研究應(yīng)用，對于橋面安全至關(guān)重要；其次，就是對于理論的設(shè)計(jì)，尤其是力學(xué)的分析，就目前而言，多應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)性和線彈性理論，對于新理論（如半經(jīng)驗(yàn)法、理論分析法、結(jié)構(gòu)分析法以及有限元數(shù)值分析法）的應(yīng)用以及系統(tǒng)的理論體系的研究發(fā)展也至關(guān)重要；然后就是對于橋梁使用的監(jiān)測、管理的優(yōu)化，對于行車使用的規(guī)范等?？偠灾?，要形成一個有效的系統(tǒng)或者整體，這樣，無論哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可以及時的發(fā)現(xiàn)和處理，規(guī)避橋梁橋面的進(jìn)一步破壞。

四、發(fā)展和展望

整個考察、設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)（預(yù)防）、管理評價的流程，是水泥混凝土瀝青混凝土鋪裝應(yīng)用的完整的思路和方法。我國的發(fā)展與國外相比，雖然一些方面與國際上的水平有所不足，也有些方面有十足的優(yōu)勢。對于未來的發(fā)展趨勢一方面關(guān)注國際發(fā)展的趨勢和技術(shù)應(yīng)用，如對綠色材料開發(fā)前瞻性、整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)性、施工控制嚴(yán)格性、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系縝密性的發(fā)展和研究；其次，也要結(jié)合我國自身的發(fā)展和規(guī)劃，形成自身的理論體系和施工應(yīng)用系統(tǒng)。

同時，技術(shù)上以科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力作為后盾，新材料、新技術(shù)、新能源等都可投入應(yīng)用，同時兼顧多元化的發(fā)展，如綠色節(jié)能以及機(jī)械工程（高精設(shè)備投入等）的發(fā)展研究等。同樣重要的是，人才的培養(yǎng)與投入，無論社會如何發(fā)展和變遷，人，永遠(yuǎn)是第一要素。同樣，人才的需求也隨之源源不斷。

結(jié)論

我國公路發(fā)展隨著社會經(jīng)濟(jì)而迅速崛起，雖然還有著一些問題，但近些年也積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，同時對于新材料、新技術(shù)、新理論理念、新工藝在水泥混凝土瀝青路面上的廣泛應(yīng)用，也取得了良好的效果，橋面的早期損害問題隨著不斷深入的研究和探索也逐漸得到了較好的解決。同時國家對于對橋面鋪裝的科研投入也在不斷加大，相信不久的將來會形成一門綜合的理論和實(shí)踐體系，更好地為建設(shè)和服務(wù)社會而發(fā)揮成效。同時對于這一方面的研究也說明，橋梁作為公路交通系統(tǒng)的一個重要組成部分，鋪裝層的重要性更是直接影響著交通通行的質(zhì)量。因而對于橋面鋪裝結(jié)構(gòu)、材料、施工工藝、管理等的分析研究，對提高橋面鋪裝質(zhì)量，使之與公路交通系統(tǒng)的建設(shè)水平和使用要求有實(shí)際意義。另一方面，我國的橋梁結(jié)構(gòu)也隨著時代的發(fā)展，對于鋼-混凝土的研究和應(yīng)用也是近年來的重點(diǎn)，尤其是對于組合式結(jié)構(gòu)的研究和創(chuàng)新也如火如荼。因而，混凝土面板瀝青橋面的鋪裝技術(shù)于鋼混組合結(jié)構(gòu)的鋪裝的發(fā)展和創(chuàng)新應(yīng)用也充滿朝氣和活力。同時國家對于橋梁發(fā)展的重視是強(qiáng)大后盾和保障。

本文對水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝的技術(shù)和應(yīng)用做了一些基本的闡述、一些問題的探究以及一些技術(shù)方法的說明和總結(jié)。同時提出了筆者一些看法和期望?？傊?，時代是不會停止腳步的，發(fā)展也不會停止腳步的。橋梁的鋪筑和道路的通行就像國家機(jī)器的血脈，因而，這項(xiàng)工程的發(fā)展不僅關(guān)系到國民的生活、經(jīng)濟(jì)等進(jìn)而影響其他領(lǐng)域的發(fā)展。水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝技術(shù)的分析探究、發(fā)展和綜合應(yīng)用，不僅關(guān)系到國家的會給道路交通帶來不可估量的價值與影響，同時也給公路橋梁上了一道保險，不僅保障人民的出行等，更促進(jìn)國家的蓬勃發(fā)展。

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