橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展

王朝輝，郭 瑾，陳 寶，王新岐

1. 長安大學 公路學院，陜西 西安 710064 2. 河南官渡黃河大橋開發(fā)有限公司，河南 鄭州 451450 3. 天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300051

0 引言

隨著現(xiàn)代交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，大跨徑橋梁不斷增多，橋面鋪裝技術(shù)作為大跨徑橋梁建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)之一愈發(fā)受到重視[1]，對鋪裝結(jié)構(gòu)組合的應(yīng)用與研究也隨之不斷深入，逐漸形成了以澆注式瀝青混凝土、環(huán)氧瀝青混凝土和瀝青瑪蹄脂碎石混合料3種鋪裝材料為主的組合橋面鋪裝體系。澆注式瀝青混凝土在國外應(yīng)用較為廣泛，其代表性工程諸如德國歐伯卡塞爾大橋、英國亨伯橋、日本明石海峽大橋等[2]，中國則在江陰長江大橋引進澆注式瀝青混凝土后，進行了一系列積極探索[3]，諸如青島膠州灣大橋、港珠澳大橋等[4-5]，逐步形成了適合中國橋梁使用環(huán)境的澆注式瀝青混凝土鋪裝體系。對于環(huán)氧瀝青混凝土，美國最早將其應(yīng)用于橋面鋪裝領(lǐng)域，日本在70年代也對其進行了大量研究[6]，中國則于2002年引進美國環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝技術(shù)，在南京長江二橋、蘇通大橋等十余座大跨徑橋梁中推廣應(yīng)用[7]，環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)及技術(shù)亦日趨成熟。瀝青瑪蹄脂碎石混合料在歐洲已有30多年的使用歷史，中國于1992年引進瀝青瑪蹄脂碎石混合料鋪裝技術(shù)，隨后成功應(yīng)用于虎門大橋、廈門海滄大橋等橋面鋪裝工程[8-9]。相比于國外，中國對橋面鋪裝技術(shù)的研究起步較晚，橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計一般依照經(jīng)驗而定，且在設(shè)計時對防水黏結(jié)層重視程度不足，部分橋面鋪裝在未達到使用年限時即出現(xiàn)較嚴重的早期病害，甚至多次翻修重建，嚴重影響到橋梁的使用性能。

基于此，本文全面調(diào)查國內(nèi)外典型橋面鋪裝實體工程中瀝青鋪裝層結(jié)構(gòu)組合及防水黏結(jié)層的應(yīng)用情況，歸納總結(jié)典型瀝青鋪裝層結(jié)構(gòu)常用厚度及不同防水黏結(jié)層適用場合，進一步推薦適應(yīng)于不同工況的典型鋪裝結(jié)構(gòu)，為橋面鋪裝相關(guān)研究提供參考。

1 國外橋面瀝青鋪裝層結(jié)構(gòu)實體工程應(yīng)用調(diào)查及評價

對國外實體工程橋面鋪裝進行全面調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果將36條實體工程橋型、橋梁結(jié)構(gòu)、鋪裝結(jié)構(gòu)組合、使用效果等進行匯總[10-12]，具體見表1和圖1、2。

分析表1和圖1、2可知以下幾點。

（1）國外實體工程鋪裝結(jié)構(gòu)組合可分為4類：EA、MA/GA+改性AC/SMA、雙層GA及單層MA，所占比例分別為54.1%、18.9%、16.2%及8.1%。德國大多采用雙層GA，具體為54~60 mmGA；日本采用GA+改性AC，其中75%采用35 mmGA+30 mm改性AC；美國、加拿大等國則采用EA，單層EA占36.8%，雙層EA占63.2%，其中72.7%采用50 mm雙層EA。

表1 國外瀝青鋪裝層實體工程

（2）已鋪筑的實體工程中，81.1%總體上使用效果良好，18.9%橋面鋪裝出現(xiàn)車轍、脫層、縱向裂縫等不同程度病害，其中，鋪裝層損壞占71.4%，層間破壞占28.6%。美國尚普蘭湖大橋由于采用10 mm單層EA，鋪裝層厚度不足，產(chǎn)生嚴重損壞。

2 國內(nèi)橋面瀝青鋪裝層結(jié)構(gòu)實體工程應(yīng)用調(diào)查及評價

中國不同交通狀況的橋面鋪裝使用效果有較大差異，部分橋面累計標準當量軸載作用次數(shù)多，重載和超載情況嚴重?；诖?，調(diào)查時將國內(nèi)實體工程分為普通橋面與重載橋面。

圖1 國外橋面EA瀝青鋪裝層

圖2 國外橋面GA/MA瀝青鋪裝層

2.1 普通橋面

普通橋面主要分為鋼橋面和混凝土橋面，將國內(nèi)不同類型橋梁的鋪裝結(jié)構(gòu)組合、材料應(yīng)用及使用效果進行匯總[13-21]，見表2、3和圖3、4，部分橋面鋪裝層病害見圖5。

分析表2、3和圖3、4可知以下幾點。

（1）可供分析的44個普通鋼橋面瀝青鋪裝層實體工程中，典型鋪裝結(jié)構(gòu)可以分為5類：GA/MA+SMA、雙層EA、雙層SMA、GA+AC以及其他類型，所占比例分別為37.8%、26.7%、11.1%、8.9%和13.3%。GA/MA+SMA結(jié)構(gòu)中，厚度在55~60 mm的占20%，60~65 mm占13.3%，65~70 mm 占60%，大于70 mm的占6.7%。在占比最大的65~70 mm中又以35 mm GA+35 mm SMA居多，所占比例為66.7%。雙層EA結(jié)構(gòu)中，總厚度在50~55 mm的占16.7%，55~60 mm 占41.7%，60~65 mm占33.3%，65~70 mm占8.3%。在厚度55~60 mm中又以30 mm+25 mm居多，所占比例為80%。

表2 國內(nèi)普通鋼橋面瀝青鋪裝層實體工程

續(xù)表2

表3 國內(nèi)普通混凝土橋面瀝青鋪裝層實體工程

圖3 國內(nèi)普通鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)

圖4 國內(nèi)普通混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)

圖5 普通橋面鋪裝病害

（2）可供分析的24個普通混凝土橋面瀝青鋪裝層實體工程中，典型鋪裝結(jié)構(gòu)可以分為4類：AC、GA+SMA、雙層SMA以及其他類型，所占比例分別為46.2%、26.9%、11.5%及15.4%。AC結(jié)構(gòu)中厚度為40~70 mm與90~100 mm的橋面各占50%。分析使用效果可知，中國早期多采用普通AC作為橋面鋪裝層，然而隨著交通量增大，橋面多出現(xiàn)嚴重的裂縫、龜裂等病害，普通AC結(jié)構(gòu)早已不能滿足使用條件，2000年后國內(nèi)引進澆注式瀝青混凝土后，多采用GA+SMA結(jié)構(gòu)，使用效果良好。GA+SMA結(jié)構(gòu)中，厚度在60~70 mm的占60%，70~80 mm的占20%，大于80 mm的占20%。常用組合為30~35 mm GA+30~35 mm SMA。

2.2 重載橋面

將國內(nèi)重載橋面瀝青鋪裝層結(jié)構(gòu)實體工程的鋪裝結(jié)構(gòu)組合、材料應(yīng)用及使用效果進行匯總[22-25]，見表4和圖6、7，部分橋面鋪裝層病害見圖8。

表4 國內(nèi)重載橋面瀝青鋪裝層實體工程

續(xù)表4

圖6 國內(nèi)重載橋面EA鋪裝結(jié)構(gòu)

圖7 國內(nèi)重載橋面GA/SMA鋪裝結(jié)構(gòu)

圖8 重載橋面鋪裝車轍病害

分析表4和圖6、7可知。

（1）可供分析的24個重載橋面瀝青鋪裝層實體工程鋪裝結(jié)構(gòu)中，典型鋪裝結(jié)構(gòu)可以分為4類：雙層EA、雙層SMA、GA+SMA以及其他類型，所占比例分別為28.5%、23%、20%及28.5%。雙層EA結(jié)構(gòu)中，鋪裝總厚度在50~60 mm的橋面占71.4%，60~70 mm的橋面占14.3%，大于70 mm的橋面占14.3%，在占比最大的50~60 mm中又以35 mm+25 mm居多，所占比例為40%。雙層SMA結(jié)構(gòu)中，鋪裝總厚度在60~70 mm的橋面占87.5%，大于70 mm的橋面占12.5%。常用形式為30~35 mm+30~35 mm。

（2）分析使用效果可以發(fā)現(xiàn)，重載橋面病害情況較普通橋面嚴重。2006年前采用雙層SMA的橋面中71.4%出現(xiàn)裂縫病害，57.1%出現(xiàn)車轍病害，2006年后采用雙層EA的橋面增多，隨著技術(shù)逐漸成熟，病害問題得以緩解。

3 中國橋面防水黏結(jié)層實體工程應(yīng)用調(diào)查及評價

防水黏結(jié)層是橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的組成部分之一，其性能直接影響橋面鋪裝的耐久性。中國早期的虎門大橋在建成通車3個月后出現(xiàn)了防水黏結(jié)層底部脫層等病害；廈門海滄大橋自2002年入夏以來迅速出現(xiàn)開裂、推移等病害，原因是部分鋪裝與橋面板已完全脫空。之所以產(chǎn)生上述問題是由于在設(shè)計初期防水黏結(jié)層并未受到重視或者未能選擇合適的防水黏結(jié)層，而防水黏結(jié)層的選擇與鋪裝混合料的類型密切相關(guān)?；诖耍嬲{(diào)查國內(nèi)普通、重載橋面鋪裝結(jié)構(gòu)及對應(yīng)的防水黏結(jié)層，并系統(tǒng)分析橋梁鋪裝結(jié)構(gòu)與防水黏結(jié)層組合規(guī)律。

3.1 普通橋面防水黏結(jié)層

將國內(nèi)普通橋面分為鋼橋面與混凝土橋面，具體調(diào)查結(jié)果見表5、6和圖9。

表5 國內(nèi)普通鋼橋面鋪裝典型實體工程防水黏結(jié)層

續(xù)表5

表6 中國普通混凝土橋面鋪裝典型實體工程防水黏結(jié)層

分析表5、6和圖10可知以下幾點。

（1）對于普通鋼橋面，在GA/MA+SMA/EA及單層MA等以澆注式瀝青混凝土作為鋪裝下層的鋪裝結(jié)構(gòu)中，采用MMA防水黏結(jié)體系所占比例高達80.8%，良好的變形追從性和耐久性使得MMA體系被大范圍應(yīng)用。其中，GA+SMA結(jié)構(gòu)采用MMA防水體系的比例占83.3%，具體為0.1~0.2 kg·m－2膠黏劑+2.5~3.5 kg·m－2雙層MMA。

（2）普通鋼橋面雙層EA結(jié)構(gòu)均采用環(huán)氧瀝青類防水黏結(jié)層，主要是由于環(huán)氧瀝青的施工特性及其與橋面板之間的黏結(jié)都需要環(huán)氧瀝青作為防水黏結(jié)層，具體為雙層環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層（0.6~0.7 L·m－2）。

（3）對于普通混凝土橋面，在GA+SMA/AC/OGFC等以澆注式瀝青混凝土作為鋪裝下層的鋪裝結(jié)構(gòu)中，采用溶劑型防水黏結(jié)層的橋面占62.5%。其中GA+SMA鋪裝結(jié)構(gòu)采用溶劑型防水黏結(jié)層的比例為50%，具體為雙層溶劑型防水黏結(jié)層（0.2~0.4 L·m－2）。

3.2 重載橋面防水黏結(jié)層

將重載橋面防水黏結(jié)層實體工程應(yīng)用調(diào)查結(jié)果進行匯總，見表7和圖10。

分析表7和圖10可知以下幾點。

（1）自南京長江二橋首次采用環(huán)氧瀝青混凝土與配套的環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層進行鋪裝后，隨后建設(shè)的潤揚長江大橋、武漢白沙洲長江大橋等均采用了環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層，應(yīng)用效果良好。雙層EA鋪裝結(jié)構(gòu)中，87.5%采用雙層環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層（0.6~0.7 L·m－2）。

（2）對于重載橋面GA+SMA鋪裝結(jié)構(gòu)，66.7%采用雙層溶劑型防水黏結(jié)層，具體用量為上層0.1~0.12 L·m－2，下層0.12~0.15 L·m－2。

圖9 國內(nèi)普通橋面防水黏結(jié)層應(yīng)用

圖10 國內(nèi)重載橋面防水黏結(jié)層應(yīng)用

表7 國內(nèi)重載橋面鋪裝典型實體工程防水黏結(jié)層

4 典型鋪裝結(jié)構(gòu)推薦

基于上述調(diào)查與文獻資料的綜合分析，分別推薦適用于普通鋼橋面、普通混凝土橋面和重載橋面的典型鋪裝結(jié)構(gòu)。

（1）普通鋼橋面典型鋪裝結(jié)構(gòu)推薦。普通鋼橋面推薦采用SMA+GA/EA雙層鋪裝結(jié)構(gòu)，其相應(yīng)防水黏結(jié)層采用雙層MMA防水體系（0.1~0.2 kg·m－2膠黏劑+2.5~3.5 kg·m－2雙層MMA）或雙層環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層（0.6~0.7 L·m－2），具體見圖11。

（2）普通混凝土橋面典型鋪裝結(jié)構(gòu)推薦。普通混凝土橋面推薦采用SMA/OGFC+SBS改性AC雙層鋪裝結(jié)構(gòu)，其相應(yīng)防水黏結(jié)層采用雙層溶劑型防水黏結(jié)層（0.2~0.4 L·m－2），具體見圖12。

（3）重載橋面典型鋪裝結(jié)構(gòu)推薦。重載鋼橋面推薦采用雙層EA，其相應(yīng)防水黏結(jié)層采用雙層環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層（0.6~0.7 L·m－2）；重載混凝土橋面推薦采用SMA+GA/SMA鋪裝結(jié)構(gòu)，其相應(yīng)防水黏結(jié)層采用雙層MMA防水體系（0.1~0.2 kg·m－2膠黏劑+2.5~3.5 kg·m－2雙層MMA），具體見圖13。

續(xù)表7

圖11 普通鋼橋面典型鋪裝結(jié)構(gòu)推薦

圖12 普通混凝土橋面典型鋪裝結(jié)構(gòu)推薦

圖13 重載橋面典型鋪裝結(jié)構(gòu)推薦

5 結(jié)語

本研究全面調(diào)查了國內(nèi)外典型橋面鋪裝實體工程中瀝青鋪裝層結(jié)構(gòu)組合及防水黏結(jié)層應(yīng)用情況，歸納總結(jié)了典型瀝青鋪裝層結(jié)構(gòu)常用厚度及不同防水黏結(jié)層適用場合，推薦了適應(yīng)于不同工況的典型橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，為橋面鋪裝設(shè)計施工及相關(guān)研究提供一定有益借鑒。

通過上述調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中國早期從國外引進的橋面鋪裝技術(shù)并不能夠完全適用于國內(nèi)橋梁，仍需結(jié)合實際對橋面鋪裝結(jié)構(gòu)及鋪裝材料加以改進。值得注意的是，近年來中國運輸車輛中重型載貨汽車逐漸增多，重載現(xiàn)象日益凸顯，相當數(shù)量的橋梁在通車幾年后就不得不進行大中修，其主要原因之一就是忽視了橋面鋪裝層間體系的耐久性。橋面鋪裝層間體系的使用性能及耐久性，是影響橋面鋪裝層使用品質(zhì)的重要因素之一。目前中國對于橋面鋪裝層間體系的研究主要集中在性能提升方面，而對其耐久性問題涉及較少。層間體系的耐久性不足，會導致橋面在高溫及超重載的作用下極易發(fā)生早期破壞。因此，橋面鋪裝層間體系的耐久性問題亟待進一步攻關(guān)解決，以使橋面鋪裝在具有良好使用性能的基礎(chǔ)上，增強耐久性及長期保障能力，從而提升公路橋梁使用壽命及品質(zhì)。

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