SMA瀝青混凝土鋪裝在某市政鋼箱梁橋面上的應(yīng)用研究

史劍麗

【摘要】SMA瀝青混凝土面層在鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用十分廣泛，本文以某市政鋼箱梁橋面鋪裝施工項(xiàng)目為研究案例，分析了SMA瀝青混凝土鋪裝層的主要性能和施工工藝，擬為后續(xù)同類橋面鋪裝施工項(xiàng)目提供參考。

【關(guān)鍵詞】SMA瀝青混凝土;橋面鋪裝;面層特性;施工技術(shù)

【中圖分類號(hào)】U416.217

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1671-3362（2020）08-0038-02

1.鋼箱梁橋面鋪裝系概述

橋面鋪裝系是橋梁附屬工程的重要組成部分，橋面鋪裝系直接決定了全橋的受力、傳力性能，因此，在橋梁設(shè)計(jì)及施工過程中必須予以高度重視;重載、大交通量是目前國內(nèi)道路交通運(yùn)輸?shù)闹饕攸c(diǎn)，加之鋼箱梁結(jié)構(gòu)的環(huán)境敏感性更高，在橋面鋪裝系設(shè)計(jì)及施工過程中必須區(qū)別于一般的道路。通過調(diào)查分析可知，國內(nèi)鋼箱梁橋鋪裝系設(shè)計(jì)實(shí)踐中，常見的鋪裝體系有以下幾種，即：雙層SMA瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)、澆筑式瀝青混凝土與SMA瀝青混凝土組合雙層鋪裝結(jié)構(gòu)及雙層EA瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)等，不同組合鋪裝結(jié)構(gòu)形式各有優(yōu)劣，適用于不同的行車工況、環(huán)境條件等，且隨著服役年限的延長，均會(huì)出現(xiàn)不同程度和類型的病害。

鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)不同，其道路路面結(jié)構(gòu)層完全依附于可靠的路基結(jié)構(gòu)層上，且道路路基的剛度、承載能力及荷載穩(wěn)定性均明顯優(yōu)于橋梁結(jié)構(gòu)，在路面?zhèn)鬟f荷載的作用下，其荷載變形值較小，不會(huì)對(duì)道路結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力;相反，橋梁鋪裝層則懸浮于正交異性鋼板上，在車輛荷載和外界環(huán)境的綜合影響下，橋梁內(nèi)力響應(yīng)復(fù)雜、多變，荷載作用下導(dǎo)致的撓曲、形變、扭轉(zhuǎn)及振動(dòng)等工況均會(huì)對(duì)橋面鋪裝產(chǎn)生影響，尤其是局部受拉負(fù)彎矩區(qū)域，對(duì)應(yīng)路面極易出現(xiàn)開裂病害。此外，鋼箱梁主材為鋼板，鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)明顯高于土路基材料，一晝夜周期內(nèi)的溫度變化梯度明顯大于土路基，與之相連的橋面鋪裝也會(huì)出現(xiàn)較大的溫差效應(yīng)，超出了普通道路材料的溫度耐受范圍。處于懸空狀態(tài)的鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)更容易受到風(fēng)荷載、雨雪荷載等偶發(fā)荷載的影響，在偶發(fā)荷載與車輛荷載及自重荷載的耦合作用下，橋面鋪裝將面臨更大的不確定性標(biāo)[1]。

基于上述特點(diǎn)，必須制定針對(duì)性的施工方案;本文以某市政鋼箱梁橋面鋪裝施工項(xiàng)目為研究背景，擬探討SMA瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)在鋼箱梁鋪裝施工項(xiàng)目中的應(yīng)用。

2.鋼箱梁橋面SMA瀝青混凝土鋪裝特性分析

以市政鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層為例，由于市政橋梁的交通量較大、疲勞荷載效應(yīng)明顯、橋面防排水設(shè)計(jì)等級(jí)高，在進(jìn)行橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中必須兼顧好承載、抗?jié)B等功能要求，其結(jié)構(gòu)分層設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，一般采用異質(zhì)雙層鋪裝結(jié)構(gòu)。見圖1。

2.1 鋪裝層間黏結(jié)性研究

在工程試驗(yàn)中，一般用抗剪強(qiáng)度反映橋面鋪裝層之間的黏結(jié)性，由于直剪試驗(yàn)難度較大，且試驗(yàn)過程不易控制，一般采用壓力試驗(yàn)間接測(cè)定。選取與鋼箱梁板同批次鋼板，在鋼板上均勻布設(shè)防腐層、抗?jié)B黏結(jié)層及瀝青混凝土層，在抗剪試驗(yàn)前，試驗(yàn)試件應(yīng)先水浴4h～5h;將抗剪試驗(yàn)試件放置在專用試驗(yàn)架上，試驗(yàn)架傾斜角度可根據(jù)試驗(yàn)要求定制，本次抗剪試驗(yàn)傾斜角度設(shè)定為40°，采集抗剪試件出現(xiàn)剪切破壞瞬間的壓力值，后經(jīng)計(jì)算換算為剪切強(qiáng)度，為了避免因試驗(yàn)誤差引起的試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散問題，同批次試驗(yàn)試件數(shù)量不能少于5個(gè)，剔除其中的離散值外，剩余試驗(yàn)數(shù)據(jù)均值為最終試驗(yàn)值。圖2為橋面鋪裝剪切試驗(yàn)圖示。

為了測(cè)試不同外界環(huán)境條件下的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)抗剪性能，特選定幾種試驗(yàn)溫度條件進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

分析表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在不同試驗(yàn)環(huán)境溫度條件下，橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層剪切破壞形式存在較大差異，在冰點(diǎn)溫度以下，鋪裝結(jié)構(gòu)層穩(wěn)定性較高，承載性能優(yōu)異，在加載狀態(tài)下，試件未見明顯的剪切破壞;隨著試驗(yàn)溫度的增長，破壞逐步從瀝青混凝土層與抗?jié)B黏結(jié)層層間剪切破壞向?yàn)r青混凝土層內(nèi)剪切破壞轉(zhuǎn)變，剪切破壞面逐步向?yàn)r青混凝土面層移動(dòng)，因此，在高溫條件下，試驗(yàn)獲取的層間抗剪強(qiáng)度指標(biāo)幾乎失真[2]。

2.2 鋪裝結(jié)構(gòu)溫穩(wěn)性研究

由于橋面鋪裝材料需要具備較高的溫度耐受性，尤其是在高溫條件下需要具備較高的穩(wěn)定性，以本項(xiàng)目中使用的SMA-13瀝青混凝土面層作為研究對(duì)象，對(duì)其高溫穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)研究，高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)需借助路面性能指標(biāo)得以反饋和表征，本文特選定路面車轍深度作為判定標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。

分析上述車轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，使用SMA-13型瀝青混凝土層作為鋼箱梁橋面鋪裝面層的溫穩(wěn)性良好，能滿足極端天氣條件下的服役要求。除了車轍試驗(yàn)外，為了明確不同環(huán)境溫度條件下的承載性能，側(cè)面表征路面層的溫穩(wěn)性，還需進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，抗壓試驗(yàn)試件為SMA-13瀝青混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗壓試件[3]。見圖3。

通過分析SMA-13瀝青混凝土抗壓試驗(yàn)結(jié)果可知，SMA-13瀝青混凝土鋪裝面層的溫度敏感性較高，具體表現(xiàn)在抗壓強(qiáng)度上，在高溫環(huán)境下的抗壓強(qiáng)度不及常溫條件的30%，因此，為了切實(shí)控制橋面鋪裝病害的劣化進(jìn)程，必須嚴(yán)格控制橋面通行車輛載重值，尤其是在夏季高溫條件下，以防止造成大面積的鋪裝層破損。（見圖4）。

3.鋼箱梁橋面SMA瀝青混凝土鋪裝施工技術(shù)研究

SMA瀝青混凝土鋪裝面層材料的質(zhì)量主要取決于溫度，尤其是在尚未壓實(shí)成型之前，必須做好溫控工作，表3為適用于SMA-13型瀝青混凝土材料的相關(guān)溫度標(biāo)準(zhǔn)。

材料運(yùn)輸過程中應(yīng)做好保溫和密閉工作，防止材料在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)變質(zhì)、離析病害;SMA瀝青混凝土攤鋪及壓實(shí)作業(yè)環(huán)節(jié)與普通瀝青混凝土施工基本一致，本文不再贅述，特別注意的是，壓實(shí)機(jī)械選型應(yīng)堅(jiān)持“靜振結(jié)合”的原則，初壓實(shí)為靜壓實(shí)工況，終壓實(shí)也通過靜壓“收面”，復(fù)合壓實(shí)階段應(yīng)使用振蕩壓實(shí)機(jī)械強(qiáng)化壓實(shí)度;橫向施工縫均采用平縫，且平縫位置應(yīng)避開荷載最不利位置和主梁伸縮縫位置，在施工現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下，應(yīng)盡量減少接縫數(shù)量，保證全橋鋪裝的整體性和完整性，橫縫壓實(shí)應(yīng)使用鋼輪壓實(shí)機(jī)械沿橫向推進(jìn)，并輔助人工填料整平，保證鋪裝層表面的平整度指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

4.總結(jié)

綜上，SMA瀝青混凝土材料憑借較高的綜合優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被大量應(yīng)用在鋼箱梁橋面鋪裝項(xiàng)目中，且后續(xù)使用情況反饋良好;在橋面鋪裝層施工過程中，首先應(yīng)明確鋪裝層材料特性和工程可行性，并根據(jù)鋪裝層結(jié)構(gòu)特性制定可行的施工方案;進(jìn)一步優(yōu)化材料級(jí)配，兼顧耐久性和環(huán)保性雙重需求，革新施工技術(shù)措施，最大限度延長鋪裝服役年限。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐斌.清水河大橋鋼橋面鋪裝技術(shù)及其工程應(yīng)用研究[D].西安：長安大學(xué)，2018.

[2] 侍冬前，李國芬，王宏暢.復(fù)合澆注式瀝青混合料鋪裝性能分析[J].中外公路，2013（2）：237-239.

[3] 田超.兩江大橋鋼橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)性能及施工控制研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2017.

（作者單位：山西省公路局陽泉分局）