鋼橋面澆注式鋪裝組合結(jié)構(gòu)性能對比研究

席貴東 李春揚 楊國港

（1.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 400067；2.四川華騰公路試驗檢測有限責(zé)任公司，成都 610000）

0 引言

澆注式瀝青混合料（Gussasphalt，簡稱GA）具有瀝青含量高、結(jié)構(gòu)密實（空隙率接近零）、隨從變形能力優(yōu)、抗疲勞開裂性能優(yōu)等特點，能較好地適應(yīng)正交異性橋面板的結(jié)構(gòu)特性，同時可起到防水、保護橋梁結(jié)構(gòu)的作用[1-2]。在大跨徑鋼橋面鋪裝中，保護層采用澆注式瀝青混合料時，磨耗層通常采用高彈改性瀝青SMA，該組合結(jié)構(gòu)在港珠澳大橋、武漢楊泗港大橋等120多座大跨徑鋼橋上應(yīng)用面積超300萬m2，可以說澆注式鋪裝方案是國內(nèi)鋼橋面鋪裝工程中應(yīng)用最為廣泛和成功的一種鋪裝方案[1-4]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者開展?jié)沧⑹戒佈b組合結(jié)構(gòu)性能研究時，通?；诠潭ú牧项愋?、固定磨耗層及保護層厚度開展相關(guān)研究，或與EA+EA、EA+SMA、ERS等進行對比研究[5-10]。在開展鋼橋面鋪裝設(shè)計時，上述研究對鋼橋面鋪裝方案比選具有一定的參考意義。然而，在鋼橋面鋪裝預(yù)留總厚度確定的前提下，保護層GA和磨耗層SMA厚度分別設(shè)置多少更優(yōu)，磨耗層采用SMA10更優(yōu)或是SMA13更優(yōu)，是當(dāng)前行業(yè)關(guān)注的重點之一。本文針對3.5cmGA10+3.5cmSMA10和3.0cmGA10+4.0cmSMA13兩種鋪裝方案，開展組合結(jié)構(gòu)性能對比研究，可為鋼橋面澆注式鋪裝設(shè)計提供參考。

1 鋼橋面系剛度分析

以浙江溫州某橋的橋面系結(jié)構(gòu)參數(shù)為例，對正交異性鋼橋面鋪裝體系剛度進行驗算，驗算結(jié)果見表1。

從表1可以看出，相對3.5cmGA10+3.5cmSMA10而言，3.0cmGA10+4.0cmSMA13縱向加勁肋間相對撓度Δ略小、最小曲率半徑R略大，表明其剛度更優(yōu)，更適合交通量大、貨車比例高的交通環(huán)境。

表1 剛度驗算結(jié)果

2 組合結(jié)構(gòu)界面聯(lián)結(jié)性能研究

國內(nèi)外研究表明，GA+SMA組合結(jié)構(gòu)界面聯(lián)結(jié)薄弱點在防水體系和保護層GA之間[1,11]。為評價3.5cmGA10+3.5cmSMA10和3.0cmGA10+4.0cmSMA13的界面聯(lián)結(jié)性能及鋪裝結(jié)構(gòu)整體性，利用成型鋼板+MMA防水體系+3.0cmGA10的組合結(jié)構(gòu)試件，試驗溫度為25℃，試驗結(jié)果如表2所示；測試MMA防水體系與保護層GA之間的黏結(jié)強度和剪切強度，如圖1所示。

圖1 組合結(jié)構(gòu)黏結(jié)強度及抗剪強度試驗

表2 組合結(jié)構(gòu)黏結(jié)強度及抗剪強度試驗結(jié)果

3 組合結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定性研究

按3.5cmGA10+3.5cmSMA10、3.0cmGA10+4.0cmSMA13鋪裝方案成型組合結(jié)構(gòu)進行車轍試驗，動穩(wěn)定度試驗條件為70℃、0.707MPa，高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)果見表3，試驗現(xiàn)場如圖2所示。從表3可以看出，3.0cmGA10+4.0cmSMA13方案的抗車轍變形性能更優(yōu)，70℃動穩(wěn)定度達3000次/mm，在高溫、重載服役條件下更具有優(yōu)勢。

表3 組合結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)果

圖2 組合結(jié)構(gòu)高溫車轍試驗

4 組合結(jié)構(gòu)疲勞性能研究

采用鋼板+MMA防水體系+3.5cmGA10+3.5cmSMA10、鋼板+MMA防水體系+3.0cmGA10+4.0cmSMA13結(jié)構(gòu)參數(shù)成型五點加載復(fù)合梁。疲勞試驗溫度為20℃，加載波形為正弦波，加載頻率為10Hz，最大荷載為16.5kN，最小荷載為2.47kN，試驗過程現(xiàn)場如圖3所示，試驗結(jié)果如表4、圖4所示。

圖3 組合結(jié)構(gòu)疲勞試件成型與測試

表4 組合結(jié)構(gòu)疲勞試驗結(jié)果

圖4 組合結(jié)構(gòu)疲勞曲線

從表4、圖4可以看出，兩種組合結(jié)構(gòu)的五點加載復(fù)合梁疲勞壽命均滿足《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3364-02-2019）中極重、特重交通技術(shù)指標(biāo)不低于120萬次的要求。其中，3.0cmGA10+4.0cmSMA13試件加載至達到開裂破壞條件時疲勞次數(shù)為265.7萬次，超過規(guī)范要求的2.2倍，表明該組合結(jié)構(gòu)的疲勞性能十分優(yōu)異，具有較好的應(yīng)用價值。

5 組合結(jié)構(gòu)抗滑性能研究

3.5cmGA10+3.5cmSMA10和3.0cmGA10+4.0cmSMA13鋪裝方案的抗滑性能由磨耗層決定，試驗室碾壓成型的SMA，其表觀構(gòu)造往往與現(xiàn)場機械碾壓的存在一定差異。為了更貼切實際，選取湖北武漢某大跨徑鋼橋（GA10+SMA10）與重慶萬州某大跨徑鋼橋（GA10+SMA13）工后構(gòu)造深度檢測（見圖5）數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)果如表5所示。

圖5 構(gòu)造深度現(xiàn)場檢測

表5 構(gòu)造深度現(xiàn)場檢測結(jié)果

從現(xiàn)場檢測結(jié)果可知，SMA13的構(gòu)造深度為SMA10的1.11倍，且遠(yuǎn)大于《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50-2017）中規(guī)定的要求（≥0.55mm），表明SMA13比SMA10具有更優(yōu)的抗滑性能，更適合降雨量大的地區(qū)。

6 結(jié)束語

本文針對3.5cmGA10+3.5cmSMA10和3.0cmGA10+4.0cmSMA13兩種鋪裝方案，開展了組合結(jié)構(gòu)性能對比研究，得到如下主要結(jié)論：

（1）兩種鋪裝方案均具有良好的層間黏結(jié)抗剪性能和協(xié)同變形性能。其中，25℃黏結(jié)強度為1.21MPa、25℃抗剪強度為4.03MPa，五點加載復(fù)合梁疲勞壽命均高于120萬次。

（2）3.0cmGA10+4.0cmSMA13鋪裝方案的70℃動穩(wěn)定度達3000次/mm、構(gòu)造深度達1.14mm，均優(yōu)于3.5cmGA10+3.5cmSMA10鋪裝方案。

（3）在交通量大、貨車比例高、夏季服役氣溫高、年降雨量大等服役環(huán)境下，3.0cmGA10+4.0cmSMA13鋪裝方案比3.5cmGA10+3.5cmSMA10鋪裝方案更具優(yōu)勢。