張劍，董強(qiáng)，李忠林

(1重慶市江北嘴中央商務(wù)區(qū)開發(fā)投資有限公司重慶4000242重慶交通大學(xué)重慶400074)

水泥混凝土橋橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)研究

張劍1，董強(qiáng)2，李忠林2

(1重慶市江北嘴中央商務(wù)區(qū)開發(fā)投資有限公司重慶4000242重慶交通大學(xué)重慶400074)

橋面鋪裝的質(zhì)量直接影響著行車的安全性和舒適性，而橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)組合又直接決定了橋面鋪裝的質(zhì)量。論文通過七種橋面鋪裝層材料的層間粘結(jié)性能試驗(yàn)、三種橋面鋪裝組合結(jié)構(gòu)的溫度穩(wěn)定性試驗(yàn)和復(fù)合小梁彎曲疲勞試驗(yàn)，確定了橋面鋪裝層間粘結(jié)材料和瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)的性能排序，在此基礎(chǔ)上提出了橋面鋪裝的典型結(jié)構(gòu)型式，可供橋面鋪裝設(shè)計(jì)和施工參考。

橋面鋪裝；層間界面；疲勞效應(yīng)；組合結(jié)構(gòu)；典型結(jié)構(gòu)

引言

粘結(jié)層剪切破壞、車轍、推移、擁包和疲勞破壞是水泥混凝土橋面瀝青鋪裝的常見損壞形式[1]-[4]。

行車荷載引起的垂直和水平方向的力綜合作用在橋面鋪裝層產(chǎn)生剪應(yīng)力，當(dāng)層間粘結(jié)強(qiáng)度不足時(shí)，鋪裝層就會(huì)出現(xiàn)波狀起伏或粘結(jié)層剪切破壞[1]，[3]；當(dāng)這種剪應(yīng)力超過瀝青混合料材料自身的抗剪強(qiáng)度時(shí)，瀝青鋪裝就會(huì)出現(xiàn)車轍、推移和擁包破壞[2]，[4]；當(dāng)鋪裝層的層底拉應(yīng)力大于材料的容許拉應(yīng)力時(shí)，鋪裝層就會(huì)出現(xiàn)疲勞破壞[4]。本文從這三個(gè)方面考慮，分別進(jìn)行橋面鋪裝層間粘結(jié)性能試驗(yàn)、橋面鋪裝結(jié)合結(jié)構(gòu)車轍試驗(yàn)和組合結(jié)構(gòu)小梁彎曲疲勞試驗(yàn)，以提出橋面鋪裝的典型結(jié)構(gòu)型式。

1 橋面鋪裝層間粘結(jié)性能試驗(yàn)研究

防水粘結(jié)層材料是影響橋面鋪裝界面層強(qiáng)度的另一個(gè)重要的內(nèi)在因素。論文對(duì)橡膠瀝青、熱涂SBS、SBR改性瀝青、環(huán)氧瀝青、AWP-2000F（纖維型）防水涂料、溶劑型涂料等七種防水粘結(jié)層材料在50℃下進(jìn)行了斜剪試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同防水粘結(jié)層材料高溫50℃抗剪強(qiáng)度的對(duì)比圖

結(jié)果表明：橡膠瀝青的抗剪強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度都是最好的，其次是AWP-2000F防水涂料、熱涂SBS改性瀝青和SBR改性瀝青（二者差別不大），溶劑型涂料強(qiáng)度最差。環(huán)氧瀝青由于試驗(yàn)條件，數(shù)據(jù)離散程度很大，但從部分試驗(yàn)結(jié)果來看，其高溫穩(wěn)定性是所有材料中最好的。從材料的低溫性能、抗老化性能以及施工方便性等方面考慮，AWP-2000F防水涂料是最好的。不僅其強(qiáng)度較高，滿足要求，且由于纖維的增強(qiáng)作用，界面層的耐久性、低溫抗開裂能力、抗施工硌破能力等都是最好的。在防水等級(jí)要求較高的橋梁中應(yīng)該優(yōu)先考慮采用AWP-2000F防水涂料。SBS和SBR改性瀝青界面層強(qiáng)度基本上也是滿足相關(guān)要求的，且其施工方便，施工質(zhì)量容易控制，而造價(jià)較AWP-2000F防水涂料和環(huán)氧瀝青低很多，因此，在一些工程上還是有很大的應(yīng)用前景。溶劑型防水涂料界面層強(qiáng)度很低，因此不能用在對(duì)界面層強(qiáng)度要求較高的路段或是橋面鋪裝結(jié)構(gòu)上，只能用于不考慮強(qiáng)度的一般性防水涂層中。

2 橋面鋪裝組合結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究

瀝青混合料鋪裝結(jié)構(gòu)整體性反映了組成的各層材料綜合力學(xué)性能與路用性能指標(biāo)。通過對(duì)鋪裝結(jié)構(gòu)的剪切試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、滲水試驗(yàn)、動(dòng)穩(wěn)定度等試驗(yàn)來綜合評(píng)價(jià)鋪裝組合層的整體性，現(xiàn)主要就組合結(jié)構(gòu)的高溫穩(wěn)定性、耐久性展開探討。

根據(jù)上述分析對(duì)以下三種鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)研究：

鋪裝方案一：上面層SMA-13(4cm)+下面層SMA-16 (6cm)。

鋪裝方案二：上面層SMA-13(4cm)+下面層AC-20 (6cm)。

鋪裝方案三：上面層SMA-13(5cm)+下面層SMA-10 (5cm)。

在以上材料滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，對(duì)以上三種鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行60℃動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)。

2.1 溫度穩(wěn)定性

按以上三種方案成型車轍試件，然后根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行60℃動(dòng)穩(wěn)定度的測(cè)試，以此評(píng)價(jià)瀝青混合料組合結(jié)構(gòu)的高溫抗車轍性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

由表1可知，三種鋪裝組合結(jié)構(gòu)60℃動(dòng)穩(wěn)定度都達(dá)到了4000次/毫米以上，都能滿足規(guī)范技術(shù)要求，其中，以鋪裝方案三為最佳，達(dá)到了5000次/毫米以上。另外，可以發(fā)現(xiàn)三種鋪裝結(jié)構(gòu)組合形式60min轍深度與60℃動(dòng)穩(wěn)定度變化的規(guī)律基本一致，從大到小依次為方案三＞方案一＞方案二。因此，說明以車轍試驗(yàn)與60℃動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)來評(píng)價(jià)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)組合具有一定的合理性，值得深入研究與應(yīng)用。

2.2 耐久性

瀝青路面耐久性的評(píng)價(jià)方法眾多，如彎曲蠕變?cè)囼?yàn)、（浸水）車轍試驗(yàn)、壓縮蠕變?cè)囼?yàn)、疲勞試驗(yàn)等，這里推薦用鋪裝組合結(jié)構(gòu)的疲勞試驗(yàn)來評(píng)價(jià)其耐久性，因?yàn)槠谔匦钥梢苑从碁r青路面在反復(fù)荷載作用下抵抗破壞的能力。在氣溫環(huán)境影響下路面經(jīng)受車輪荷載的反復(fù)作用，長(zhǎng)期處于應(yīng)力應(yīng)變交替狀態(tài)，尤其當(dāng)今公路交通日益增長(zhǎng)，汽車軸重不斷增大，致使路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降。當(dāng)應(yīng)力應(yīng)變超過路面的疲勞極限時(shí)，路面將不足以抵抗車輪荷載而引起的開裂破壞，即產(chǎn)生疲勞破壞，它也是我們橋面鋪裝結(jié)構(gòu)耐久性不足的重要原因之一。

試驗(yàn)采用MTS810瀝青混合料試驗(yàn)機(jī)，復(fù)合試件按照厚度比例1∶1進(jìn)行切割，再進(jìn)行瀝青混合料小梁試件的四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)采取偏正弦波形加載，頻率10Hz，采用應(yīng)變控制的模式，選擇在500～1200之間的微應(yīng)變，試驗(yàn)溫度選為（15± 0.5）℃[1][2]。

表2 瀝青混合料疲勞試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知:當(dāng)溫度為15℃、控制應(yīng)變均為1000 uε時(shí)，方案三組合結(jié)構(gòu)復(fù)合小梁破壞時(shí)的疲勞次數(shù)為298755次，另兩種方案小梁疲勞壽命次數(shù)分別在279540、278505次，可見方案三的疲勞壽命略高于前兩種方案；方案三復(fù)合小梁累積耗散能為256.80MPa，也明顯高于前兩種方案，前兩者基本相當(dāng)，由于相同條件下復(fù)合小梁的最終破壞需要耗散更多的能量，因而累積耗散能越大，混合料抵抗破壞的能力則越強(qiáng)；方案三復(fù)合小梁試件破壞時(shí)的相位角為60.5，略大一些，而另兩者相差無幾，相位角越大抗疲勞性能越好；方案三小梁破壞時(shí)的彎曲勁度明顯小于另兩種小梁彎曲勁度，說明方案三小梁柔變性能好于另兩者。綜上所述，方案三組合結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能要略好于方案一、二，同時(shí)后兩者的抗疲勞性能基本相當(dāng)。

3 水泥混凝土橋橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)研究

結(jié)合理論分析與室內(nèi)試驗(yàn)研究，并考慮我國(guó)目前的實(shí)際情況，推薦橋面鋪裝瀝青層厚度范圍為5～12cm，特殊情況可適當(dāng)增加。同時(shí)認(rèn)為下列幾種橋面鋪裝結(jié)構(gòu)是可靠的、實(shí)用的，從長(zhǎng)遠(yuǎn)上講也是經(jīng)濟(jì)的。

單層式：4～5cm細(xì)粒式（或中粒式）瀝青層（AC或SMA）+防水粘結(jié)層+防水混凝土；

雙層式：上面層4～5cm細(xì)粒式或中粒式瀝青混凝土+下面層5～6cm中粒式瀝青混凝土+防水粘結(jié)層+防水混凝土；上面層4～5cmSMA-13+下面層3～4cmSMA-10+防水粘結(jié)層+防水混凝土。

防水粘結(jié)層包括粘層、防水卷材或防水涂膜，總厚度應(yīng)在2～5mm之間。

表3 橋梁防水分級(jí)

根據(jù)我國(guó)橋面鋪裝的具體情況、橋面鋪裝病害調(diào)查、公路等級(jí)和橋梁的設(shè)計(jì)安全等級(jí)將橋梁對(duì)橋面的防水等級(jí)要求分為Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)等級(jí)，見表3。根據(jù)橋梁的防水等級(jí)要求對(duì)橋面鋪裝的典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的選擇，并且提出了橋面鋪裝的典型結(jié)構(gòu)圖，如圖2、圖3所示。

圖2 橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)圖（Ⅰ級(jí)）

圖3 橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)圖（Ⅱ級(jí)）

4 結(jié)論

（1）在防水等級(jí)要求較高的橋梁中應(yīng)該優(yōu)先考慮采用AWP-2000F防水涂料。溶劑型防水涂料界面層強(qiáng)度很低，因此不能用在對(duì)界面層強(qiáng)度要求較高的路段或是橋面鋪裝結(jié)構(gòu)上，只能用于不考慮強(qiáng)度的一般性防水涂層中。

（2）橋面鋪裝結(jié)構(gòu)組合:①考慮溫度穩(wěn)定性，從高至低依次是：上面層SMA-13+下面層SMA-10、上面層SMA-13+下面層SMA-16、上面層SMA-13+下面層AC-20；②考慮耐久性能，從高至低是上面層SMA-13+下面層SMA-10、上面層SMA-13+下面層SMA-16、上面層SMA-13+下面層AC-20。

綜合來看，方案三的性能最佳，因此推薦上面層SMA-13+下面層SMA-10的瀝青混凝土組合結(jié)構(gòu)作為水泥混凝土橋面瀝青鋪裝的結(jié)構(gòu)組合形式。

(3)在防水粘結(jié)層材料試驗(yàn)和橋面鋪裝組合結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了水泥混凝土橋橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)型式。

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責(zé)任編輯：余詠梅

施工經(jīng)驗(yàn)

主次梁框架結(jié)構(gòu)施工工藝改進(jìn)

某23層框架結(jié)構(gòu)辦公樓現(xiàn)澆板所用混凝土量很大，為使現(xiàn)澆樓板厚度符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)受力合理；減少混凝土浪費(fèi)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，項(xiàng)目部組織相關(guān)人員討論研究，針對(duì)不同板厚及梁板配筋，綜合考慮各種梁板主次梁節(jié)點(diǎn)處鋼筋的交叉疊合狀況，發(fā)現(xiàn)將主梁的梁底標(biāo)高下沉20～30mm，則主次梁節(jié)點(diǎn)區(qū)域最上部鋼筋保護(hù)層厚度和現(xiàn)澆板厚即能滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。于是我們總結(jié)出一個(gè)較為合理的模板支設(shè)方法：主梁梁底模板相對(duì)原設(shè)計(jì)標(biāo)高降低20～30 mm，梁板頂標(biāo)高不變。

對(duì)于這一方法請(qǐng)結(jié)構(gòu)專家和建筑設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分析，得出一致結(jié)論：降低主梁梁底標(biāo)高20～30mm對(duì)建筑的使用功能無不利影響，而且由于主梁的斷面有相應(yīng)的高度增加，對(duì)結(jié)構(gòu)受力和結(jié)構(gòu)耐久性有利。同意主梁底下沉30mm的意見。

在施工中，針對(duì)主梁梁底模板相對(duì)原設(shè)計(jì)標(biāo)高降低20～30mm，梁板頂標(biāo)高不變的情況，項(xiàng)目技術(shù)部對(duì)木工和鋼筋工等班組進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底：模板制作時(shí)，主梁模板側(cè)幫制作高度比原設(shè)計(jì)增加3mm；混凝土柱澆筑時(shí)相應(yīng)降低澆筑高度3mm，以不使鋼筋骨架支點(diǎn)升高；設(shè)專人負(fù)責(zé)梁底的標(biāo)高控制；現(xiàn)澆板上頂標(biāo)高用水準(zhǔn)儀抄平進(jìn)行精確控制。

（摘自：《建筑工人》）

On Typical Structure of Bridge Deck Pavement above Cement Concrete Bridge

Safe and comfortable transportation of Vehicle are affected by quality of bridge deck pavement，the pavement of which，in turn，by composite Structure of bridge deck pavement.Through interlayer cohesive test with seven sorts of material，hot stability and fatigue bending test with three composite Structures，the performance sequence of interlayer cohesive material and composite Structures has been confirmed，the typical structure of bridge deck pavement has been advanced on the basis of the experiment，which can be used as references for the design and construction of bridge deck pavement.

bridge deck pavement;interlayer;fatigue effect;composite structure;typical structure

U416.217

：A

：1671-9107（2010）10-0001-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.10.001

2010-7-27

張劍(1969-），男，回族，重慶人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事市政設(shè)施工程建設(shè)與管理工作。