張 毅，李 璐，劉 攀

（重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶401336）

0 引 言

鋼橋面鋪裝是直接鋪設(shè)在鋼橋面板上、與鋼橋面結(jié)構(gòu)共同承重的單層或雙層承重構(gòu)造物［1］。它除了具有普通橋面的功能外，還應(yīng)具有較強(qiáng)的強(qiáng)度、疲勞耐久性、變形穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性等［2］。沌口長(zhǎng)江公路大橋因重載交通量巨大，氣溫極熱，鋼橋面鋪裝溫度高，就特別需要鋪裝結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，以免產(chǎn)生車轍、滑移、擁包、開裂、坑槽等病害［3－4］。縱觀中國(guó)鋼橋面鋪裝的使用現(xiàn)狀，雙層SMA、澆注式瀝青混凝土及環(huán)氧瀝青混凝土是常見的3種形式。其中，雙層SMA具有高溫性能優(yōu)、施工易控制、建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，但在夏季高溫下其與鋼板的黏結(jié)性差，易出現(xiàn)層間脫層、推移病害；環(huán)氧瀝青混凝土性能優(yōu)異，然而其施工工藝復(fù)雜，施工條件苛刻，成本高，推廣較為困難；澆注式瀝青混凝土具有與鋼板追從性好、防水效果優(yōu)良、抗疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，施工時(shí)呈流淌狀態(tài)，無(wú)需碾壓，施工簡(jiǎn)便，因此下層澆注式瀝青混凝土、上層SMA是目前較為成功的鋪裝方案之一［5－8］，不過(guò)其高溫穩(wěn)定性能（特別在高溫重載條件下）仍略顯不足。詹成根等［9］根據(jù)馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋鋼橋面鋪裝的使用條件和技術(shù)要求，對(duì)比研究了上述3種鋪裝方案的技術(shù)性能、建設(shè)條件適應(yīng)性、使用性能及建設(shè)費(fèi)用，結(jié)果表明，雙層環(huán)氧瀝青混凝土方案優(yōu)于雙層SMA方案，且GA＋SMA方案最佳。陳先華等［10］根據(jù)大跨徑鋼橋面鋪裝的使用性能要求，通過(guò)一系列試驗(yàn)指出澆注式瀝青混凝土在鋼橋面鋪裝中應(yīng)用比SMA更有優(yōu)勢(shì)。劉穎［11］對(duì)鋼橋面GA＋SMA方案鋪裝結(jié)構(gòu)的材料性能進(jìn)行優(yōu)化，獲得了性能良好的瀝青膠結(jié)料。在了解各類鋪裝材料特性和適用性的基礎(chǔ)上，重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司針對(duì)性地提出了聚合物復(fù)合改性瀝青GA－10和高彈改性瀝青SMA－10組合的鋪裝結(jié)構(gòu)方案。為了確保大橋的施工質(zhì)量，在實(shí)橋鋪裝前進(jìn)行了試驗(yàn)段鋪裝，評(píng)價(jià)、分析試驗(yàn)段鋪裝結(jié)構(gòu)的路用性能，并模擬控制生產(chǎn)施工工藝、組織協(xié)調(diào)及施工質(zhì)量，以確保主橋鋪裝成功。

1 項(xiàng)目概況

沌口長(zhǎng)江公路大橋及接線工程連接武漢市四環(huán)線西、南段，是四環(huán)線的重要組成部分和跨越長(zhǎng)江的關(guān)鍵性控制工程之一。線路起點(diǎn)位于武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)徐家堡，接漢洪高速公路，過(guò)沌南洲，跨長(zhǎng)江，于石咀李家村下游跨武金堤至長(zhǎng)江南岸，再過(guò)青菱湖，跨青鄭高速，止于107國(guó)道，全長(zhǎng)8．599km。其中主橋長(zhǎng)1 510m，為100m＋275m＋760m＋275 m＋100m的鋼箱梁斜拉橋。全線采用雙向八車道高速公路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為100km·h－1，設(shè)計(jì)安全等級(jí)為Ⅰ級(jí)，車輛荷載等級(jí)為公路－Ⅰ級(jí)，路基標(biāo)準(zhǔn)寬度為41m，橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度為40．5m。

大橋所在地武漢屬北亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，有雨量充沛、日照充足、夏季酷熱、冬季寒冷的特點(diǎn)。夏季極長(zhǎng)，達(dá)135d，夏季普遍氣溫高于37℃，極端最高氣溫為41．3℃。

根據(jù)沌口長(zhǎng)江公路大橋的實(shí)際情況，確定采用上面層澆注式瀝青混凝土GA、下面層SMA的鋪裝結(jié)構(gòu)。

2 試驗(yàn)段基本情況

2．1 試驗(yàn)段位置

根據(jù)大橋建設(shè)的實(shí)際情況，選擇線下拌合站混凝土基面為本次試驗(yàn)段的施工區(qū)域，長(zhǎng)82m、寬6．1m，如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)段施工位置

2．2 鋪裝結(jié)構(gòu)

沌口長(zhǎng)江公路大橋鋼橋面行車道采用防水黏結(jié)層、35mm聚合物復(fù)合改性瀝青GA－10、改性乳化瀝青黏層、35mm高彈改性瀝青SMA－10的鋪裝結(jié)構(gòu)，具體如圖2所示。試驗(yàn)段鋪裝結(jié)構(gòu)的厚度及層位與主橋完全一致。

圖2 沌口長(zhǎng)江公路大橋鋼橋面行車道鋪裝結(jié)構(gòu)

2．3 鋪裝材料

2．3．1 瀝青

用于下面層GA－10混合料的瀝青采用聚合物復(fù)合改性瀝青，用于上面層SMA－10混合料的瀝青采用高彈改性瀝青，其技術(shù)要求及檢測(cè)結(jié)果分別見表1、2。

2．3．2 集料及礦粉

粗集料采用堅(jiān)硬、耐磨的玄武巖碎石，細(xì)集料采用石灰?guī)r碎石，礦粉為石灰?guī)r礦粉。技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2．3．3 其他

上面層SMA－10用纖維為聚酯纖維，預(yù)拌瀝青碎石采用粒徑10～15mm的玄武巖，主要技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

表1 聚合物改性瀝青技術(shù)要求及檢測(cè)結(jié)果

表2 高彈改性瀝青技術(shù)要求及檢測(cè)結(jié)果

2．4 配合比設(shè)計(jì)

GA－10混合料3＃熱料倉(cāng)（6～11mm）、2＃熱料倉(cāng)（3～6mm）、1＃熱料倉(cāng)（0～3mm）、礦粉的比例為30∶14∶20∶26，最佳油石比為7．7%。

SMA－10混合料3＃熱料倉(cāng)（6～11mm）、2＃熱料倉(cāng)（3～6mm）、1＃熱料倉(cāng)（0～3mm）、礦粉的比例為56∶15∶20∶9，最佳油石比為6．0%，聚酯纖維用量為混合料總質(zhì)量的0．25%。

3 試驗(yàn)段鋪裝結(jié)構(gòu)材料性能評(píng)價(jià)

3．1 澆注式瀝青混合料的流動(dòng)性

劉埃爾流動(dòng)度可用來(lái)表征澆注式瀝青混合料的施工和易性。澆注式瀝青混合料依靠自身流淌形成密實(shí)結(jié)構(gòu)，無(wú)需碾壓［12］，其較好的流動(dòng)性不僅有利于澆注式瀝青混合料形成密實(shí)結(jié)構(gòu)，還可以降低攤鋪難度，方便碎石壓入，加快攤鋪行進(jìn)速度。澆注式瀝青混合料施工是在220℃～250℃高溫下進(jìn)行的，溫度對(duì)澆注式瀝青混合料流動(dòng)性的影響如表3所示。

表3表明，溫度對(duì)澆注式瀝青混合料流動(dòng)性的影響較為顯著，隨著溫度的升高，劉埃爾流動(dòng)度逐漸降低。在具體施工過(guò)程中，可以通過(guò)改變溫度來(lái)改變混合料的流動(dòng)性，但溫度范圍有限。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)流動(dòng)度小于40s時(shí)，澆注式瀝青混合料即可澆注成型。此外，要盡量保證施工安全性以及防止混合料由于高溫而老化。綜合考慮，澆注式瀝青混合料的適宜施工溫度在230℃～240℃。

表3 澆注式瀝青混合料流動(dòng)度試驗(yàn)結(jié)果

3．2 鋪裝組合結(jié)構(gòu)的高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料在高溫條件下，經(jīng)過(guò)車輛荷載的反復(fù)作用，易產(chǎn)生車轍、推移、擁包等永久變形，降低瀝青路面的使用性能，危及行車安全。對(duì)于鋼橋面鋪裝來(lái)說(shuō)，鋪裝層的夏季使用溫度更高（可達(dá)70℃以上），鋪裝層相比普通高等級(jí)路面厚度偏小，因此鋼橋面鋪裝應(yīng)當(dāng)具有更好的高溫穩(wěn)定性來(lái)保證其使用性能［13］。

3．2．1 下面層GA－10的高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

貫入度和貫入度增量可表征澆注式瀝青混合料在靜載情況下的高溫穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。可以看出，GA－10的60℃貫入度及其增量較小，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求，且相比傳統(tǒng)澆注式瀝青混合料，其高溫性能更為優(yōu)異。

表4 澆注式瀝青混合料GA－10的貫入度試驗(yàn)結(jié)果（60℃）

車轍試驗(yàn)?zāi)茌^好地反映瀝青路面的實(shí)際抗車轍能力，為了進(jìn)一步分析澆注式瀝青混合料的高溫變形情況，進(jìn)行車轍試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5 澆注式瀝青混合料GA－10的車轍試驗(yàn)結(jié)果（60℃）

澆注式瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性主要來(lái)自混合料中的瀝青瑪蹄脂，采用黏度較高的聚合物復(fù)合改性瀝青可以有效提高澆注式瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。由于澆注式瀝青混合料瀝青含量高，其動(dòng)穩(wěn)定度要比其他類型的混合料低，設(shè)計(jì)中要求其60℃動(dòng)穩(wěn)定度不小于350次·mm－1。由表5可以看出，澆注式瀝青混合料GA－10的60℃動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到603次·mm－1，結(jié)合表4可知，澆注式瀝青混合料GA－10的高溫性能完全滿足設(shè)計(jì)要求。

在澆注式瀝青混合料施工過(guò)程中，采用專用預(yù)拌碎石撒布機(jī)撒布7～12kg·m－2的預(yù)拌碎石，覆蓋率以60%～80%為宜，通過(guò)人工滾筒碾壓與小鋼輪碾壓的方式將其壓入混合料中，測(cè)試預(yù)裹碎石澆注式瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，結(jié)果如表6所示。

表6 預(yù)裹碎石澆注式瀝青混合料GA－10的車轍試驗(yàn)結(jié)果

表6表明，預(yù)裹碎石的壓入能提高澆注式瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，但是碎石的壓入并沒能改變混合料的結(jié)構(gòu)類型，因此提高效果相對(duì)有限。車轍試驗(yàn)時(shí)，碎石會(huì)向澆注式瀝青混合料中嵌擠，由于澆注式瀝青混合料的可塑性會(huì)使包裹它的混合料產(chǎn)生多個(gè)方向的反作用力，實(shí)質(zhì)上是增大了膠輪的承載面積［14］。

3．2．2 上面層SMA－10的高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中車轍試驗(yàn)方法來(lái)評(píng)價(jià)SMA－10混合料的高溫穩(wěn)定性?？紤]到鋼橋面鋪裝在夏季高溫天氣溫度可達(dá)70℃，且上面層直接承受行車荷載的作用，因此增加70℃的車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 SMA－10車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，溫度對(duì)上面層SMA－10混合料的高溫穩(wěn)定性影響顯著，60℃動(dòng)穩(wěn)定度接近7 000次·mm－1，70℃動(dòng)穩(wěn)定度為3 576次·mm－1（大于設(shè)計(jì)要求2 500次·mm－1）。這表明SMA－10混合料具有較為優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，適用于上面層鋪裝。

3．2．3 鋪裝組合結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

在實(shí)際使用過(guò)程中，組合結(jié)構(gòu)要共同承受車輛荷載的作用，故采用車轍試驗(yàn)與車轍深度分別測(cè)試60℃和70℃條件下組合結(jié)構(gòu)的動(dòng)穩(wěn)定度，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 組合結(jié)構(gòu)車轍試驗(yàn)結(jié)果

從表8可以看出，鋪裝組合結(jié)構(gòu)的60℃動(dòng)穩(wěn)定度可達(dá)到5 568次·mm－1，70℃動(dòng)穩(wěn)定度也有3 100次·mm－1。由此可見，聚合物復(fù)合改性瀝青GA－10和高彈改性瀝青SMA－10的組合結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，能滿足沌口長(zhǎng)江公路大橋高溫重載的苛刻使用條件。

3．3 鋪裝組合結(jié)構(gòu)的低溫抗裂性

采用彎曲大梁試驗(yàn)評(píng)價(jià)組合結(jié)構(gòu)的低溫抗裂性，試件尺寸為300mm×100mm×50mm，試驗(yàn)溫度為－10℃，試驗(yàn)速度為50mm·min－1。彎曲梁受荷載面為成型車轍的反面，用以模擬實(shí)際鋼橋面鋪裝最不利荷載位置的負(fù)彎矩變形。試驗(yàn)結(jié)果如表9所示，可以看出，該鋪裝結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較高的低溫抗彎應(yīng)變，并且遠(yuǎn)大于8 000（10－6）的規(guī)范要求，這表明鋪裝組合結(jié)構(gòu)具有良好的變形性能和抗疲勞開裂能力。

表9 組合結(jié)構(gòu)低溫大梁試驗(yàn)結(jié)果

3．4 鋪裝組合結(jié)構(gòu)的疲勞性能

疲勞破壞是鋼橋面鋪裝最主要的破壞形式之一，目前主要通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)鋪裝體系的疲勞壽命［15］。依據(jù)美國(guó)SHRPM－009標(biāo)準(zhǔn)，采用 UTM－100瀝青混合料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，試件尺寸為50mm×65mm×385mm，試驗(yàn)溫度為15℃，加載波形為Haversine（偏正弦波），加載頻率為10Hz。試驗(yàn)結(jié)果如表10所示。

表10 組合結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知，沌口長(zhǎng)江公路大橋試驗(yàn)段鋪裝結(jié)構(gòu)疲勞性能優(yōu)異，疲勞壽命大于100萬(wàn)次，完全能夠滿足主橋使用條件對(duì)混合料柔性提出的苛刻要求。同時(shí)從組合結(jié)構(gòu)的破壞狀況可以看出，破壞面多出現(xiàn)在鋪裝層與防水黏結(jié)層之間，說(shuō)明防水黏結(jié)層比混合料更易發(fā)生疲勞損壞。

3．5 鋪裝組合結(jié)構(gòu)的其他性能

3．5．1 抗滑性能

按照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG E60—2008）對(duì)SMA－10進(jìn)行構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)測(cè)試，結(jié)果如表11所示。

表11 SMA－10構(gòu)造深度及摩擦系數(shù)測(cè)試結(jié)果

由測(cè)試結(jié)果可知，試驗(yàn)段攤鋪區(qū)構(gòu)造深度均滿足設(shè)計(jì)要求，平均值為0．85mm，摩擦系數(shù)平均值為69，表明鋪裝組合結(jié)構(gòu)具有良好的抗滑性能。

3．5．2 防水性能

根據(jù)橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)體系要求，防水層上的瀝青混凝土在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的同時(shí)，還應(yīng)兼具防水保護(hù)功能。按照規(guī)范要求進(jìn)行滲水系數(shù)試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如表12所示。

表12 SMA－10滲水系數(shù)測(cè)試結(jié)果

由測(cè)試結(jié)果可知，試驗(yàn)段SMA－10滲水系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，基本不滲水，表明鋪裝組合結(jié)構(gòu)的防水性能良好。

3．6 鋪裝組合結(jié)構(gòu)性能對(duì)比

將本次沌口長(zhǎng)江大橋的鋪裝組合結(jié)構(gòu)與其他代表性橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行對(duì)比，如表13所示，可見沌口長(zhǎng)江大橋的鋪裝結(jié)構(gòu)方案具有優(yōu)良的高低溫性能、疲勞性能、抗滑性能及防水性能。

表13 不同鋼橋面鋪裝組合結(jié)構(gòu)性能對(duì)比

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)沌口長(zhǎng)江公路大橋試驗(yàn)段鋪裝結(jié)構(gòu)聚合物復(fù)合改性瀝青GA－10、高彈改性瀝青SMA－10性能的檢測(cè)與研究，得出以下結(jié)論。

（1）沌口長(zhǎng)江公路大橋橋面鋪裝材料的施工工藝合理，施工質(zhì)量較優(yōu)。澆注式瀝青混合料GA－10和SMA－10混合料配合比設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

（2）下面層澆注式瀝青混合料GA－10在240℃左右具有良好的流動(dòng)性，易于施工；其60℃貫入度及動(dòng)穩(wěn)定度滿足設(shè)計(jì)要求，高溫性能良好，上面層SMA－10混合料具有優(yōu)異的抗車轍性能，鋪裝組合結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定性優(yōu)異；鋪裝組合結(jié)構(gòu)還具有良好的低溫抗裂性和疲勞性能，其低溫彎曲應(yīng)變和疲勞壽命分別超過(guò)12 000（10－6）和100萬(wàn)次；此外，攤鋪區(qū)試驗(yàn)段的抗滑性能和防水性能良好。因此，該鋪裝組合結(jié)構(gòu)能夠滿足沌口長(zhǎng)江公路大橋橋面鋪裝的使用條件。

（3）沌口長(zhǎng)江公路大橋 GA－10＋SMA－10試驗(yàn)段鋪裝是成功的，其試驗(yàn)段鋪裝結(jié)構(gòu)的性能研究為主橋鋼橋面鋪裝提供了有效的技術(shù)保障，并促進(jìn)了中國(guó)鋼橋面鋪裝的技術(shù)發(fā)展。