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一、工程概況

某公路大橋施工規(guī)模較大，技術(shù)含量較高，橋的（42+42+300+300+42+42）m三塔斜拉主橋是特大混凝土箱梁橋，橋面全長(zhǎng)32.8m，凈寬2×11.78m，中央分隔帶寬3m。將雙邊三角箱預(yù)應(yīng)力混凝土梁用于768.5m的全長(zhǎng)主梁，梁高2m，并適當(dāng)加高塔部。該橋所處地區(qū)夏季多雨、冬季寒冷，日常汽車通行量較大、車輛超載數(shù)多，因此對(duì)瀝青路面性能提出了較高要求。由于橋面鋪裝體系受到荷載、溫度綜合應(yīng)力，以及橋梁彎曲、扭曲變形等復(fù)雜應(yīng)力的影響，考慮在縱橫向的荷載作用下，橋面產(chǎn)生局部明顯應(yīng)力情況。

二、剪應(yīng)力計(jì)算建模

（一）建模假設(shè)

根據(jù)橋面工程情況，該建模假設(shè)如下：

1.水泥混凝土橋面為連續(xù)均勻且各向同性的彈性材料。

2.低溫及常溫時(shí)瀝青混凝土為連續(xù)、均勻且各向同性彈性材料，用E、μ表示線彈性性質(zhì)。

3.橋面混凝土面板和瀝青鋪裝層自重忽略不計(jì)。

4.為避免防水黏結(jié)層所受集料鋪裝發(fā)生刺破現(xiàn)象，應(yīng)適量增加防水黏結(jié)層與橋面鋪裝層之間的咬合作用力和黏結(jié)力，以滿足施工所需；在防水黏結(jié)層撒碎石，起到保護(hù)作用；攤鋪碾壓面層后與鋪裝層形成整體，不在計(jì)算中單獨(dú)列出。

（二）建模過(guò)程

運(yùn)用20節(jié)點(diǎn)六面體等參元在鋪裝層，10節(jié)點(diǎn)四面體等參元在梁體，8節(jié)點(diǎn)板殼單元在梁體面板及瀝青鋪裝層防水黏結(jié)層和梁體橫隔板。取中跨標(biāo)準(zhǔn)梁端建立力學(xué)實(shí)體模型分析，通過(guò)在計(jì)算中考慮對(duì)稱橫梁橋跨一段，適當(dāng)加密網(wǎng)格荷載作用力，確保最終的計(jì)算結(jié)果符合精準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，遵循《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算荷載作用力面積，考慮30%沖擊系數(shù)，汽車單側(cè)輪0.6m×0.2m的接地面積，雙側(cè)輪的中心距離1.8m，壓強(qiáng)選擇0.78MPa。該橋均采用C55混凝土，用于主梁、橋面板，橫橋向加載荷位。

（三）計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算參數(shù)對(duì)剪應(yīng)力造成的影響發(fā)現(xiàn)：

1.當(dāng)防水黏結(jié)層厚度在1mm～4mm之間，最大剪應(yīng)力值基本不變，防水黏結(jié)層自身內(nèi)剪應(yīng)力略增并不會(huì)破壞橋面鋪裝剪切。

2.防水黏結(jié)層材料模量在10MPa、50MPa、100MPa、200MPa、300MPa和500MPa的不同情況下，隨著模量增加，防水黏結(jié)層本身承受的剪應(yīng)力也隨之增加。隨著防水黏結(jié)層接觸面模量的增加，最大剪應(yīng)力值降低，但是降幅較小。所以在施工過(guò)程中，僅從防水黏結(jié)層模量視角出發(fā)，模量在允許范圍內(nèi)越大越好。此外，還需綜合考慮防水黏結(jié)層材料的黏結(jié)性能、施工便利性和延伸率。

3.首先假定鋪裝層的上層厚度為5cm，下層分別為6cm、10cm、15cm；再假定下層為厚度5cm，上層分別為2cm、4cm、5cm。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋪裝層厚度增加所造成的受力影響較復(fù)雜，對(duì)于防水黏結(jié)層，下層底面鋪裝，防水黏結(jié)層和面板處受力呈遞減趨勢(shì)。

4.混凝土橋面板模量及瀝青混凝土鋪裝層模量比值計(jì)算公式為n=E水泥混凝土/E瀝青混凝土。n值代表橋面混凝土鋪裝層的模量改變情況，假定在36000MPa橋面梁板混凝土模量條件下，不同位置剪應(yīng)力分別在15、20、35、30時(shí)，結(jié)果如表1所示。研究發(fā)現(xiàn)瀝青混凝土和n之間負(fù)相關(guān)，具體表現(xiàn)為瀝青層剪應(yīng)力逐漸減小，剪應(yīng)力增長(zhǎng)幅度逐漸減緩，但瀝青鋪裝層模量和橋面模量差值逐漸增加。

三、防水黏結(jié)材料拉拔試驗(yàn)

在防水黏結(jié)層剪應(yīng)力的基礎(chǔ)上，為了模擬防水黏結(jié)層材料的應(yīng)用真實(shí)情況，此次實(shí)驗(yàn)采用車轍板試模成型試件。在特定模板（30×30×3.5）cm規(guī)格下，水泥混凝土的澆筑比值為C：S：G：W=430：605：1210：184，設(shè)計(jì)1.5%減水劑。將完全干燥混凝土塊浮漿打磨干凈，并將防水黏結(jié)層厚度涂刷后碾壓至3.5cm，選擇SMA13瀝青混凝土在冷卻后脫模切割，最終獲得試件規(guī)格為（50×50×70）mm。

常溫環(huán)境下，兩個(gè)混凝土層之間不加設(shè)防水黏結(jié)層，拉拔作用力強(qiáng)度明顯低于防水黏結(jié)材料。在3種防水黏結(jié)材料中，SBS瀝青接近于環(huán)氧瀝青效果，材料防水效果明顯。

根據(jù)工程環(huán)境的差異化溫度條件，SBS防水黏結(jié)層的材料性能要優(yōu)于環(huán)氧，但在該橋面防水中均作為專用適用型材料，隨著不同地區(qū)環(huán)境溫度改變材料的拉拔強(qiáng)度，高溫時(shí)僅達(dá)到常溫的10%。

表1 ?n模量比變化影響剪應(yīng)力

四、結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際的橋面混凝土防水黏結(jié)層施工過(guò)程中，需要依照工程項(xiàng)目的施工可行性、拉拔剪切有關(guān)性能結(jié)果，確定不同材料的最佳用量。該橋?qū)Ψ浪そY(jié)層材料的選擇、設(shè)計(jì)施工展開(kāi)分析，明確了在垂直、水平荷載作用力影響下，防水黏結(jié)層作為橋面薄弱剛度位、橋面最大剪應(yīng)力所在位，處于橋面板的中央縱向剪應(yīng)力位置。