水泥混凝土桥桥面铺装典型结构研究

张剑，董强，李忠林

(1重庆市江北嘴中央商务区开发投资有限公司重庆4000242重庆交通大学重庆400074)

水泥混凝土桥桥面铺装典型结构研究

张剑1，董强2，李忠林2

(1重庆市江北嘴中央商务区开发投资有限公司重庆4000242重庆交通大学重庆400074)

桥面铺装的质量直接影响着行车的安全性和舒适性，而桥面铺装的结构组合又直接决定了桥面铺装的质量。论文通过七种桥面铺装层材料的层间粘结性能试验、三种桥面铺装组合结构的温度稳定性试验和复合小梁弯曲疲劳试验，确定了桥面铺装层间粘结材料和沥青铺装结构的性能排序，在此基础上提出了桥面铺装的典型结构型式，可供桥面铺装设计和施工参考。

桥面铺装；层间界面；疲劳效应；组合结构；典型结构

引言

粘结层剪切破坏、车辙、推移、拥包和疲劳破坏是水泥混凝土桥面沥青铺装的常见损坏形式[1]-[4]。

行车荷载引起的垂直和水平方向的力综合作用在桥面铺装层产生剪应力，当层间粘结强度不足时，铺装层就会出现波状起伏或粘结层剪切破坏[1]，[3]；当这种剪应力超过沥青混合料材料自身的抗剪强度时，沥青铺装就会出现车辙、推移和拥包破坏[2]，[4]；当铺装层的层底拉应力大于材料的容许拉应力时，铺装层就会出现疲劳破坏[4]。本文从这三个方面考虑，分别进行桥面铺装层间粘结性能试验、桥面铺装结合结构车辙试验和组合结构小梁弯曲疲劳试验，以提出桥面铺装的典型结构型式。

1 桥面铺装层间粘结性能试验研究

防水粘结层材料是影响桥面铺装界面层强度的另一个重要的内在因素。论文对橡胶沥青、热涂SBS、SBR改性沥青、环氧沥青、AWP-2000F（纤维型）防水涂料、溶剂型涂料等七种防水粘结层材料在50℃下进行了斜剪试验，试验结果如图1所示。

图1 不同防水粘结层材料高温50℃抗剪强度的对比图

结果表明：橡胶沥青的抗剪强度和粘结强度都是最好的，其次是AWP-2000F防水涂料、热涂SBS改性沥青和SBR改性沥青（二者差别不大），溶剂型涂料强度最差。环氧沥青由于试验条件，数据离散程度很大，但从部分试验结果来看，其高温稳定性是所有材料中最好的。从材料的低温性能、抗老化性能以及施工方便性等方面考虑，AWP-2000F防水涂料是最好的。不仅其强度较高，满足要求，且由于纤维的增强作用，界面层的耐久性、低温抗开裂能力、抗施工硌破能力等都是最好的。在防水等级要求较高的桥梁中应该优先考虑采用AWP-2000F防水涂料。SBS和SBR改性沥青界面层强度基本上也是满足相关要求的，且其施工方便，施工质量容易控制，而造价较AWP-2000F防水涂料和环氧沥青低很多，因此，在一些工程上还是有很大的应用前景。溶剂型防水涂料界面层强度很低，因此不能用在对界面层强度要求较高的路段或是桥面铺装结构上，只能用于不考虑强度的一般性防水涂层中。

2 桥面铺装组合结构试验研究

沥青混合料铺装结构整体性反映了组成的各层材料综合力学性能与路用性能指标。通过对铺装结构的剪切试验、拉伸试验、渗水试验、动稳定度等试验来综合评价铺装组合层的整体性，现主要就组合结构的高温稳定性、耐久性展开探讨。

根据上述分析对以下三种铺装结构进行试验研究：

铺装方案一：上面层SMA-13(4cm)+下面层SMA-16 (6cm)。

铺装方案二：上面层SMA-13(4cm)+下面层AC-20 (6cm)。

铺装方案三：上面层SMA-13(5cm)+下面层SMA-10 (5cm)。

在以上材料满足规范要求的基础上，对以上三种铺装结构进行60℃动稳定度试验、耐久性试验。

2.1 温度稳定性

按以上三种方案成型车辙试件，然后根据规范要求进行60℃动稳定度的测试，以此评价沥青混合料组合结构的高温抗车辙性能试验数据如表1。

由表1可知，三种铺装组合结构60℃动稳定度都达到了4000次/毫米以上，都能满足规范技术要求，其中，以铺装方案三为最佳，达到了5000次/毫米以上。另外，可以发现三种铺装结构组合形式60min辙深度与60℃动稳定度变化的规律基本一致，从大到小依次为方案三＞方案一＞方案二。因此，说明以车辙试验与60℃动稳定度试验来评价桥面铺装结构组合具有一定的合理性，值得深入研究与应用。

2.2 耐久性

沥青路面耐久性的评价方法众多，如弯曲蠕变试验、（浸水）车辙试验、压缩蠕变试验、疲劳试验等，这里推荐用铺装组合结构的疲劳试验来评价其耐久性，因为疲劳特性可以反映沥青路面在反复荷载作用下抵抗破坏的能力。在气温环境影响下路面经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交替状态，尤其当今公路交通日益增长，汽车轴重不断增大，致使路面结构强度下降。当应力应变超过路面的疲劳极限时，路面将不足以抵抗车轮荷载而引起的开裂破坏，即产生疲劳破坏，它也是我们桥面铺装结构耐久性不足的重要原因之一。

试验采用MTS810沥青混合料试验机，复合试件按照厚度比例1∶1进行切割，再进行沥青混合料小梁试件的四点弯曲疲劳试验，试验采取偏正弦波形加载，频率10Hz，采用应变控制的模式，选择在500～1200之间的微应变，试验温度选为（15± 0.5）℃[1][2]。

表2 沥青混合料疲劳试验结果

由表2可知:当温度为15℃、控制应变均为1000 uε时，方案三组合结构复合小梁破坏时的疲劳次数为298755次，另两种方案小梁疲劳寿命次数分别在279540、278505次，可见方案三的疲劳寿命略高于前两种方案；方案三复合小梁累积耗散能为256.80MPa，也明显高于前两种方案，前两者基本相当，由于相同条件下复合小梁的最终破坏需要耗散更多的能量，因而累积耗散能越大，混合料抵抗破坏的能力则越强；方案三复合小梁试件破坏时的相位角为60.5，略大一些，而另两者相差无几，相位角越大抗疲劳性能越好；方案三小梁破坏时的弯曲劲度明显小于另两种小梁弯曲劲度，说明方案三小梁柔变性能好于另两者。综上所述，方案三组合结构的抗疲劳性能要略好于方案一、二，同时后两者的抗疲劳性能基本相当。

3 水泥混凝土桥桥面铺装典型结构研究

结合理论分析与室内试验研究，并考虑我国目前的实际情况，推荐桥面铺装沥青层厚度范围为5～12cm，特殊情况可适当增加。同时认为下列几种桥面铺装结构是可靠的、实用的，从长远上讲也是经济的。

单层式：4～5cm细粒式（或中粒式）沥青层（AC或SMA）+防水粘结层+防水混凝土；

双层式：上面层4～5cm细粒式或中粒式沥青混凝土+下面层5～6cm中粒式沥青混凝土+防水粘结层+防水混凝土；上面层4～5cmSMA-13+下面层3～4cmSMA-10+防水粘结层+防水混凝土。

防水粘结层包括粘层、防水卷材或防水涂膜，总厚度应在2～5mm之间。

表3 桥梁防水分级

根据我国桥面铺装的具体情况、桥面铺装病害调查、公路等级和桥梁的设计安全等级将桥梁对桥面的防水等级要求分为Ⅰ、Ⅱ两个等级，见表3。根据桥梁的防水等级要求对桥面铺装的典型结构进行相应的选择，并且提出了桥面铺装的典型结构图，如图2、图3所示。

图2 桥面铺装典型结构图（Ⅰ级）

图3 桥面铺装典型结构图（Ⅱ级）

4 结论

（1）在防水等级要求较高的桥梁中应该优先考虑采用AWP-2000F防水涂料。溶剂型防水涂料界面层强度很低，因此不能用在对界面层强度要求较高的路段或是桥面铺装结构上，只能用于不考虑强度的一般性防水涂层中。

（2）桥面铺装结构组合:①考虑温度稳定性，从高至低依次是：上面层SMA-13+下面层SMA-10、上面层SMA-13+下面层SMA-16、上面层SMA-13+下面层AC-20；②考虑耐久性能，从高至低是上面层SMA-13+下面层SMA-10、上面层SMA-13+下面层SMA-16、上面层SMA-13+下面层AC-20。

综合来看，方案三的性能最佳，因此推荐上面层SMA-13+下面层SMA-10的沥青混凝土组合结构作为水泥混凝土桥面沥青铺装的结构组合形式。

(3)在防水粘结层材料试验和桥面铺装组合结构试验的基础上提出了水泥混凝土桥桥面铺装典型结构型式。

[1]徐鸥明，韩森，于静涛.层间界面对混凝土桥面铺装结构性能的影响[J].长安大学学报(自然科学版)，2009，29（5）：17-20，53.

[2]郭靖宇.沥青混凝土桥面铺装常见病害成因分析[J].工程与建设，2009，29(5):277-278.

[3]Randy C.West，Jingna Zhang，Jason Moore.E-valuation of Bond Strength between Pavement Layers[R].December 2005.

[4]高英，黄晓明，许涛.水泥混凝土桥梁沥青混凝土铺装层的疲劳性能[J].交通运输工程学报.2006，6(1):39-43.

[5]廖卫东.基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构与材料研究[D].武汉：武汉理工大学，2007，06.

[6]王火明.刚柔复合式路面界面特性研究[D].重庆：重庆交通大学.2008，4.

[7]王火明，凌天清，肖友高，等.刚柔复合式路面界面层强度特性试验研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版)，2009，28（6）:1033-1036.

[8]李忠林.水泥砼桥面铺装结构与层间界面力学特性研究[D].重庆：重庆交通大学，2009，4.

[9]重庆高速公路集团有限公司.一般水泥混凝土桥桥面铺装关键技术研究总报告[R].2010，5.

[10]黄卫.大跨径桥梁钢桥面铺装设计理论与方法[M].北京：中国建筑工业出版社.2006，10.

[11]重庆交通科研设计院.公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南[M].北京：人民交通出版社.2006，12.

[12]CJJ139-2010，城市桥梁桥面防水工程技术规程[S].

责任编辑：余咏梅

施工经验

主次梁框架结构施工工艺改进

某23层框架结构办公楼现浇板所用混凝土量很大，为使现浇楼板厚度符合设计要求，结构受力合理；减少混凝土浪费，提高企业经济效益，项目部组织相关人员讨论研究，针对不同板厚及梁板配筋，综合考虑各种梁板主次梁节点处钢筋的交叉叠合状况，发现将主梁的梁底标高下沉20～30mm，则主次梁节点区域最上部钢筋保护层厚度和现浇板厚即能满足设计和规范要求。于是我们总结出一个较为合理的模板支设方法：主梁梁底模板相对原设计标高降低20～30 mm，梁板顶标高不变。

对于这一方法请结构专家和建筑设计人员进行分析，得出一致结论：降低主梁梁底标高20～30mm对建筑的使用功能无不利影响，而且由于主梁的断面有相应的高度增加，对结构受力和结构耐久性有利。同意主梁底下沉30mm的意见。

在施工中，针对主梁梁底模板相对原设计标高降低20～30mm，梁板顶标高不变的情况，项目技术部对木工和钢筋工等班组进行详细的技术交底：模板制作时，主梁模板侧帮制作高度比原设计增加3mm；混凝土柱浇筑时相应降低浇筑高度3mm，以不使钢筋骨架支点升高；设专人负责梁底的标高控制；现浇板上顶标高用水准仪抄平进行精确控制。

（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

张剑(1969-），男，回族，重庆人，硕士，高级工程师，主要从事市政设施工程建设与管理工作。