水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装的综合技术研究

孙延伟

摘 要：桥梁是道路中的“接口”，连接着各方道路，是道路的重要组成部分，桥梁的结构和铺筑施工决定着桥梁的功用和性能的好坏，进而影响着桥面交通通行质量的好坏。水泥混凝土结构的桥梁是应用最为普遍和广泛的公路桥梁形式之一，因而，水泥混凝土桥面铺装技术的研究、开发及应用也十分重要。本文针对不同路况下对水泥混凝土结构桥梁的桥面铺筑结合沥青混凝土的应用和铺装进行分析、谈论与研究。

关键词：桥梁桥面铺装；水泥混凝土；沥青混凝土；应用与研究

中图分类号：U443 文献标识码：A

随着我国经济的持续稳定增长，我国人民生活水平的不断提高，国民对交通出行的要求也不断提高，现有的公路交通也随之不断地发展和进步。科学技术的不断发展与创新，为各行各业的发展提供了动力与便捷，人们生活更加便利了，交通出行也涌现了各式各样的车辆。同时，对于公路交通也是巨大的考验，公路交通的修建也是重中之重，同时也要科技创新、与时俱进、实事求是的根据现有以及预期的交通量进行合理地规划和建设。在发展公路交通的过程中，往往需要大量的公路桥梁的配合，桥梁的建设过程中桥梁结构设计、施工以及桥面沥青混凝土的铺装等等都十分重要，因为都会影响到桥梁使用性能进而影响到整个公路交通的功能。而根据各地公路桥梁的使用情况可知，公路桥梁问题中比较常见的就是桥面沥青层出现开裂、坑洼，甚至是炎热天气时候出现沥青液化粘黏过往车辆的轮胎；出现的裂缝或坑槽不能及时发现和处理的话会加剧损坏程度，进而影响桥梁的结构腐蚀钢筋骨架等等，严重威胁着通行的安全。因而，本文的研究分析的重点主要针对水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装的具体应用和出现的一些问题。

一、混凝土桥面沥青铺装的概述

水泥混凝土面板存在较多的小型或微型空隙，在强度形成过程中产生较大的水化热会导致混凝土内部产生微小的裂隙，这些空隙和裂隙的存在都会进而影响混凝土板梁的使用寿命。因而在桥梁建设过程中要针对桥梁结构类型的受力、交通量、气候环境等等进行合理的设计和施工。一般来说，水泥混凝土桥面铺装层为两层的结构体系，表层负责正常的行驶功能，而下层负责防水隔离等功能。

桥面的交通通行环境比普通路面要复杂得多，除了通车状况外还与气候、地形地势等诸多因素有关。如：要承受的变形及应力、行车与负载的振动、铺装温度等条件均比正常的公路等路面要复杂。因而，对桥面的铺装性能与耐久性能均有更高的要求。这也意味着对从结构设计到方案确定，再到材料选用以及施工都需要科学严谨，还要以各种技术为基础来保证桥梁桥面的规格、要求和质量。因而，相比较其他类型的路面的要求，对于桥梁桥面的要求还要着重注意和预防一些常见的问题，针对复杂的影响桥面质量的因素对设计和铺筑提出以下性能的要求：

（1）防侵蚀的性能：桥梁的建造形成一个有机的整体，而侵蚀主要来自恶劣的自然环境。如风的吹蚀风化、空气中水分的附着氧化，主要还是来自雨水的冲刷以及水纹环境带来的各种酸碱性等的腐蚀和渗透。而这些威胁主要来自表层的结构，因而沥青层必须要有足够的密水性和抗水耐水能力，也就意味着沥青混凝土自身的孔隙率小于一定的標准（4%，因为这些微小的空隙是水分的通道和侵蚀作用的关键）。同时在桥面板以及相邻铺装层配置防水层进而形成抗剪连接的各层组合体，必要时还要设置缓冲层。

（2）层间黏结性能：相邻层间必须具有良好的黏结性，以保证桥面铺装与桥面板紧密结合，保证在受到载荷作用、震动、高温、低温等比较剧烈性的变化时候，各层之间紧紧黏结进而构成有机的整体。

（3）表面耐高温稳定性：高温季节，路面桥面等都会面临路面高温的问题，所以对于桥梁桥面的抗高温蠕变和抗剪特性的要求比较高，就是为了防止车辆对路面尤其桥面的车辙、变形等危害，也提高了桥梁的质量和寿命。

（4）整体结构上的力学性能：在设计之初，对桥梁结构进行整体的受力分析，对于不同层面的受力、受压以及受拉的应变进行分析，考虑各层或者两主体可能承受的载荷和变形情况进行合理地分析、评估，对于可能产生的力矩或扭矩进行平衡性的谈论研究。针对沥青铺装层表面抗裂性的要求和相应的应力、应变评估校核，对于混凝土面板的抗变能力以及挠曲度等进行评价和适应。其次，就是与之息息相关的耐久、疲劳等特性的考量，也就关乎材料的选择和使用，在选材上要选择具有针对气候环境复杂多变的抗老化性能优良的建筑材料，当然也可以考虑新型的材料或是开发研究符合要求的复合材料等。为了满足各类力学性能要合理地设计各层的厚度等，考虑桥梁承重、配重等。

（5）铺装层表面性能：铺装层主要指桥梁桥面的状况，也就是铺筑完成后的通行的路面桥面。既要保证桥面的规范平整以减少结构少的不必要的冲击震动等，又要保证良好的粗糙度以保证车辆轮胎和桥面接触摩擦时候防滑等。

由功能要求可知相应结构：防腐层主要负责封闭水泥混凝土桥面板表面，填充空隙，防止水对桥面板和钢筋的腐蚀，进而起到渗透固结的作用；防水层主要负责防水和黏结；黏结层主要负责层与层之间的连接，同时工程材料本身也要求良好的粘接性能；缓冲层主要负责保护防水层，提高铺装结构的耐用性能；保护层主要负责各类力学性能以及良好的热稳定性等。

磨耗层则是直接暴露在空气中和车辆等相接触，提供良好的行驶平台，同时表现为适应各类环境和状况（包括极端天气等也保证良好的行驶性能）。

二、混凝土桥面沥青铺装层应用的现状

近年来我国对公路建设的大力发展，离不开这些年对桥面铺装技术的研究应用和经验的积累总结，虽然国内外发展类似，但是各国的地理环境等不尽相同，具体的方案设计到实际施工建成再到通行的过程都要因地制宜、符合实际状况，所以我国桥梁桥面的铺装发展仍然有深入研究的空间。具体应用上，我国和一些桥梁环境相似的国家多采用有防水层、沥青混凝土面板层结构的铺装方式，而欧美一些国家因为一些不同环境或发展多采用多层式防水体系的铺装，整体上厚度较大达到4cm～10cm或者更厚。在防水材料的选择使用和修筑加工的工艺上，各国之间的发展和应用不尽相同，发达国家与发展中国家的经验技术等也有很大的影响，进而形成了不同的铺装理论体系和应用施工方法经验的积累。无论是卷材还是涂抹类的防水层应用，都是根据实际情况做的相适应的应用。国内外对于建成的桥梁也都有在短期内出现问题的一些相似例子，究其原因，不仅有一些铺装层常见的问题和危害，还出现了一些剪力结构的问题。进一步探究，可以发现具体方案设计和各类环境变化的匹配以及持续发展的评估。具体表现为交通通行、行车流量负载、环境载荷侵蚀等复杂的环境，同时历史的因素如地理地形、气候变化、水纹、施工条件和标准、施工技术、设计方案的评估等。就我国的一些桥梁而言，尤其是对于一些高速或者大型重要的桥梁，通常跨径、坡度、交通量比较大，车流比较大载荷区域相对集中，尤其路面的中心区域的沥青混凝土和水泥混凝土面板的结合部分随着沥青出现拥抱、开裂、坑槽进而脱落成大面积损坏。这些桥面铺装层破坏容易出现在早期有诸多原因：

（1）自然因素

气候带来的变化，雨水酸碱性的侵蚀、风化、地理结构随环境的衍化等。由于沥青材料的自身粘附性差、空隙率的原因，给雨水等的渗入提供了可能。而环境的恶劣的变化、急剧变化加上车辆的冲击，使得雨水的冲刷不断对沥青层造成破坏和侵蚀，最终进而影响水泥混凝土面板的结构，在压力等综合作用下的混合物质甚至腐蚀桥梁的钢结构，威胁桥梁和通行的安全。

其次，是气候变化的温度带来的影响。热胀冷缩的剧烈变化也会对桥梁结构的材料造成影响。尤其是桥梁的结构比之正常的路面夏季更热，冬季更冷，所以对于铺装的过程中材料要求更高，其施工和应用的技术也更加严格。冷热的变化使材料变化，进而导致桥面变形，空隙增大给尘埃、雨水等的侵蝕提供了便利，再加上车辆的负载、应变等的综合因素之下，铺装层的破坏更最容易发生，尤其是新铺装的桥面，空隙和密度等未收负载，其稳定性和实际通车有所不同等等。

（2）力学因素

沥青、水泥、混凝土等材料性能分析以及材料力学、理论力学、工程力学等在沥青混凝土桥面铺装上的研究应用。各层之间的应力变化、载荷变化、可能产生的力矩、扭变、弯曲等，各层之间的黏结性、抗剪、抗疲劳、抗弯等分析，然后便是各层之间构成的整体，整体力学结构的分析。所以各个环节的虚弱和缺失都会产生一系列的影响，进而产生车辙、推移、拥包、波浪等病害。

其次，对于主要的对象——通行的车辆，车辆的状态是桥梁破坏的关键因素。车辆的负载和车辆车速等状态对于桥梁桥面的影响直接相关。超载、超速、急转、急刹等剧烈变化都会对路面、桥面造成冲击、对结构造成破坏。这就要求在设计上考虑到车辆超载的轴载变化和材料性能相适宜。

（3）管理和其他原因所引起的损坏

在管理上，主要指桥梁桥面的管理养护、施工监管，除此之外，在设计上考虑到桥梁可能面临的特殊状况如超载和未来大负载的发展等，但是只是对桥梁的保证，在管理上更要加强对车辆的规范使用，毕竟，超载危害巨大，不仅关乎车辆自身，更关乎公共安全等。其次，在桥梁面板结构与柔性铺装层之间的黏结层，而普通沥青作为粘层油有软化点低的特点，高温条件下易产生推移、拥包、波浪和车辙等问题，从而加剧了界面剪切损坏等。

分析如下：

（1）设计方面主要是我国急速发展的社会经济和车辆等造成的。一方面，设计的交通量与实际交通量不符，即设计时考虑的交通增长率满足不了我国社会和经济的快速发展。另一方面，设计累计标准轴载数与实际情况不符，要根据实际状况进行合理的设计和对结构方案、材料使用、施工技术等的优化。

（2）施工和运管，施工主要是指施工的工程材料、工作人员和工作质量上的有待完善和提高；运管主要指超载超速问题等。

三、解决的方法和途径

实事求是地去分析问题，总能发现解决问题的途径。桥梁的铺装选址、选材料、做方案、背景研究、未来流量、未来经济发展的评估等都需要严谨科学的求证。结合实地的、气候、环境等选择适宜的方案如双层或者三层甚至多层的结构，根据道路的规格、标准进行适宜的设计。前期工作至关重要，因为方案一旦完善和确定，对后来的施工等影响巨大，并且桥梁一经修筑，就不易再加工和更改，所以，针对可能出现的问题，也要预留备用修复的方案和考量。对于双层SMA、下层浇注+上层SMA或者改性沥青密级配、下层改性沥青加筋混凝土+上层SMA等结构形式合理的优化选择，当然这其中的过程并不会是一蹴而就的，毕竟涉及的技术和领域都比较庞杂，需要大量的资料、研究、施工等工作以支持。

由上文可知，主要问题是自然因素的侵蚀、力学结构的破坏、以及管理和其他因素对桥梁桥面等的影响。自然因素主要为雨水侵蚀，因而，对于防水层的设计和优化，对于排水系统的布置，对于防水材料或新材料的研究应用，对于桥面安全至关重要；其次，就是对于理论的设计，尤其是力学的分析，就目前而言，多应用经验性和线弹性理论，对于新理论（如半经验法、理论分析法、结构分析法以及有限元数值分析法）的应用以及系统的理论体系的研究发展也至关重要；然后就是对于桥梁使用的监测、管理的优化，对于行车使用的规范等。总而言之，要形成一个有效的系统或者整体，这样，无论哪个环节出现问题都可以及时的发现和处理，规避桥梁桥面的进一步破坏。

四、发展和展望

整个考察、设计、施工、养护（预防）、管理评价的流程，是水泥混凝土沥青混凝土铺装应用的完整的思路和方法。我国的发展与国外相比，虽然一些方面与国际上的水平有所不足，也有些方面有十足的优势。对于未来的发展趋势一方面关注国际发展的趋势和技术应用，如对绿色材料开发前瞻性、整体设计系统性、施工控制严格性、规范标准体系缜密性的发展和研究；其次，也要结合我国自身的发展和规划，形成自身的理论体系和施工应用系统。

同时，技术上以科学技术和经济实力作为后盾，新材料、新技术、新能源等都可投入应用，同时兼顾多元化的发展，如绿色节能以及机械工程（高精设备投入等）的发展研究等。同样重要的是，人才的培养与投入，无论社会如何发展和变迁，人，永远是第一要素。同样，人才的需求也随之源源不断。

结论

我国公路发展随着社会经济而迅速崛起，虽然还有着一些问题，但近些年也积累了大量的经验，同时对于新材料、新技术、新理论理念、新工艺在水泥混凝土沥青路面上的广泛应用，也取得了良好的效果，桥面的早期损害问题随着不断深入的研究和探索也逐渐得到了较好的解决。同时国家对于对桥面铺装的科研投入也在不断加大，相信不久的将来会形成一门综合的理论和实践体系，更好地为建设和服务社会而发挥成效。同时对于这一方面的研究也说明，桥梁作为公路交通系统的一个重要组成部分，铺装层的重要性更是直接影响着交通通行的质量。因而对于桥面铺装结构、材料、施工工艺、管理等的分析研究，对提高桥面铺装质量，使之与公路交通系统的建设水平和使用要求有实际意义。另一方面，我国的桥梁结构也随着时代的发展，对于钢-混凝土的研究和应用也是近年来的重点，尤其是对于组合式结构的研究和创新也如火如荼。因而，混凝土面板沥青桥面的铺装技术于钢混组合结构的铺装的发展和创新应用也充满朝气和活力。同时国家对于桥梁发展的重视是强大后盾和保障。

本文对水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装的技术和应用做了一些基本的阐述、一些问题的探究以及一些技术方法的说明和总结。同时提出了笔者一些看法和期望。总之，时代是不会停止脚步的，发展也不会停止脚步的。桥梁的铺筑和道路的通行就像国家机器的血脉，因而，这项工程的发展不仅关系到国民的生活、经济等进而影响其他领域的发展。水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装技术的分析探究、发展和综合应用，不仅关系到国家的会给道路交通带来不可估量的价值与影响，同时也给公路桥梁上了一道保险，不仅保障人民的出行等，更促进国家的蓬勃发展。

参考文献

[1]黄晓明.水泥混凝土桥面沥青铺装层技术研究现状综述[J].交通运输工程学报，2014（1）：1-9.

[2]陈君朝，张仲帆，张树军，等.新型耐久性水泥混凝土桥面铺装施工技术应用研究[J].公路交通科技（应用技术版），2010（12）：71.

[3]曹德金.水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装的综合技术研究[J].城市道桥与防洪，2013（4）：141-143.

[4]张占军，胡长顺，王秉纲.水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装结构设计方法研究[J].中国公路学报，2001，14（1）：56.

[5]李震，彭子泳.沥青混凝土桥面铺装设计与施工技术研究[J].大众科技，2006（4）：6-7.

[6]李治平，石霖凯.公路桥梁桥面铺装层早期破坏及防治措施的分析[J].中外公路，2009，29（2）：149-152.

[7]宋文学，郑风霞，吴可山.沥青混凝土桥面铺装设计与施工技术[J].内蒙古科技与经济，2008（8）：147.

[8]董善一，祝海燕，郝海龙.高速公路桥面铺装技术研究[J].公路交通科技（应用技术版），2010（5）：167.

[9]张仲帆.基于环氧沥青的水泥混凝土桥面铺装技术研究[J].公路交通科技（应用技术版），2015（1）：159.