桥面铺装结构的应用现状与发展

王朝辉，郭 瑾，陈 宝，王新岐

1. 长安大学 公路学院，陕西 西安 710064 2. 河南官渡黄河大桥开发有限公司，河南 郑州 451450 3. 天津市市政工程设计研究院，天津 300051

0 引言

随着现代交通事业的蓬勃发展，大跨径桥梁不断增多，桥面铺装技术作为大跨径桥梁建设关键技术之一愈发受到重视[1]，对铺装结构组合的应用与研究也随之不断深入，逐渐形成了以浇注式沥青混凝土、环氧沥青混凝土和沥青玛蹄脂碎石混合料3种铺装材料为主的组合桥面铺装体系。浇注式沥青混凝土在国外应用较为广泛，其代表性工程诸如德国欧伯卡塞尔大桥、英国亨伯桥、日本明石海峡大桥等[2]，中国则在江阴长江大桥引进浇注式沥青混凝土后，进行了一系列积极探索[3]，诸如青岛胶州湾大桥、港珠澳大桥等[4-5]，逐步形成了适合中国桥梁使用环境的浇注式沥青混凝土铺装体系。对于环氧沥青混凝土，美国最早将其应用于桥面铺装领域，日本在70年代也对其进行了大量研究[6]，中国则于2002年引进美国环氧沥青混凝土铺装技术，在南京长江二桥、苏通大桥等十余座大跨径桥梁中推广应用[7]，环氧沥青混凝土桥面铺装结构及技术亦日趋成熟。沥青玛蹄脂碎石混合料在欧洲已有30多年的使用历史，中国于1992年引进沥青玛蹄脂碎石混合料铺装技术，随后成功应用于虎门大桥、厦门海沧大桥等桥面铺装工程[8-9]。相比于国外，中国对桥面铺装技术的研究起步较晚，桥面铺装结构设计一般依照经验而定，且在设计时对防水黏结层重视程度不足，部分桥面铺装在未达到使用年限时即出现较严重的早期病害，甚至多次翻修重建，严重影响到桥梁的使用性能。

基于此，本文全面调查国内外典型桥面铺装实体工程中沥青铺装层结构组合及防水黏结层的应用情况，归纳总结典型沥青铺装层结构常用厚度及不同防水黏结层适用场合，进一步推荐适应于不同工况的典型铺装结构，为桥面铺装相关研究提供参考。

1 国外桥面沥青铺装层结构实体工程应用调查及评价

对国外实体工程桥面铺装进行全面调查，根据调查结果将36条实体工程桥型、桥梁结构、铺装结构组合、使用效果等进行汇总[10-12]，具体见表1和图1、2。

分析表1和图1、2可知以下几点。

（1）国外实体工程铺装结构组合可分为4类：EA、MA/GA+改性AC/SMA、双层GA及单层MA，所占比例分别为54.1%、18.9%、16.2%及8.1%。德国大多采用双层GA，具体为54~60 mmGA；日本采用GA+改性AC，其中75%采用35 mmGA+30 mm改性AC；美国、加拿大等国则采用EA，单层EA占36.8%，双层EA占63.2%，其中72.7%采用50 mm双层EA。

表1 国外沥青铺装层实体工程

（2）已铺筑的实体工程中，81.1%总体上使用效果良好，18.9%桥面铺装出现车辙、脱层、纵向裂缝等不同程度病害，其中，铺装层损坏占71.4%，层间破坏占28.6%。美国尚普兰湖大桥由于采用10 mm单层EA，铺装层厚度不足，产生严重损坏。

2 国内桥面沥青铺装层结构实体工程应用调查及评价

中国不同交通状况的桥面铺装使用效果有较大差异，部分桥面累计标准当量轴载作用次数多，重载和超载情况严重。基于此，调查时将国内实体工程分为普通桥面与重载桥面。

图1 国外桥面EA沥青铺装层

图2 国外桥面GA/MA沥青铺装层

2.1 普通桥面

普通桥面主要分为钢桥面和混凝土桥面，将国内不同类型桥梁的铺装结构组合、材料应用及使用效果进行汇总[13-21]，见表2、3和图3、4，部分桥面铺装层病害见图5。

分析表2、3和图3、4可知以下几点。

（1）可供分析的44个普通钢桥面沥青铺装层实体工程中，典型铺装结构可以分为5类：GA/MA+SMA、双层EA、双层SMA、GA+AC以及其他类型，所占比例分别为37.8%、26.7%、11.1%、8.9%和13.3%。GA/MA+SMA结构中，厚度在55~60 mm的占20%，60~65 mm占13.3%，65~70 mm 占60%，大于70 mm的占6.7%。在占比最大的65~70 mm中又以35 mm GA+35 mm SMA居多，所占比例为66.7%。双层EA结构中，总厚度在50~55 mm的占16.7%，55~60 mm 占41.7%，60~65 mm占33.3%，65~70 mm占8.3%。在厚度55~60 mm中又以30 mm+25 mm居多，所占比例为80%。

表2 国内普通钢桥面沥青铺装层实体工程

续表2

表3 国内普通混凝土桥面沥青铺装层实体工程

图3 国内普通钢桥面铺装结构

图4 国内普通混凝土桥面铺装结构

图5 普通桥面铺装病害

（2）可供分析的24个普通混凝土桥面沥青铺装层实体工程中，典型铺装结构可以分为4类：AC、GA+SMA、双层SMA以及其他类型，所占比例分别为46.2%、26.9%、11.5%及15.4%。AC结构中厚度为40~70 mm与90~100 mm的桥面各占50%。分析使用效果可知，中国早期多采用普通AC作为桥面铺装层，然而随着交通量增大，桥面多出现严重的裂缝、龟裂等病害，普通AC结构早已不能满足使用条件，2000年后国内引进浇注式沥青混凝土后，多采用GA+SMA结构，使用效果良好。GA+SMA结构中，厚度在60~70 mm的占60%，70~80 mm的占20%，大于80 mm的占20%。常用组合为30~35 mm GA+30~35 mm SMA。

2.2 重载桥面

将国内重载桥面沥青铺装层结构实体工程的铺装结构组合、材料应用及使用效果进行汇总[22-25]，见表4和图6、7，部分桥面铺装层病害见图8。

表4 国内重载桥面沥青铺装层实体工程

续表4

图6 国内重载桥面EA铺装结构

图7 国内重载桥面GA/SMA铺装结构

图8 重载桥面铺装车辙病害

分析表4和图6、7可知。

（1）可供分析的24个重载桥面沥青铺装层实体工程铺装结构中，典型铺装结构可以分为4类：双层EA、双层SMA、GA+SMA以及其他类型，所占比例分别为28.5%、23%、20%及28.5%。双层EA结构中，铺装总厚度在50~60 mm的桥面占71.4%，60~70 mm的桥面占14.3%，大于70 mm的桥面占14.3%，在占比最大的50~60 mm中又以35 mm+25 mm居多，所占比例为40%。双层SMA结构中，铺装总厚度在60~70 mm的桥面占87.5%，大于70 mm的桥面占12.5%。常用形式为30~35 mm+30~35 mm。

（2）分析使用效果可以发现，重载桥面病害情况较普通桥面严重。2006年前采用双层SMA的桥面中71.4%出现裂缝病害，57.1%出现车辙病害，2006年后采用双层EA的桥面增多，随着技术逐渐成熟，病害问题得以缓解。

3 中国桥面防水黏结层实体工程应用调查及评价

防水黏结层是桥面铺装结构的组成部分之一，其性能直接影响桥面铺装的耐久性。中国早期的虎门大桥在建成通车3个月后出现了防水黏结层底部脱层等病害；厦门海沧大桥自2002年入夏以来迅速出现开裂、推移等病害，原因是部分铺装与桥面板已完全脱空。之所以产生上述问题是由于在设计初期防水黏结层并未受到重视或者未能选择合适的防水黏结层，而防水黏结层的选择与铺装混合料的类型密切相关。基于此，全面调查国内普通、重载桥面铺装结构及对应的防水黏结层，并系统分析桥梁铺装结构与防水黏结层组合规律。

3.1 普通桥面防水黏结层

将国内普通桥面分为钢桥面与混凝土桥面，具体调查结果见表5、6和图9。

表5 国内普通钢桥面铺装典型实体工程防水黏结层

续表5

表6 中国普通混凝土桥面铺装典型实体工程防水黏结层

分析表5、6和图10可知以下几点。

（1）对于普通钢桥面，在GA/MA+SMA/EA及单层MA等以浇注式沥青混凝土作为铺装下层的铺装结构中，采用MMA防水黏结体系所占比例高达80.8%，良好的变形追从性和耐久性使得MMA体系被大范围应用。其中，GA+SMA结构采用MMA防水体系的比例占83.3%，具体为0.1~0.2 kg·m－2胶黏剂+2.5~3.5 kg·m－2双层MMA。

（2）普通钢桥面双层EA结构均采用环氧沥青类防水黏结层，主要是由于环氧沥青的施工特性及其与桥面板之间的黏结都需要环氧沥青作为防水黏结层，具体为双层环氧沥青防水黏结层（0.6~0.7 L·m－2）。

（3）对于普通混凝土桥面，在GA+SMA/AC/OGFC等以浇注式沥青混凝土作为铺装下层的铺装结构中，采用溶剂型防水黏结层的桥面占62.5%。其中GA+SMA铺装结构采用溶剂型防水黏结层的比例为50%，具体为双层溶剂型防水黏结层（0.2~0.4 L·m－2）。

3.2 重载桥面防水黏结层

将重载桥面防水黏结层实体工程应用调查结果进行汇总，见表7和图10。

分析表7和图10可知以下几点。

（1）自南京长江二桥首次采用环氧沥青混凝土与配套的环氧沥青防水黏结层进行铺装后，随后建设的润扬长江大桥、武汉白沙洲长江大桥等均采用了环氧沥青防水黏结层，应用效果良好。双层EA铺装结构中，87.5%采用双层环氧沥青防水黏结层（0.6~0.7 L·m－2）。

（2）对于重载桥面GA+SMA铺装结构，66.7%采用双层溶剂型防水黏结层，具体用量为上层0.1~0.12 L·m－2，下层0.12~0.15 L·m－2。

图9 国内普通桥面防水黏结层应用

图10 国内重载桥面防水黏结层应用

表7 国内重载桥面铺装典型实体工程防水黏结层

4 典型铺装结构推荐

基于上述调查与文献资料的综合分析，分别推荐适用于普通钢桥面、普通混凝土桥面和重载桥面的典型铺装结构。

（1）普通钢桥面典型铺装结构推荐。普通钢桥面推荐采用SMA+GA/EA双层铺装结构，其相应防水黏结层采用双层MMA防水体系（0.1~0.2 kg·m－2胶黏剂+2.5~3.5 kg·m－2双层MMA）或双层环氧沥青防水黏结层（0.6~0.7 L·m－2），具体见图11。

（2）普通混凝土桥面典型铺装结构推荐。普通混凝土桥面推荐采用SMA/OGFC+SBS改性AC双层铺装结构，其相应防水黏结层采用双层溶剂型防水黏结层（0.2~0.4 L·m－2），具体见图12。

（3）重载桥面典型铺装结构推荐。重载钢桥面推荐采用双层EA，其相应防水黏结层采用双层环氧沥青防水黏结层（0.6~0.7 L·m－2）；重载混凝土桥面推荐采用SMA+GA/SMA铺装结构，其相应防水黏结层采用双层MMA防水体系（0.1~0.2 kg·m－2胶黏剂+2.5~3.5 kg·m－2双层MMA），具体见图13。

续表7

图11 普通钢桥面典型铺装结构推荐

图12 普通混凝土桥面典型铺装结构推荐

图13 重载桥面典型铺装结构推荐

5 结语

本研究全面调查了国内外典型桥面铺装实体工程中沥青铺装层结构组合及防水黏结层应用情况，归纳总结了典型沥青铺装层结构常用厚度及不同防水黏结层适用场合，推荐了适应于不同工况的典型桥面铺装结构，为桥面铺装设计施工及相关研究提供一定有益借鉴。

通过上述调查发现，中国早期从国外引进的桥面铺装技术并不能够完全适用于国内桥梁，仍需结合实际对桥面铺装结构及铺装材料加以改进。值得注意的是，近年来中国运输车辆中重型载货汽车逐渐增多，重载现象日益凸显，相当数量的桥梁在通车几年后就不得不进行大中修，其主要原因之一就是忽视了桥面铺装层间体系的耐久性。桥面铺装层间体系的使用性能及耐久性，是影响桥面铺装层使用品质的重要因素之一。目前中国对于桥面铺装层间体系的研究主要集中在性能提升方面，而对其耐久性问题涉及较少。层间体系的耐久性不足，会导致桥面在高温及超重载的作用下极易发生早期破坏。因此，桥面铺装层间体系的耐久性问题亟待进一步攻关解决，以使桥面铺装在具有良好使用性能的基础上，增强耐久性及长期保障能力，从而提升公路桥梁使用寿命及品质。

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