瀝青混凝土橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究VIP

1、瀝青混凝土橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究【摘要】文章針對(duì)水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝層的損壞現(xiàn)象，分析了橋面鋪裝結(jié)構(gòu)損壞的原因，提出了水泥混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)功能要求。同時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)厚度、防水層對(duì)厚度的要求、平整度對(duì)厚度的要求、施工工藝對(duì)厚度的要求，提出了水泥混凝土橋面瀝青混合料鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法并進(jìn)行了瀝青混合料厚度設(shè)計(jì)?！娟P(guān)鍵詞】橋梁工程；瀝青混凝土；橋面鋪裝；防水層一、前言我國(guó)近些年在大規(guī)模修建高速公路時(shí)相應(yīng)地修筑了大量公路橋梁，橋梁建設(shè)中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工都十分重視，但對(duì)橋面瀝青混凝土鋪裝層應(yīng)用技術(shù)沒(méi)有引起足夠的關(guān)注。部分混凝土橋面水泥混凝土鋪裝層和瀝青混凝土面層出現(xiàn)早期大量損壞現(xiàn)象。而實(shí)

2、際上橋面的早期損壞現(xiàn)象嚴(yán)重影響橋面行車(chē)舒適性和橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用，解決不好必將造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。本文結(jié)合某高速公路瀝青混凝土橋面鋪裝的實(shí)體工程，重點(diǎn)研究解決瀝青混凝土橋面鋪裝層早期損壞現(xiàn)象，通過(guò)分析瀝青混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的損壞原因、結(jié)構(gòu)受力與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，提出橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法以及結(jié)構(gòu)組合、排水措施和橋面防水層鋪筑技術(shù)。二、瀝青混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)損壞原因分析造成橋面早期損壞的原因是多方面的、綜合的，涉及到設(shè)計(jì)、施工、材料、氣候、交通條件等方面，尤其是在鋪裝層材料、粘結(jié)層及防水層材料的選擇與設(shè)計(jì)。瀝青混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的損壞原因主要有以下幾個(gè)方面：（一）水所引起的損壞由于瀝青

3、的粘附性差，空隙率過(guò)大或鋪裝層開(kāi)裂導(dǎo)致水分滲入，水滲入到瀝青面層內(nèi)部和水泥混凝土橋面與瀝青面層的界面之間，在行車(chē)荷載及溫度變化下產(chǎn)生水損害，從而出現(xiàn)唧漿、網(wǎng)裂、剝落、松散、坑洞等現(xiàn)象，另一方面由于界面之間存在水壓力，降低了界面之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，造成瀝青層脫落、起皮等現(xiàn)象，使鋪裝層失去強(qiáng)度和防水能力。（二）溫度條件所引起的損壞橋面結(jié)構(gòu)直接承受氣候條件的影響，同正常路面結(jié)構(gòu)相比，鋪裝層材料夏季溫度更高，冬季溫度更低，即相同的氣候條件對(duì)鋪裝結(jié)構(gòu)材料的影響更苛刻。因此，在普通路面中使用良好的材料，用在鋪裝結(jié)構(gòu)中往往會(huì)由于溫度產(chǎn)生損壞。同時(shí)由于橋面板或梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大撓度也易引起瀝青混合料鋪裝層開(kāi)裂，水滲入

4、后易造成面層松散和坑槽破壞。（三）瀝青混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)受力所引起的損壞瀝青混凝土橋面鋪裝層同橋梁結(jié)構(gòu)在材料性能上差異較大，即一柔一剛，因此在外力作用下會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力與變形的不連續(xù)。在剛度大得多的橋梁結(jié)構(gòu)上，柔性鋪裝層必須具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，尤其是抗剪強(qiáng)度更為重要。鋪裝層內(nèi)部容易產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，引起不確定破壞面的剪切變形，或者由于鋪裝層與橋面板層間粘結(jié)力差，抗水平剪切能力較弱，在水平方向上產(chǎn)生相對(duì)位移以致剪切破壞，產(chǎn)生車(chē)轍、推移、擁包、波浪等病害。（四）交通荷載所引起的損壞車(chē)輛超載造成橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大，加劇結(jié)構(gòu)的損壞。目前車(chē)輛超載嚴(yán)重，軸載高達(dá)200300KN，而路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載為100

5、KN，超載是橋面嚴(yán)重?fù)p壞的一個(gè)重要方面。因此，一方面應(yīng)嚴(yán)格限制大型超載車(chē)上橋，另一方面要提高鋪裝層材料的性能等級(jí)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。（五）其他原因所引起的損壞在橋梁結(jié)構(gòu)與柔性鋪裝層之間的粘結(jié)層，對(duì)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)起著至關(guān)重要的作用。這一層次應(yīng)能起到承上啟下的過(guò)渡作用，同時(shí)還應(yīng)能防水。但一些研究表明，許多的損壞是由這一層誘發(fā)的，其原因是通常采用普通瀝青作為粘層油，軟化點(diǎn)較低，高溫條件下易產(chǎn)生推移、擁包、波浪和車(chē)轍，由于瀝青灑布量難以控制，更加劇了界面剪切損壞。從目前水泥混凝土橋面瀝青混凝土面層鋪裝結(jié)構(gòu)的損壞來(lái)看，橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的防排水與密水性能是克服橋面水損害的關(guān)鍵功能要求，設(shè)置有效的防水層和完善的排水系統(tǒng)以

6、及采用密實(shí)的瀝青混合料面層是減少水損害的重要措施。良好的層間結(jié)合是克服行車(chē)荷載所產(chǎn)生的水平剪切破壞的關(guān)鍵功能要求，剛?cè)釋娱g處的抗剪強(qiáng)度往往是一個(gè)薄弱處，需采取特殊的方式進(jìn)行處理。三、瀝青混凝土橋面鋪裝的功能要求為保證瀝青混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)的使用性能和耐久性，橋面鋪裝應(yīng)具備以下功能：（一）良好的抗裂性和適應(yīng)變形的能力。在車(chē)輪荷載作用下，某些結(jié)構(gòu)鋪裝層內(nèi)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，反復(fù)作用容易導(dǎo)致鋪裝層的疲勞開(kāi)裂；連續(xù)梁橋橋墩處出現(xiàn)的負(fù)彎矩引起橋面開(kāi)裂，從而引起鋪裝結(jié)構(gòu)層開(kāi)裂；大跨度橋梁結(jié)構(gòu)變形較大，因此要求橋面鋪裝具有優(yōu)良的柔韌性和適應(yīng)變形的能力，以避免鋪裝層早期疲勞開(kāi)裂和較低溫度時(shí)的收縮

7、開(kāi)裂。（二）優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。水泥混凝土橋面在夏季高溫季節(jié)，太陽(yáng)輻射大，瀝青鋪裝層從上到下溫度都較高，要求具有優(yōu)良的高溫抗蠕變及抗剪切性能，才能將車(chē)轍深度限制在容許范圍內(nèi)。（三）良好的抗老化能力。為保證瀝青鋪裝層的耐久性，鋪裝層結(jié)構(gòu)必須具備良好的抗老化的性能。（四）良好的防水性。保護(hù)水泥混凝土橋梁及預(yù)應(yīng)力鋼筋不被腐蝕，是保證橋梁功能的首要問(wèn)題，因此不僅要求瀝青鋪裝層混合料具有高度的密水性和抗水損害的能力，而且要求橋面鋪裝結(jié)構(gòu)具有完善的防水體系。（五）良好的層間結(jié)合。在橋面混凝土與防水層之間、防水層與瀝青鋪裝層之間都必須具有良好的粘結(jié)力，使各層能夠形成牢固的整體，才能保證在荷載作用或溫度變化時(shí)共同

8、作用。（六）良好的表面特性。要求瀝青鋪裝層表面具有良好的平整和粗糙性，以減少車(chē)輛的沖擊和提高鋪裝層的抗滑能力。四、橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）水泥混凝土橋面鋪裝層的結(jié)構(gòu)組合水泥混凝土橋面鋪裝層型式有瀝青混凝土、普通水泥混凝土、鋼纖維混凝土、連續(xù)配筋混凝土、擴(kuò)張網(wǎng)混凝土等。國(guó)內(nèi)外經(jīng)過(guò)幾十年的實(shí)踐與探索，結(jié)合各自國(guó)家和地區(qū)的具體情況，在水泥混凝土橋面鋪裝方面選用的結(jié)構(gòu)類(lèi)型與厚度不盡相同，一般采用瀝青混凝土鋪裝層，包括防水層和瀝青混凝土面層。日本一般采用如下的鋪裝結(jié)構(gòu)形式：瀝青層+板狀防水材料+瀝青橡膠粘結(jié)劑+水泥混凝土板瀝青層+3層氯丁橡膠型防水材料+氯丁橡膠粘結(jié)劑+水泥混凝土板瀝青層+乳化瀝青（粘結(jié)

9、）+瀝青層（防水）+瀝青橡膠粘結(jié)劑+混凝土板丹麥在防水層之上鋪筑1.52.0cm的開(kāi)級(jí)配瀝青混凝土作保護(hù)層、4cm改性瀝青混凝土聯(lián)結(jié)層和4cmSMA結(jié)合料磨耗層。我國(guó)對(duì)不考慮設(shè)置防水層的小跨徑橋梁，直接在橋面上鋪筑58cm的普通水泥混凝土或?yàn)r青混凝土（單層或雙層）。對(duì)于需要防水的橋梁，修筑時(shí)在橋面板上鋪筑810cm的防水混凝土作為鋪裝層，同時(shí)為提高橋面的耐久性，可在其上再鋪筑防水層及瀝青混凝土表面層或2cm厚的瀝青表面處治層作為磨耗層。（二）結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)因素（1）剪應(yīng)力對(duì)厚度要求通過(guò)瀝青類(lèi)橋面鋪裝層的破壞現(xiàn)象分析，使用莫爾庫(kù)侖強(qiáng)度理論來(lái)確定鋪裝層厚度是比較合適的，即要求橋面與瀝青鋪裝層

10、之間的層間剪應(yīng)力不超過(guò)層間抗剪強(qiáng)度，即： （1）式中：f為層間剪應(yīng)力；f為制動(dòng)摩擦系數(shù)，可取0.2或0.5，f=0.2時(shí)表示緩慢制動(dòng)，f=0.5時(shí)表示緊急制動(dòng)情況；R為層間抗剪強(qiáng)度，參考城市道路路面設(shè)計(jì)方法，可按下式確定：（2）式中：max為層間剪切試驗(yàn)中一次加載破壞時(shí)的層間抗剪強(qiáng)度；C、為瀝青混合料的粘結(jié)力與內(nèi)摩擦角；z為層間接觸面的法向應(yīng)力；Kf為層間抗剪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)，與制動(dòng)情況有關(guān)，（其中，Ne為設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù)；Ac為道路等級(jí)系數(shù)，高速、一級(jí)、二級(jí)公路依次取為1.0、1.1、1.2）。采用涂膜層材料與防水層粘結(jié)時(shí)，在滿(mǎn)足橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層間抗剪強(qiáng)度的要求下，鋪裝結(jié)構(gòu)層厚度宜

11、在58cm。（2）防水層對(duì)厚度要求因車(chē)輛制動(dòng)、起動(dòng)、行駛而產(chǎn)生的水平剪力是防水層破壞的主要原因，同時(shí)環(huán)境溫度、氣候條件、瀝青鋪裝層的施工、橋面狀況、面層級(jí)配、面層厚度及不同品牌防水層的材料性能，也是防水層損壞的原因。分析表明：隨著瀝青層厚度增加，層間剪力降低，當(dāng)瀝青層厚度大于6cm時(shí)，基本可滿(mǎn)足防水層不被剪切破壞的要求，如瀝青層厚度在10cm以上，防水層一般不會(huì)因水平剪應(yīng)力而破壞。（3）平整度對(duì)厚度的要求部頒公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（JTJ 071-98）對(duì)高速公路橋面鋪裝平整度要求是：連續(xù)平整度儀為=1.5mm或IRI=2.5m/km，若采用3m直尺最大間隙不超過(guò)5mm。實(shí)際工程中整平層的平

12、整度狀況不令人滿(mǎn)意，采用3m直尺檢測(cè)一般在69mm之間，最大可達(dá)1520mm。滿(mǎn)足平整度指標(biāo)要求的瀝青層厚度范圍由下式計(jì)算：（3）式中：ha為瀝青層厚度（cm）；Rc為混凝土橋面整平層平整度（mm）；Ra為瀝青層要求平整度（mm）；C為厚度影響系數(shù)（mm/cm），據(jù)研究認(rèn)為C值0.6714。因此滿(mǎn)足平整度指標(biāo)要求的瀝青層厚度宜為615cm。（4）施工工藝對(duì)厚度的要求結(jié)合關(guān)于瀝青混合料最大骨料粒徑與厚度對(duì)壓實(shí)效果的影響規(guī)律以及部頒公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 032-94）關(guān)于瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層最小厚度的規(guī)定，瀝青鋪裝上層的厚度不宜小于瀝青混合料最大公稱(chēng)粒徑的2.53倍；鋪裝層下層的厚度不宜小

13、于瀝青混合料最大公稱(chēng)粒徑的22.5倍。考慮到瀝青混合料的攤鋪、碾壓等施工工藝，尤其是材料離析現(xiàn)象，綜合考慮瀝青混合料鋪裝層的施工厚度不宜小于最大公稱(chēng)粒徑的2.5倍，最好為3倍。如表面層采用AK-16A，則結(jié)構(gòu)層厚度宜為45cm；AK-13A時(shí)則宜為34cm。2厚度設(shè)計(jì)方案根據(jù)以上分析提出瀝青混凝土橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)為：4cmAK-13抗滑表層+2cmAC-10I細(xì)粒式瀝青混凝土+粘結(jié)與防水層+橋面防水混凝土，如表1。為保護(hù)水泥混凝土橋面及加強(qiáng)瀝青面層與水泥混凝土橋面的粘結(jié)，需在水泥混凝土橋面上設(shè)置粘結(jié)與防水層結(jié)構(gòu)，采用SBS改性瀝青作涂膜防水層。表1瀝青混凝土橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)方案（三）橋面鋪裝排水設(shè)

14、計(jì)要解決水的影響可從以下幾個(gè)方面考慮：一是密水，選擇空隙率小的瀝青混合料類(lèi)型，加強(qiáng)壓實(shí)，防止雨水的滲入；二是加強(qiáng)排水，設(shè)置完善的排水設(shè)施與排水系統(tǒng)，盡快將不可避免滲入面層的雨水排除；三是提高瀝青混合料與水泥混凝土橋面的水穩(wěn)定性和抗沖刷能力，加強(qiáng)界面連結(jié)與防水層的作用。1橋面排水措施。橋面排水包括橋面鋪裝層表面排水和橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水兩部分。為迅速排除橋表面積水，除原有的泄水管與泄水孔外，在橋梁兩外側(cè)邊緣（或彎橋的彎道內(nèi)側(cè)）設(shè)置橋面排水盲溝，以加強(qiáng)橋面鋪裝內(nèi)部排水，尺寸為105cm，用瀝青碎石或?yàn)r青貫入式碎石填充，要求空隙率大于20%。2橋面防水措施。為防止雨水滯積在橋面或滲入到橋面結(jié)構(gòu)層

15、內(nèi)（或梁體）而影響橋梁使用耐久性，除作好橋表面排水系統(tǒng)外，還應(yīng)在混凝土橋面設(shè)置防水層。設(shè)置防水層至關(guān)重要，可有效防止?jié)B入的雨水再滲入到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)起到很好的保護(hù)作用。實(shí)體工程中，考慮到SBS改性瀝青作涂膜防水層能既起防水層作用又起粘結(jié)層作用，設(shè)計(jì)時(shí)采用了該方案。五、瀝青混凝土橋面鋪裝防水層施工技術(shù)（一）材料技術(shù)要求綜合考慮氣候、交通以及結(jié)構(gòu)層厚度等因素，提出瀝青混凝土橋面鋪裝SBS改性瀝青涂膜防水層材料技術(shù)要求，見(jiàn)表2。表2改性瀝青涂膜防水層材料技術(shù)要求（二）施工工藝1清理橋面，橋面應(yīng)平整、粗糙、干燥、整潔，不得有浮漿、塵土、雜物或油污。2采用法國(guó)進(jìn)口瀝青灑布車(chē)均勻噴灑0.3kg/m2的乳化瀝青做底層。3均勻噴灑2.0kg/m2的SBS改性瀝青涂膜防水層。4撒鋪單一粒徑規(guī)格的石灰?guī)r碎石，覆蓋率60%左右。5用輪胎壓路機(jī)碾壓成型。6對(duì)橋面封閉一個(gè)晚上進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。7進(jìn)行橋面瀝青混凝土鋪筑。六、結(jié)語(yǔ)本文針對(duì)橋面瀝青混凝土鋪裝層的損壞現(xiàn)象，分析了橋面鋪裝結(jié)構(gòu)損壞的原因；提出水