沥青混凝土桥面铺装设计与施工技术

1、沥青混凝土桥面铺装设计与施工技术(1. 包头 市公路工程股份有限公司，内蒙古 包头 014000；2. 内蒙古交通设计研究院有限责任公司，内蒙古 呼和 浩特 010010)摘 要：对桥梁结构的桥面沥青混凝土铺装层损坏原因 进行了分析，根据沥青混凝土桥面铺装的功能要求，提出桥中图分类号： U443.33 文献标识码： A 文章编号： 1007 6921(XX)08 0147 03我国近些年在大规模修建高速公路时相应地修筑了大 量公路桥梁，桥梁建设中对桥梁结构的设计和施工都十分重 视，但对桥面沥青混凝土铺装层应用技术没有引起足够的关 注。部分混凝土桥面水泥混凝土铺装层和沥青混凝土面层出 现早期大量

2、损坏现象。而实际上桥面的早期损坏现象严重影 响桥面行车舒适性和桥梁结构的正常使用，解决不好必将造 成较大的经济损失和不良的社会影响。本文结合丹拉国道主 干线包头过境高速机场连接线沥青混凝土桥面铺装的实体 工程，重点研究解决沥青混凝土桥面铺装层早期损坏现象， 通过分析沥青混凝土桥面铺装结构的损坏原因、结构受力与结构设计原则，提出桥面铺装结构设计方法以及结构组合、1丹拉国道主干线包头过境高速公路机场连接线位于包 头市东河区南部，路线全长 5.536km 。全线共有中桥六座， 其中主线 210 互通立交桥、二道沙河中桥、西河槽中桥均为 4 20m先张法予应力空心板桥， 三座分离立交桥均为后张法 连续

3、箱梁桥。桥涵设计荷载：采用汽车超一 20 级、挂车 120。大中桥全幅全宽为 33m。为了有效提高路面抗车辙能力 河抗渗水性能，上面层沥青采用 SBS改性沥青，面层矿料配 合比采用 Superpave 理论。2 造成桥面早期损坏的原因是多方面的、综合的，涉及到 设计、施工、材料、气候、交通条件等方面，尤其是在铺装 层材料、粘结层及防水层材料的选择与设计。沥青混凝土桥2.1 由于沥青的粘附性差，空隙率过大或铺装层开裂导致水 分渗入，水渗入到沥青面层内部和水泥混凝土桥面与沥青面 层的界面之间，在行车荷载及温度变化下产生水损害，从而 出现唧浆、网裂、剥落、松散、坑洞等现象，另一方面由于 界面之间存在

4、水压力，降低了界面之间的联结强度，造成沥2.2 桥面结构直接承受气候条件的影响，同正常路面结构相 比，铺装层材料夏季温度更高，冬季温度更低，即相同的气 候条件对铺装结构材料的影响更苛刻。因此，在普通路面中 使用良好的材料，用在铺装结构中往往会由于温度产生损 坏。同时由于桥面板或梁结构产生过大挠度也易引起沥青混2.3 沥青混凝土桥面铺装层同桥梁结构在材料性能上差异 较大，即一柔一刚，因此在外力作用下会导致应力与变形的 不连续。在刚度大得多的桥梁结构上，柔性铺装层必须具有 足够的强度和稳定性，尤其是抗剪强度更为重要。铺装层内 部容易产生较大的剪应力，引起不确定破坏面的剪切变形， 或者由于铺装层与桥

5、面板层间粘结力差，抗水平剪切能力较 弱，在水平方向上产生相对位移以致剪切破坏，产生车辙、2.4 车辆超载造成桥面铺装层结构应力增大，加剧结构的损 坏。目前车辆超载严重，轴载高达 200 300km，而路面设计 标准轴载为 100km，超载是桥面严重损坏的一个重要方面。 因此，一方面应严格限制大型超载车上桥，另一方面要提高2.5在桥梁结构与柔性铺装层之间的粘结层，对桥面铺装结 构起着至关重要的作用。这一层次应能起到承上启下的过渡 作用，同时还应能防水。但一些研究表明，许多的损坏是由 这一层诱发的，其原因是通常采用普通沥青作为粘层油，软 化点较低，高温条件下易产生推移、拥包、波浪和车辙，由从目前水

6、泥混凝土桥面沥青混凝土面层铺装结构的损 坏来看，桥面铺装结构的防排水与密水性能是克服桥面水损 害的关键功能要求，设置有效的防水层和完善的排水系统以 及采用密实的沥青混合料面层是减少水损害的重要措施。良 好的层间结合是克服行车荷载所产生的水平剪切破坏的关 键功能要求，刚柔层间处的抗剪强度往往是一个薄弱处，需3为保证沥青混凝土桥面铺装结构在设计使用期限内的3.1在车轮荷载作用下，某些结构铺装层内产生较大的拉应 力，反复作用容易导致铺装层的疲劳开裂；连续梁桥桥墩处 出现的负弯矩引起桥面开裂，从而引起铺装结构层开裂；大 跨度桥梁结构变形较大，因此要求桥面铺装具有优良的柔韧 性和适应变形的能力，以避免铺

7、装层早期疲劳开裂和较低温3.2水泥混凝土桥面在夏季高温季节，太阳辐射大，沥青铺 装层从上到下温度都较高，要求具有优良的高温抗蠕变及抗3.3为保证沥青铺装层的耐久性，铺装层结构必须具备良好3.4保护水泥混凝土桥梁及预应力钢筋不被腐蚀，是保证桥 梁功能的首要问题，因此不仅要求沥青铺装层混合料具有高 度的密水性和抗水损害的能力，而且要求桥面铺装结构具有 完善的防水体系。3.5在桥面混凝土与防水层之间、防水层与沥青铺装层之间 都必须具有良好的粘结力，使各层能够形成牢固的整体，才3.6要求沥青铺装层表面具有良好的平整和粗糙性，以减少 车辆的冲击和提高铺装层44.1 水泥混凝土桥面铺装层型式有沥青混凝土、

8、普通水泥混 凝土、钢纤维混凝土、连续配筋混凝土、扩张网混凝土等。 国内外经过几十年的实践与探索，结合各自国家和地区的具 体情况，在水泥混凝土桥面铺装方面选用的结构类型与厚度 不尽相同，一般采用沥青混凝土铺装层，包括防水层和沥青4.1.1沥青层板状防水材料沥青橡胶粘结剂水泥混凝 土板；沥青层 3 层氯丁橡胶型防水材料氯丁橡胶粘结剂 水泥混凝土板；沥青层乳化沥青 （粘结 ）沥青层 （防水） 沥青橡胶4.1.1 丹麦在防水层之上铺筑 1.5 2.0cm 的开级配沥 青混凝土作保护层、 4cm 改性沥青混凝土联结层和 4cmSMA结4.1.2 我国对不考虑设置防水层的小跨径桥梁，直接在 桥面上铺筑 5

9、 8cm的普通水泥混凝土或沥青混凝土 （ 单层或 双层） 。对于需要防水的桥梁，修筑时在桥面板上铺筑810cm本工程桥面设计采用 4cm 改性沥青混凝土联结层和 4cm结合料磨耗层。同时为提 XX 面的耐久性，并在其上再铺筑 FYT-1 防水层。4.24.2.1 设计因素。通过沥青类桥面铺装层的破坏现象分 析，使用莫尔库仑强度理论来确定铺装层厚度是比较合 适的，即要求桥面与沥青铺装层之间的层间剪应力不超过层 间抗剪强度，即：740)this.width=740 border=undefined onmousewheel=return zoom_img(event,this)式中： f

10、为层间剪应力； f 为制动摩擦系数，可取 0.2 或 0.5 ， f 0.2 时表示缓慢制动， f 0.5 时表示紧急制 动情况； R 为层间抗剪强度，参考城市道路路面设计方740)this.width=740 border=undefined onmousewheel=return zoom_img(event,this) 式中：max为层间剪切试验中一次加载破坏时的 层间抗剪强度； C、 为沥青混合料的粘结力与内摩擦角； z 为 层 间 接 触 面 的法 向 应 力 ； Kf 为 层 间 抗剪 740)this.width=740 border=undefined onmo

11、usewheel=return zoom_img(event,this)采用涂膜层材料与防水层粘结时，在满足桥面铺装结构层间抗剪强度的要求下，铺装结构层厚度宜在58cm4.2.2 防水层对厚度要求。因车辆制动、起动、行驶而 产生的水平剪力是防水层破坏的主要原因，同时环境温度、 气候条件、沥青铺装层的施工、桥面状况、面层级配、面层 厚度及不同品牌防水层的材料性能，也是防水层损坏的原 因。分析表明：随着沥青层厚度增加，层间剪力降低，当沥 青层厚度大于 6cm 时，基本可满足防水层不被剪切破坏的要 求，如沥青层厚度在 10cm 以上，防水层一般不会因水平剪4.2.3 平整度对厚度的要求。部颁公路工程

12、质量检验 评定标准 (JTJ 071-98) 对高速公路桥面铺装平整度要求是： 连续平整度仪为 1.5mm 或 IRI 2.5m/km ，若采用 3m直 尺最大间隙不超过 5mm。实际工程中整平层的平整度状况不 令人满意，采用 3m直尺检测一般在 69mm之间，最大可达 15 20mm740)this.width=740 border=undefined onmousewheel=return zoom_img(event,this)式中： h a 为沥青层厚度 (cm) ； Rc为混凝土桥面整平 层平整度 (mm)；R a 为沥青层要求平整度 (mm)；C 为厚度 影响系数 (mm/

13、cm)，据研究认为 C值 0.6714 。因此满足平整 度指标要求的沥青层厚度宜为 615cm4.2.4 施工工艺对厚度的要求。结合关于沥青混合料最 大骨料粒径与厚度对压实效果的影响规律以及部颁公路沥 青路面施工技术规范 (JTJ 032-94) 关于沥青混凝土结构层 最小厚度的规定，沥青铺装上层的厚度不宜小于沥青混合料 最大公称粒径的 2.5 3 倍；铺装层下层的厚度不宜小于沥 青混合料最大公称粒径的 2 2.5 倍。考虑到沥青混合料的 摊铺、碾压等施工工艺，尤其是材料离析现象，综合考虑沥 青混合料铺装层的施工厚度不宜小于最大公称粒径的 2.5 倍，最好为 3 倍。如表面层采用 AK-16A

14、，则结构层厚度宜为 45cm；AK-13A 时则宜为 34cm4.3根据以上分析提出沥青混凝土桥面铺装层结构为： 4cmAK-13抗滑表层 2cmAC-10I 细粒式沥青混凝土粘结与 防水层桥面防水混凝土 (见表 1) 。740)this.width=740 border=undefined onmousewheel=return zoom_img(event,this)为保护水泥混凝土桥面及加强沥青面层与水泥混凝土 桥面的粘结，需在水泥混凝土桥面上设置粘结与防水层结 构，采用 SBS4.4 要解决水的影响可从以下几个方面考虑：一是密水，选 择空隙率小的沥青混合料类型， 加强压实， 防

15、止雨水的渗入； 二是加强排水，设置完善的排水设施与排水系统，尽快将不 可避免渗入面层的雨水排除；三是提高沥青混合料与水泥混 凝土桥面的水稳定性和抗冲刷能力，加强界面连结与防水层4.4.1 桥面排水措施。桥面排水包括桥面铺装层表面排 水和桥面铺装层结构层内部排水两部分。为迅速排除桥表面 积水，除原有的泄水管与泄水孔外，在桥梁两外侧边缘（ 或弯桥的弯道内侧 ） 设置桥面排水盲沟，以加强桥面铺装内部 排水， 尺寸为 105cm，用沥青碎石或沥青贯入式碎石填充， 要求空隙率大于 20%4.4.2 桥面防水措施。为防止雨水滞积在桥面或渗入到 桥面结构层内 （或梁体 ）而影响桥梁使用耐久性，除作好桥表 面

16、排水系统外，还应在混凝土桥面设置防水层。设置防水层 至关重要，可有效防止渗入的雨水再渗入到钢筋混凝土结构本工程中，考虑到 SBS改性沥青作涂膜防水层能既起防55.1 综合考虑气候、交通以及结构层厚度等因素，提出沥青 混凝土桥面铺装 SBS 改性沥青涂膜防水层材料技术要求 （见 表 2） 。740)this.width=740 border=undefinedonmousewheel=return zoom_img(event,this)5.25.2.1 清理桥面，桥面应平整、粗糙、干燥、整洁，不5.2.2 建议采用性能良好的沥青 洒布车均匀喷洒 0.3kg/m2 的乳化沥青做底层。均匀喷洒 2.0k