章 登 精

(南京重大路橋建設指揮部，江蘇 南京210000)

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大跨度鋼箱梁復合澆注式瀝青鋼橋面鋪裝設計

章 登 精

(南京重大路橋建設指揮部，江蘇 南京210000)

分析了大跨徑鋼箱梁鋼橋面鋪裝病害的成因，探討了各類病害的評價方法和指標，提出了鋼橋面鋪裝設計時應確保有效避免鋪裝病害的思路和方法。根據(jù)橋址區(qū)氣溫及鋪裝溫度場的調(diào)研測試和軸載譜的專題研究，提出了用于鋼橋面鋪裝設計的溫度和軸載條件參數(shù)。介紹了通過瀝青混合料的動態(tài)模量測試、鋪裝結(jié)構的有限元分析計算、混合料及復合件的疲勞試驗，來綜合分析溫度和軸載條件參數(shù)變化對鋼橋面鋪裝使用性能的影響，并直接指導鋪裝設計的新方法；提出了基于車轍試驗、劈裂試驗和復合梁疲勞試驗的預估模型，以評價鋪裝抗車轍、抗裂、抗剪和抗剝離性能。

橋梁工程；鋼橋面鋪裝；疲勞試驗；溫度分布；預估模型

鋼橋面鋪裝病害已經(jīng)越來越突出，很多情況直接影響了大橋正常運營。筆者依托主跨為1 418 m的三跨連續(xù)鋼箱梁懸索橋——南京四橋開展了專題科研和試驗，并提出了大跨度鋼箱梁復合澆注式瀝青鋼橋面鋪裝的設計原則和方法。

1 鋪裝病害及評價分析方法探討

通過室內(nèi)試驗及相關技術指標來評價分析鋪裝病害成因，指導設計施工是鋼橋面鋪裝工程成敗的關鍵。瀝青混凝土鋼橋面鋪裝常見病害主要有5類：①剪切滑移及脫皮；②推擠及壅包；③車轍；④裂縫；⑤鼓包及坑槽。

1.1 剪切滑移及脫皮病害

剪切滑移及脫皮病害是雙層SMA鋼橋面鋪裝主要破壞類型，易導致鋼橋面鋪裝早期破壞。層間抗剪強度一般用直剪試驗或斜剪試驗來評價，或用拉拔試驗來間接地評價；鋪裝層的抗剝離能力評價通常用拉拔試驗來評價。

1.2 推擠及壅包病害

推擠及壅包病害多出現(xiàn)在SMA鋪裝層，往往因鋪裝質(zhì)量離散性大，在局部發(fā)生病害，進而產(chǎn)生影響正常運營的早期破壞。推擠壅包病害發(fā)生時，鋪裝層在水平和豎直方向永久變形均過大，其評價方法須著眼于提高混合料高溫穩(wěn)定性和界面抗剪變形能力，包括馬歇爾試驗、剪切試驗和車轍試驗。

1.3 車轍病害

車轍是早期瀝青混凝土路面的常見病害[1-2]，隨著高黏度瀝青的應用，該類病害越來越少。但在選用澆注式瀝青混凝土的鋪裝體系時，一方面為滿足混合料澆注工藝要求而較難兼顧高溫穩(wěn)定性；另一方面鋼橋面鋪裝溫度比普通路面要高且時間長，易出現(xiàn)了車轍病害。該病害常用車轍試驗評價，一些設計和施工規(guī)范都對混合料的動穩(wěn)定度或車轍率等指標提出了明確要求，且其取值以經(jīng)驗數(shù)據(jù)為主。

1.4 裂縫病害

裂縫病害分為疲勞裂縫、非疲勞次生裂縫和溫度裂縫。瀝青老化或添加熱固性材料后，鋪裝必然會產(chǎn)生疲勞裂縫；鋪裝結(jié)構剛度不足，因局部應力過大，易產(chǎn)生早期疲勞裂縫。非疲勞次生裂縫是指剪切滑移、鼓包和推擠壅包等病害產(chǎn)生的伴生裂縫。溫度裂縫是指鋪裝層與鋼橋面板溫度變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的裂縫?？蛊诹芽p的評價方法有瀝青混合料小梁彎曲試驗和劈裂試驗、復合件小梁疲勞試驗。

1.5 鼓包及坑槽病害

鼓包及坑槽病害是澆注式瀝青和環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝的常見病害。在汽車荷載作用下，極易產(chǎn)生表面放射狀和網(wǎng)狀裂縫，最終發(fā)展為坑槽。鼓包是施工中的主要病害，在施工工藝不合理或管理措施不到位時，各類雜物被帶入施工現(xiàn)場或沒及時清除，最終被埋入碾壓密實鋪裝層，因其體積膨脹而形成病害。

各類病害成因見表1。

表1 鋼橋面鋪裝病害的評價方法

2 橋址區(qū)氣溫條件和超載情況

2.1 鋪裝層溫度場的現(xiàn)場測試

影響鋪裝最大的氣候因素是氣溫，因此根據(jù)橋址區(qū)氣溫條件來確定鋪裝設計溫度極其重要。為了弄清鋪裝層溫度與氣溫的關系，在試驗橋上進行了溫度場測試[3]，并在南京四橋上進行長期溫度觀測。橋址區(qū)歷史氣溫及2013年實測氣溫情況見表2。

表2 橋址區(qū)氣溫條件一覽

監(jiān)測表明，鋪裝平均溫度與平均氣溫相關性較好；鋪裝層最高溫度與最高氣溫間相關性最好，但比平均溫度之間的相關性差(圖1)。因此，鋪裝常溫性能評價應采用平均氣溫作為設計參數(shù)，鋪裝高溫性能評價則應考慮采用最高氣溫作為設計參數(shù)。

圖1 鋪裝溫度與氣溫之間關系Fig.1 Pavement temperature and atmospheric temperature

2.2 橋址區(qū)汽車軸載調(diào)查

超限車輛管理和計重收費政策的實施，使得超載情況逐年好轉(zhuǎn)(表3)，但超限仍是鋼橋面鋪裝設計的要素之一[4]。橋梁設計荷載為公路I級，車輛總重55 t，標準軸重14 t；瀝青路面設計荷載采用BZZ-100，標準軸重10 t。設計交通量軸載按等效原則換算為標準軸次，是瀝青路面設計的基本方法[2]。

表3 歷年貨車超限車輛比率

設計及試驗均應考慮超限帶來的影響，對不同軸載的超限按5檔來分析，即不超限、超限0～30%、超限30%～50%、超限50%～100%和超限100%以上。橋址區(qū)的軸重分布情況詳見表4。

表4 橋址區(qū)貨車軸載分布比率(2007—2008年)

3 混合料及鋪裝結(jié)構試驗研究

3.1 混合料動態(tài)模量測試

測試采用應力控制方式，對試件施加正弦豎向荷載；試驗分別在5，15，25，40，55 ℃下進行，每一個溫度在頻率25.0，20.0，10.0，5.0，1.0，0.5，0.1Hz下分別測定動態(tài)模量和相位角[5]。測試表明：瀝青混合料動態(tài)模量E與溫度T及加載頻率f的關系如式(1)：

(1)

3.2 鋪裝結(jié)構受力分析

考慮不同溫度與汽車荷載的動態(tài)實際組合，對鋪裝進行應力應變計算，找出鋪裝層的最大應力應變[6]。采用有限元分析方法，相關參數(shù)為：車輛荷載為公路-I級，沖擊系數(shù)取值1.3，輪胎接地壓力為0.758 MPa；環(huán)境溫度為0～65 ℃，鋪裝層模量選用實測值，泊松比為0.3。加載方法是：①動態(tài)加載頻率取10 Hz；②根據(jù)標準橫斷面圖，確定車輛行走區(qū)域；③縱向計算5個斷面，分別是：相鄰兩橫隔板中間、3/8分點、4分點、1/8分點以及橫隔板正上方。不同溫度和荷載條件下的鋪裝層縱、橫、豎向拉應力和層間剪應力，部分計算結(jié)果見圖2。

圖2 鋪裝層應力計算成果Fig.2 Pavement stress calculation results

鋪裝層表面橫向拉應力和層間豎向拉應力的最大值出現(xiàn)在行車道的非輪壓區(qū)，在20 ℃不超限時的應力值分別為0.40，0.42 MPa；鋪裝上層底面拉應力和壓應力的最大值均在輪壓區(qū)，在20 ℃不超限條件下的應力值分別為0.41，0.76 MPa。

表面最大拉應力值與動態(tài)模量的關系為：

σ表面，T=0.003 9×(E10 Hz，T)0.597 5，R2=0.981 4。

底面最大拉應力值與動態(tài)模量的關系為：

σ底面，T=0.002 5×(E10 Hz，T)0.617 4，R2=0.991 4。

3.3 鋪裝層結(jié)構疲勞試驗

針對不同病害選擇相應的試驗方法，通過瀝青混合料的劈裂試驗和車轍試驗、復合件(鋪裝層+鋼板)小梁彎曲疲勞試驗，分別來評價輪壓區(qū)彎拉裂縫引發(fā)的綜合病害和車轍病害、非輪壓區(qū)的裂縫病害。

3.3.1 劈裂試驗

采用應力控制，試驗溫度為20 ℃，加載頻率為10 Hz，加載波形為正弦波，選擇應力比為0.2，0.3，0.4，0.5，0.6。20 ℃時，本項目下層和上層混合料劈裂強度分別為3.15，1.86 MPa。試驗結(jié)果表明：鋪裝上層底面出現(xiàn)裂縫的疲勞壽命Nf,20與拉應力成冪指數(shù)關系為：

Nf，20= 1 937.8×(1/σ)3.80，R2=0.991 1。

3.3.2 車轍試驗

在不同試驗溫度、荷載條件下，開展鋪裝層混合料的車轍試驗。試驗結(jié)果表明：動穩(wěn)定度值DS與試驗輪下壓應變的倒數(shù)成冪指數(shù)關系[6]，如圖3。

圖3 動穩(wěn)定度-應變曲線Fig.3 Dynamic stability and strain curve

3.3.3 復合件疲勞試驗

采用三點加載試驗，試驗溫度為20℃，加載頻率為10 Hz，加載波形為無間歇正弦波。施加不同荷載，破壞標準為混合料整體開裂或者復合梁底部與鋼板脫開。試驗表明，鋪裝頂面出現(xiàn)裂縫的疲勞壽命Nf,20與拉應力σ的倒數(shù)成冪指數(shù)關系：

Nf，20= 52.611×(1/σ)5.83，R2=0.993 2。

3.4 界面黏結(jié)及超限荷載

3.4.1 對黏結(jié)材料的要求

合理的界面黏結(jié)體系在受力破壞時，應出現(xiàn)黏粘劑內(nèi)聚破壞或內(nèi)聚破壞與界面破壞共存的混合破壞。選擇可靠的界面粘結(jié)材料和黏結(jié)方式是保障鋼橋面鋪裝的瀝青混凝土鋪裝層與鋼板黏結(jié)的關鍵，若界面黏結(jié)失效，將會大大縮短鋪裝使用壽命[7], 乃至直接產(chǎn)生“脫皮”破壞。

南京四橋防水黏結(jié)層拉拔及剪切室內(nèi)試驗結(jié)果如表5。拉拔試驗均以界面破壞為主，而且隨溫度升高界面強度和黏結(jié)料內(nèi)聚強度下降得快。低溫常溫下界面剪切強度大于黏結(jié)料的內(nèi)聚強度；高溫時界面剪切強度比黏結(jié)料內(nèi)聚強度下降得快，呈現(xiàn)復合破壞[8]。鋼橋面鋪裝在行車荷載作用下，其界面受力已受壓和剪切為主。按照界面強度大于黏結(jié)料內(nèi)聚強度原則，表面所選擇的黏結(jié)料是可靠的。

表5 拉拔試驗和剪切試驗結(jié)果

3.4.2 對鋼橋面板的要求

研究表明，要保證鋼橋面板與鋪裝層不脫開，達到整體受力的要求，鋪裝面的最小曲率應大于20 m，縱肋間的相對位移應在0.4 mm以下[9](圖4)。南京四橋橋面鋪裝結(jié)構在設計荷載(大橋一般為公路I級)、20 ℃條件下，橋面計算最小曲率半徑值為66.7 m，縱肋間相對位移為0.10 mm。

圖4 鋼橋面板的構造示意Fig.4 Schematic diagram for steel deck structure

3.4.3 對超載車輛管理的要求

為了避免界面損傷而導致耐久性變差，進行嚴格的超重車管理是必要的。計算表明：在20 ℃和公路一級荷載作用下，界面拉應力為0.42 MPa；若軸載超重200%(單軸重42 t)，拉應力將達1.26 MPa，不同溫度下界面應力超標的計算軸重見圖5。超重車輛管理宜對軸重超過100%的車輛禁止通行。

圖5 界面應力超標的軸重與溫度關系Fig.5 Temperature and axial load for overstressing

3.4.4 層間抗剪疲勞設計

黏結(jié)層若選用環(huán)氧類等熱固性材料，界面剪切破壞形式最終將表現(xiàn)為疲勞破壞，應開展相關疲勞試驗研究。若采用瀝青類材料時，黏結(jié)層不會出現(xiàn)日光輻射與氧氣共同作用的瀝青老化現(xiàn)象，層間不需要考慮界面的抗剪疲勞破壞。本項目擇優(yōu)選擇瀝青類材料作為黏結(jié)材料。

4 設計參數(shù)選擇與設計流程

4.1 設計參數(shù)及設計流程

復合澆注式瀝青鋼橋面鋪裝設計包括上下面層厚度的確定、瀝青材料及混合料配合比設計、正交異性鋼橋面板設計和層間黏結(jié)材料的確定。為確保在設計期限內(nèi)不出現(xiàn)影響行車舒適的鋪裝病害，充分考慮高溫和重載帶來的鋼箱梁橋面鋪裝早期出現(xiàn)裂縫、車轍等諸多問題，本項目對橋址區(qū)溫度分布和汽車軸載分布情況進行分析，獲取高溫和重載的特征值作為設計參數(shù)。即對10年以上的交通量資料進行調(diào)查，收集各車型的軸載譜分布，再將不同車型的軸重按等效原則換算成標準軸載的當量軸次，求得設計日當量軸次；對10年以上的氣溫資料進行調(diào)查，分析不同季節(jié)月度平均氣溫及氣溫分布規(guī)律，并調(diào)查或?qū)崪y高溫季節(jié)橋面每月最高溫度，求得鋼橋面鋪裝的月平均溫度、極端溫度值及其分布。

設計主要步驟包括：①橋址區(qū)交通量調(diào)查→設計交通量及軸載譜的確定→當量軸次或輪次計算；②橋址區(qū)氣溫調(diào)查→特征溫度及溫度分布的確定→溫度參數(shù)計算；③確定目標動穩(wěn)定度、面層疲勞要求和復合件疲勞要求；④瀝青材料選擇→瀝青混合料配合比設計→車轍及劈裂試驗及評價；⑤確定鋪裝層設計方案；⑥黏結(jié)層材料選擇→黏結(jié)試驗；⑦選擇鋼橋面板結(jié)構；⑧界面黏結(jié)強度評價、確定黏結(jié)層方案；⑨復合件疲勞試驗驗證；⑩確定鋼橋面板結(jié)構及橋面鋪裝方案。設計流程詳見圖6。

圖6 鋼橋面鋪裝的設計流程Fig.6 Process for steel deck pavement design

4.2 橋面板防水防腐及鋪裝層抗剪與抗剝離設計

橋面板的防水防腐與鋪裝層的抗剪與抗剝離密不可分，鋼橋面板出現(xiàn)銹蝕就無法保證鋪裝層與其形成整體來共同受力，會導致鋪裝層耐久性變差；鋪裝層因抗剪與抗剝離能力不足而破壞，會使鋼橋面板失去保護而極易受腐蝕。鋼橋面鋪裝的防腐應考慮施工階段和運營階段。鋼箱梁制造安裝周期一般為1年以上，鋼橋面板宜涂裝環(huán)氧富鋅漆或無機富鋅漆。

鋪裝防水防腐體系既要確保鋼板表面處理后的及時防腐和鋪裝層攤鋪前的有效防腐，又要確保其兩端分別與瀝青混凝土和鋼板間的黏結(jié)。樹脂類與瀝青類相比，其與鋼板黏結(jié)較好，但其與瀝青混凝土黏結(jié)較差。大跨徑橋梁鋼箱梁橋面鋪裝的變形較大，兼顧鋪裝的耐久性，宜選擇變形能力強的樹脂類或與鋼板黏結(jié)好的改性瀝青類防水黏結(jié)層。

復合澆注式瀝青鋼橋面鋪裝防水黏結(jié)層的抗剪強度宜大于0.8 MPa(20 ℃，直剪),抗拉拔強度宜大于1.4 MPa(20 ℃)[8]。南京四橋選用了溶劑型橡膠瀝青防水黏結(jié)層，其與環(huán)氧等樹脂類相比具有較好的柔性和抗疲勞壽命。

4.3 瀝青混合料高溫穩(wěn)定性設計

參照JTJ073.2—2001《公路瀝青路面養(yǎng)護技術規(guī)范》中“高速公路車轍養(yǎng)護技術標準不大于15 mm”的要求，以鋪裝設計壽命內(nèi)車轍不大于15 mm為目標值[10]。基于混合料動態(tài)模量和車轍試驗結(jié)果，建立車轍預估模型如式(2)：

(2)

式中：DS為動穩(wěn)定度，次/mm；Ct，Cw分別為加載時間間歇修正系數(shù)和汽車橫向分布修正系數(shù)；Ef,t為瀝青混合料動態(tài)模量，MPa；a為材料參數(shù)；n為設計壽命，a；D40,i為第i年內(nèi)鋪裝溫度高于40 ℃的天數(shù)；t40,ij為第i年第j天鋪裝溫度高于40 ℃的平均小時數(shù)；Tij為第i年第j天鋪裝高于40 ℃時間段的鋪裝平均溫度；ni為第i型軸載的作用次數(shù)；mi，pi分別為軸數(shù)和接地輪壓，MPa；pi為標準車的接地輪壓，MPa；k為汽車的軸型(共7種)。

通過混合料的動態(tài)模量試驗測試和橋址區(qū)溫度特征值的調(diào)查分析，計算獲得混合料的目標動穩(wěn)定度值DS。相關參數(shù)取值為：Ct=1/7；Cw=0.57×0.35；a=1.264 3；D40,i=150 d；t40,ij=8 h；Ef，60=326.22×f-0.220 1；E0.7 Hz，T=7 878.6×e-0.063×T。

4.4 瀝青混合料低溫抗裂和綜合病害預防設計

瀝青混合料的低溫性能是鋼橋面鋪裝低溫抗裂的關鍵。在瀝青原材料和瀝青混合料的性能指標中，下層低溫彎曲試驗(-10 ℃，50 mm/min)的極限應變≥8 000 με；上層改性瀝青采用小梁彎曲試驗(-20 ℃)測試，其彎曲模量≥500 kPa，彎曲變形≥80 000 με。

為避免瀝青混合料過早因彎拉應力出現(xiàn)疲勞裂縫，進而引起輪跡區(qū)域的坑槽等綜合病害，除明確瀝青和瀝青混合料的技術指標要求外，還要求開展小梁彎曲試驗(15 ℃,10 Hz,400 με)，疲勞次數(shù)≮100萬次，并滿足基于混合料彎曲試驗和劈裂疲勞試驗的鋼橋面鋪裝(使用壽命)評估模型〔式(3)〕的要求：

(3)

式中：Nf(0.2,20℃)為混合料劈裂試驗疲勞次數(shù)；Ct，Cc，Cw分別為加載時間間歇、裂縫擴展時間和汽車橫向分布的修正系數(shù)；n為設計壽命，a；tij為第i年第j天鋪裝溫度小于40 ℃的小時數(shù)；Tij為第i年第j天鋪裝低于40 ℃時間段的鋪裝平均溫度；Ef,T為在瀝青混合料動態(tài)模量，MPa；a，b為結(jié)構材料參數(shù)；ni為第i類軸型的日作用次數(shù)，次/日；mi，li，Pi分別為軸數(shù)、輪組數(shù)和軸重，kN；PBZZ為標準軸重，100 kN。

本項目輪跡區(qū)綜合病害預估評價的相關參數(shù)取值為：Ct=0.2；Cc=1/40；Cw=0.57×0.35；tij=8 h；E10Hz，T= 8195×e-0.0562×T，a=3.80；b=0.6174。

4.5 鋪裝層表面抗疲勞裂縫設計

鋪裝表面抗疲勞裂縫的能力取決于混合料的性能和鋼橋面板的剛度，應滿足基于混合料彎曲試驗和復合件小梁疲勞試驗的疲勞壽命預估模型的要求，如式(4)：

(4)

本項目表面疲勞裂縫病害預估評價的相關參數(shù)取值為：Ct=0.2；Cc=1；Cw=0.57×0.35；tij=8 h；E10 Hz，T=8 195×e-0.056 2×T，a=5.83；c=0.597 5。

4.6 瀝青混合料配合比設計

4.6.1 下層澆注式瀝青混合料

下層澆注混合料需兼顧自密實和高低溫穩(wěn)定性能，配合比設計應充分考慮流動性與高溫穩(wěn)定性的這對矛盾。硬質(zhì)直餾瀝青的耐高溫、抗老化及疲勞性能能適應高溫重載。采用硬質(zhì)直餾瀝青添加TLA的混合瀝青作為澆注式瀝青混合料的黏結(jié)料，是提高鋼橋面鋪裝耐久性的可靠措施。

配合比設計應對混合料的施工和易性、路用性能進行試驗評價，以確定最佳級配和瀝青用量，并對層間界面協(xié)調(diào)受力的可靠性進行驗證，以獲得耐久可靠的設計方案?；旌狭霞壟浞秶图夹g要求見表6和表7[11]，與日本本四聯(lián)絡橋設計標準[12]相比，提高了劉埃爾流動度和車轍動穩(wěn)定度指標值，并明確了鋪裝層與鋼板間的剪切強度和拉拔強度的要求。

表6 澆注式瀝青混合料級配范圍

表7 澆注式硬質(zhì)直餾瀝青混合料技術要求

劉埃爾流動度和貫入度是澆注式瀝青混合料的施工和易性指標，控制值取決于攤鋪設備的功率。動穩(wěn)定度和低溫彎曲破壞極限應變是保證混合料高低溫穩(wěn)定性的技術指標，下層鋪裝動穩(wěn)定度不宜低于800次/mm。本項目采用下層壓入瀝青預裹碎石的方案[11]，滿足了高溫穩(wěn)定的要求。

4.6.2 上層高彈改性瀝青混合料

配合比設計必須檢驗瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性等性能，提出推薦的設計級配曲線。以動穩(wěn)定度來評價混合料的高溫穩(wěn)定性，以小梁彎曲試驗來評價混合料的低溫抗裂和變形追隨能力，以彎曲破壞試驗來評價低溫變形能力，以劈裂試驗來評價其抗彎拉極限能力。高彈改性瀝青混合料級配及性能應滿足表8和表9的技術要求[11]，與日本本四聯(lián)絡橋設計標準[12]相比，提高了

動穩(wěn)定度指標要求，并明確提出了小梁彎曲試驗疲勞指標要求。

表8 高彈改性瀝青混合料級配范圍

表9 高彈改性瀝青混合料技術要求

為保證混合料的動穩(wěn)定度和疲勞性能，除了選擇優(yōu)質(zhì)瀝青外，應嚴格控制混合料級配和瀝青用量；細集料應采用適量天然砂，礦粉含量宜選低限。本項目選用天然特細砂，解決了0.15 mm篩孔通過率難滿足要求的問題，并有效地降低瀝青用量。

5 施工要求

正式施工前，應開展試驗段施工，進行首件認可，驗證施工工藝，實現(xiàn)標準化施工。要確保瀝青混凝土與鋼板的黏結(jié)萬無一失，鋼橋面板的表面處理應嚴格按Sa3.0工藝要求執(zhí)行[11]，并確保防水黏結(jié)層的施工質(zhì)量。下層澆注式鋪裝施工中應對流動度、動穩(wěn)定度進行檢測，并嚴格控制瀝青用量、壓入碎石；應合理配備拌和、攤鋪及碾壓設備，并確保瀝青預裹碎石的有效壓入；還應選用可靠模板固定措施，做好模板厚度預設超高等，確保了攤鋪厚度得到有效控制。施工組織應考慮空氣濕度、氣溫等因素，根據(jù)流動度的大小來合理控制攤鋪速度，避免出現(xiàn)攤鋪后的鼓包缺陷，同時做好攤鋪時鼓包的處理。上層鋪裝施工工藝與常規(guī)改性瀝青混合料攤鋪相同，要特別關注混合料的碾壓質(zhì)量。

6 使用效果觀測

本研究成果先后于2011年7月、2012年8月在南京繞越高速麒麟互通G、H曲線鋼箱梁匝道橋和南京四橋跨江大橋上應用。下層采用GA-13澆注式硬質(zhì)直餾瀝青混凝土并壓入預裹瀝青碎石(厚4 cm)，上層采用AC-13高彈改性瀝青混凝土(厚4 cm)，鋪裝層與橋面板的黏結(jié)采用溶劑型橡膠瀝青。

跨江大橋鋼箱梁全長2 189 m，鋼橋面鋪裝約7×104m2。施工質(zhì)量得到了有效控制，其中上下游幅的流動度代表值分別為26.3，22.6 s；貫入度代表值分別為1.55，1.53 mm；厚度代表值均為33 mm；動穩(wěn)定度代表值為457，456次/mm，如圖7。瀝青預裹碎石撒布量計算平均值為11.92 kg/m2。

圖7 下層澆注式瀝青混合料的測試結(jié)果Fig.7 Test results of the Gussasphalt mixture

通車以來，鋪裝使用情況良好，未發(fā)現(xiàn)病害；日最大交通量達6.9萬輛，2014年10月份日平均交通量2.7萬輛(絕對數(shù))，貨車比例為39%。兩年的車轍深度觀測數(shù)據(jù)見圖8，略小于設計預測值。

圖8 鋼橋面鋪裝車轍深度觀測匯總Fig.8 Results of rutting depth measurement for steel deck pavement

7 結(jié) 論

1)鋼橋面鋪裝病害的成因各異，直接原因主要是鋼板與瀝青混凝土黏結(jié)不好、瀝青混合料高低溫穩(wěn)定性和常溫疲勞壽命不足、瀝青混凝土局部應力過大(因鋪裝結(jié)構整體剛度不足)以及施工工藝控制不到位等因素。

2)瀝青混凝土鋼橋面鋪裝設計工作除需要開展橋址區(qū)交通量和溫度調(diào)研外，還包括瀝青混合料的配合比設計、鋼橋面板剛度驗算、混合料和復合件的各類室內(nèi)試驗等等。

3)通過橋址區(qū)的交通量和氣溫情況調(diào)查分析，所獲得的各車型軸載譜、歷年月平均氣溫及最高氣溫等特征值能夠較好地反映大橋運營期的高溫及重載情況，是重要的設計參數(shù)。

4)根據(jù)基于瀝青混合料動態(tài)模量和車轍試驗的車轍預估模型，計算得到的最小動穩(wěn)定值是瀝青混合料配合比設計的目標值；基于混合料劈裂試驗和復合件彎曲疲勞試驗的預估模型，能夠?qū)︿佈b層輪跡區(qū)的綜合病害和行車道中間區(qū)的表面裂縫進行預估評價。

5)設計中應通過系統(tǒng)地開展鋪裝結(jié)構試驗和混合料試驗，來合理選擇瀝青材料、瀝青混合料和鋼橋面板及鋪裝層結(jié)構，避免設計壽命內(nèi)出現(xiàn)影響行車舒適的各類典型病害，最終確定并驗證鋼橋面鋪裝的設計方案。

6)必須依靠嚴格施工工藝控制和標準化的施工，才能有效避免鋪裝層鼓包病害的出現(xiàn)。

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Design of the Composite Gussasphalt Steel Deck Pavement of the Large-Span Steel Box Girder

Zhang Dengjing

(Nanjing Major Road & Bridge Construction Headquarters, Nanjing 210000, Jiangsu, China)

The causes of long-span steel box girder steel deck pavement diseases were analyzed; the various types of evaluation methods on diseases and the technical indicators were discussed, and the thought and the method that a steel deck pavement design should effectively avoid pavement diseases were proposed. According to the survey of atmospheric temperature, the field test of pavement temperature and the research of axle load spectrum, the temperature and axle load parameters for steel deck pavement design were proposed. Based on the asphalt mixture dynamic modulus testing, finite element analysis to calculate the pavement structure, bituminous mixtures test, composite beam fatigue test, the changes of the steel deck pavement performance under varying conditions of temperature and axle load parameters were analyzed, which was a direct guidance to the new method for the deck pavement design. Finally, based on the rutting test, diametral compression test and composite beam fatigue test, fatigue life prediction models were proposed and used to evaluate the anti-pavement rutting, anti-cracking, anti-shearing and anti-peeling properties.

bridge engineering; steel deck pavement; fatigue test; temperature distribution; assessment model

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.05.02

2014-08-13；

2014-11-22

省部聯(lián)合技術攻關基金項目(2010-353-332-1000)

章登精(1967—)，男，安徽貴池人，高級工程師，主要從事大跨徑鋼橋及橋梁工程施工建設管理方面的研究。E-mail:122210999@qq.com。

U443.33

A

1674-0696(2015)05-005-09