李夢(mèng)琪

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110166)

隨著交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，我國(guó)開(kāi)始逐漸使用跨越長(zhǎng)度大、重量輕、施工較為簡(jiǎn)單的鋼箱梁橋[1]。但由于鋼箱梁自身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、柔度較大、在車(chē)輛荷載作用下產(chǎn)生的振動(dòng)較大，同時(shí)由于我國(guó)對(duì)鋼橋面瀝青混凝土鋪裝的研究不夠深入，因此部分橋面鋪裝層在使用不久后即出現(xiàn)病害，影響鋼橋的安全性和舒適性。

近年來(lái)，根據(jù)我國(guó)的氣候特點(diǎn)，許多研究者對(duì)鋼橋面瀝青混凝土鋪裝的鋪裝結(jié)構(gòu)、路用性能等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。但對(duì)于寒冷地區(qū)，由于氣候條件特殊，其鋼橋面瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)既要滿(mǎn)足鋼橋面的受力特點(diǎn)，還要能夠適應(yīng)寒冷的環(huán)境，使瀝青混凝土鋪裝層滿(mǎn)足使用性能要求。

1 鋼橋面瀝青混凝土鋪裝層受力特性

鋼橋面瀝青混凝土鋪裝層是作用在鋼板上的結(jié)構(gòu)層，直接承受車(chē)輛荷載的作用，與鋼板形成統(tǒng)一的整體。但是，現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)于鋼橋?yàn)r青混凝土鋪裝層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只給定了厚度建議值，沒(méi)有明確的驗(yàn)算過(guò)程。另外，鋼橋面瀝青混凝土鋪裝層在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一般不做專(zhuān)門(mén)的分析計(jì)算[2]。實(shí)際上，鋼橋面瀝青混凝土鋪裝層的受力特性比普通瀝青混凝土路面更加復(fù)雜，其受力特性主要表現(xiàn)為：

(1)在車(chē)輛荷載的作用下，鋼橋面瀝青混凝土鋪裝層隨鋼橋上下振動(dòng)，由于橫縱向肋的補(bǔ)強(qiáng)，使得瀝青鋪裝層表面的某些位置會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。

(2)由于鋼橋的跨徑和柔度較大，使得兩跨間的振動(dòng)位移和變形較大，其受力狀態(tài)受到嚴(yán)重影響。

(3)鋼橋與瀝青混凝土鋪裝層模量相差很大，使得在車(chē)輛荷載和環(huán)境變化下，容易產(chǎn)生較大的層間剪應(yīng)力。

2 鋼橋面瀝青混凝土鋪裝層破壞形式

通過(guò)閱讀大量文獻(xiàn)可知，鋼橋面瀝青混凝土鋪裝層破壞形式較多，但縱橫向裂縫、脫層推移、車(chē)轍變形和坑槽等是主要的病害形式，對(duì)于寒冷地區(qū)還容易出現(xiàn)低溫開(kāi)裂病害，造成這些病害的原因?yàn)槿缦聨追矫妫?/p>

(1)鋼橋面板設(shè)置了大量加勁部位，在車(chē)輛及溫度等因素的共同作用下，會(huì)使加勁部位上方形成高應(yīng)力區(qū)，產(chǎn)生負(fù)彎矩。因此，當(dāng)瀝青混凝土鋪裝層表面的最大應(yīng)力大于瀝青鋪裝材料相應(yīng)的容許應(yīng)力時(shí)，這些位置處的鋪裝層表面會(huì)出現(xiàn)疲勞裂縫。

(2)防水粘結(jié)層作為鋼橋面板與瀝青混凝土鋪裝層之間的粘結(jié)層，其作用是使兩者能夠共同受力。但在車(chē)輛荷載及溫度等因素的共同作用下，鋼橋面板會(huì)與瀝青混凝土鋪裝層之間產(chǎn)生較大的剪切力，當(dāng)兩者的粘結(jié)作用較差或達(dá)到極限剪切強(qiáng)度時(shí)，兩者之間會(huì)產(chǎn)生滑移，導(dǎo)致粘結(jié)層失效脫層。當(dāng)表面水進(jìn)入層間，在車(chē)輛荷載的作用下，會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生坑槽等病害。

(3)由于鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)較大，在炎熱的夏天其傳導(dǎo)到瀝青混凝土鋪裝層的熱量較多，降低瀝青混凝土鋪裝層的勁度模量，在車(chē)輛荷載的作用下，形成車(chē)轍變形。

(4)在我國(guó)北方寒冷地區(qū)，冬季寒冷干燥，在低溫作用下鋼橋面板的溫縮系數(shù)與瀝青混凝土鋪裝層不同，鋪裝層與鋼箱梁的溫度變形不協(xié)調(diào)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，進(jìn)而引起低溫開(kāi)裂。

因此，鋼橋面瀝青混凝土鋪裝層必須能與鋼橋面板緊密連接形成整體，并且兩者之間要具備良好的協(xié)同變形能力，同時(shí)應(yīng)具有較好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗疲勞特性。另外，瀝青混凝土鋪裝層應(yīng)具有良好的防水性，保證表面水不進(jìn)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。

3 寒區(qū)鋼橋面瀝青混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)方案

目前，國(guó)內(nèi)外較常見(jiàn)的鋼橋面瀝青混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)為雙層鋪裝體系，其中分為雙層同質(zhì)與雙層異質(zhì)兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型。對(duì)于雙層同質(zhì)鋼橋面瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其常用的典型代表為雙層SMA與雙層環(huán)氧結(jié)構(gòu)；而雙層異質(zhì)鋼橋面瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)，其主要類(lèi)型有“下層澆注+上層環(huán)氧”、“下層環(huán)氧+上層SMA”、“下層澆注+上層SMA”等結(jié)構(gòu)。

對(duì)于我國(guó)北方寒冷地區(qū)來(lái)說(shuō)，橋面鋪裝的防水粘結(jié)體系尤為重要，其一旦遭到破壞，會(huì)導(dǎo)致路面水進(jìn)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)多次的凍融循環(huán)后會(huì)引起瀝青混凝土鋪裝層強(qiáng)度的降低，產(chǎn)生松散坑槽等病害。同時(shí)在寒冷地區(qū)為了減少除雪劑中的氯離子對(duì)瀝青混凝土鋪裝層和鋼橋面造成腐蝕，應(yīng)提高瀝青混凝土鋪裝層的耐腐蝕性。

我國(guó)國(guó)內(nèi)針對(duì)寒區(qū)鋼橋面瀝青混凝土鋪裝，提出了ERS樹(shù)脂瀝青組合鋪裝體系，其典型結(jié)構(gòu)為EBCL防水粘結(jié)層+RA05樹(shù)脂瀝青混凝土層+SMA瀝青瑪蹄脂碎石層。

其中，表面層主要承受拉應(yīng)力，并且需承受剪應(yīng)力的影響。SMA作為一種以瀝青為膠結(jié)料，并與少量細(xì)集料、纖維及較多礦粉組成的瀝青瑪蹄脂碎石混合料，具有良好的路用性能，將其作為鋼橋面瀝青混凝土鋪裝體系的表面層，可以滿(mǎn)足抗裂、抗車(chē)轍、水損害等路用性能要求，同時(shí)可為鋼橋面鋪裝提供良好的行車(chē)舒適性。

下面層主要承受剪應(yīng)力，并受拉應(yīng)力影響。RA05樹(shù)脂瀝青混凝土為冷拌瀝青混合料，其承載能力高、耐高低溫性能好、不透水，并且具有較好的施工和易性。同時(shí)RA05層可以與上下層之間形成良好的粘結(jié)，為鋼板提供保護(hù)。

防水粘結(jié)層作為鋪裝層與鋼板的連接層，其不僅要有較好的防水性能和粘結(jié)特性，還需要能夠承受較大的剪應(yīng)力。而EBCL防水粘結(jié)層不僅具有高強(qiáng)度，隨從變形性、耐久性、耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)在光滑的鋼板上粘結(jié)碎石來(lái)形成致密的防水抗滑層，可以約束鋪裝層不產(chǎn)生水平滑動(dòng)位移，起到抗剪的作用。

后丁香大橋總長(zhǎng)度為2830.81m，其中四號(hào)橋?yàn)檫B續(xù)鋼箱梁橋，跨徑為(48+61+38)m。該橋位于沈陽(yáng)繞城高速公路上，橋址所在地年平均氣溫在6～9℃之間，年極端最高氣溫38℃，年極端最低氣溫-33℃，年平均降水量500～800mm，具有寒區(qū)典型氣候特點(diǎn)。其鋪裝類(lèi)型為ERS樹(shù)脂瀝青組合鋪裝體系，具體鋪裝層結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示。

圖1 后丁香大橋ERS鋪裝體系

針對(duì)后丁香大橋寒區(qū)的氣候特點(diǎn)，其ERS鋼橋面鋪裝材料室內(nèi)試驗(yàn)研究主要為以下四方面內(nèi)容 ：

(1)表面層SMA-13的性能試驗(yàn)：SMA-13所用瀝青的材料性能以及SMA-13的路用性能試驗(yàn)。

(2)下面層RA05的性能試驗(yàn)：RA05所用高粘樹(shù)脂瀝青的材料性能以及RA05樹(shù)脂瀝青混凝土的路用性能試驗(yàn)。

(3)防水粘結(jié)層EBCL的性能試驗(yàn)：EBCL材料的施工和易性試驗(yàn)、強(qiáng)度試驗(yàn)、可變形性試驗(yàn)以及耐久性試驗(yàn)。

(4)鋼橋?yàn)r青混凝土鋪裝層層間剪切性能研究：針對(duì)RA05層與鋼板層間、RA05層與SMA13層間剪切性能，研究施工工藝、界面構(gòu)造形式對(duì)層間剪切性能的影響。

4 結(jié)論

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，在寒冷地區(qū)鋼橋?qū)?huì)使用得越來(lái)越頻繁，對(duì)寒區(qū)鋼橋面瀝青混凝土鋪裝方案進(jìn)行探討，選擇適宜得鋼橋面瀝青混凝土鋪裝材料，對(duì)今后的施工具有指導(dǎo)意義。

針對(duì)我國(guó)寒區(qū)鋼橋面瀝青混凝土鋪裝，ERS樹(shù)脂瀝青組合鋪裝體系具有強(qiáng)度高、高低溫性能好、層間剪切性能優(yōu)越、耐腐蝕好等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)EBCL界面防水防腐性能優(yōu)良，對(duì)鋼板的粘結(jié)強(qiáng)度高，界面的抗剪功能直觀明確，有針對(duì)性地解決了SMA鋪裝層容易滑移破壞的問(wèn)題，而且EBCL施工簡(jiǎn)便，易于控制，施工現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)也比較簡(jiǎn)單和直觀。

ERS的組合方案與環(huán)氧瀝青混凝土、澆注式瀝青混凝土相比，造價(jià)低廉，且無(wú)需專(zhuān)用設(shè)備，施工和組織相對(duì)簡(jiǎn)單。因此，對(duì)于寒區(qū)鋼橋面瀝青混凝土鋪裝，ERS樹(shù)脂瀝青組合鋪裝體系優(yōu)勢(shì)明顯，是今后大力推廣的鋪裝方案。