劉亙（漢中市交通基本建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站 陜西 漢中 723000）

王劍楠（蘇交科集團(tuán)（甘肅）交通規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 甘肅 蘭州 730010）

0 引言

橋面鋪裝結(jié)構(gòu)承受車輛荷載等活載的直接作用，其受力情況較為復(fù)雜。其還對(duì)橋梁的主要承重構(gòu)件主梁起到了擴(kuò)散荷載和保護(hù)的作用，因此橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和耐久性在設(shè)計(jì)階段均需要進(jìn)行仔細(xì)的考量。相比于道路結(jié)構(gòu)鋪裝層，橋面鋪裝層在不同的橋梁跨徑位置受力狀態(tài)較大，這就進(jìn)一步加大了橋面鋪裝設(shè)計(jì)的難度。程毅[1]對(duì)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)和主梁之間的抗剪強(qiáng)度對(duì)橋梁整體承載力的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明橋面鋪裝與主梁的之間的剪切強(qiáng)度和有無水平力作用對(duì)主梁承載力有著重要的影響。雷進(jìn)[2]則對(duì)橋面鋪裝排水聯(lián)結(jié)層的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。郜小興[3]通過橋梁細(xì)部設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的影響分析，提出了較為實(shí)用的有助于提高橋面鋪裝耐久性的設(shè)計(jì)原則。首先對(duì)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)之上提出橋面鋪裝混合料的設(shè)計(jì)調(diào)整方法。

1 橋面鋪裝結(jié)構(gòu)方案調(diào)整特點(diǎn)

在初擬橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的方案后，還應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求結(jié)合有限元軟件對(duì)其力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng)初擬的方案計(jì)算結(jié)果不能滿足規(guī)范要求時(shí)則需要對(duì)其結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行調(diào)整，并重新對(duì)調(diào)整后的方案進(jìn)行驗(yàn)算，反復(fù)這一過程直至計(jì)算結(jié)果滿足設(shè)計(jì)或相關(guān)規(guī)范中的規(guī)定。由于橋面鋪裝設(shè)計(jì)內(nèi)容較多，對(duì)應(yīng)的指標(biāo)各不相同，且實(shí)際施工質(zhì)量容易受到現(xiàn)場(chǎng)施工情況的影響，波動(dòng)較大。導(dǎo)致橋面鋪裝層的調(diào)整方向不明確，為設(shè)計(jì)工作帶來了諸多不確定性。因此為使得鋪裝結(jié)構(gòu)調(diào)整方向有據(jù)可依，需要針對(duì)性的對(duì)鋪裝結(jié)構(gòu)力學(xué)性能進(jìn)行調(diào)整，提出明確簡(jiǎn)單可靠的調(diào)整方案。

2 鋪裝結(jié)構(gòu)力學(xué)強(qiáng)度不滿足的調(diào)整

引起鋪裝結(jié)構(gòu)力學(xué)強(qiáng)度不足的原因比較復(fù)雜。對(duì)于鋪裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的情況，主要從鋪裝材料和鋪裝結(jié)構(gòu)組合上進(jìn)行調(diào)整。

2.1 優(yōu)化鋪裝混合料級(jí)配

橋面鋪裝主要由集料和瀝青膠結(jié)形成的復(fù)合材料組成，這種復(fù)合材料中的各個(gè)組分都對(duì)混合料的力學(xué)性能具有重要影響。既有研究指出，瀝青混合料橋面鋪裝的抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度主要貢獻(xiàn)來自于粗集料和細(xì)集料的級(jí)配組成，因此，在橋面鋪裝混合料的設(shè)計(jì)階段可以通過調(diào)整級(jí)配參數(shù)來使得混合料形成嵌擠密實(shí)結(jié)構(gòu)從而進(jìn)一步的提高橋面鋪裝的力學(xué)性能，使之可以滿足規(guī)范何設(shè)計(jì)要求。通常來說，當(dāng)橋面鋪裝最大拉應(yīng)力或剪應(yīng)力驗(yàn)算不能滿足規(guī)范要求時(shí)，可以嘗試改變不同集料的級(jí)配類型，改變石子的材料參數(shù)等措施，對(duì)混合料的組成進(jìn)行綜合優(yōu)化，以提高其力學(xué)性能。

2.2 優(yōu)化鋪裝結(jié)構(gòu)組合

橋面鋪裝層作為局部輪壓荷載直接作用的結(jié)構(gòu)，其受力模式與橋結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件存在明顯的區(qū)別。由于橋梁結(jié)構(gòu)通常為超靜定結(jié)構(gòu)，因此，橋面鋪裝在車輪荷載下可能存在局部變形以及活載作用下出現(xiàn)拉壓應(yīng)力幅的現(xiàn)象。因此，這就要求橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中各個(gè)部分都具有良好的變形協(xié)調(diào)能力和抵抗疲勞荷載反復(fù)作用的性能，這也是其與道路結(jié)構(gòu)鋪裝層中下面層抗拉，中面層抗剪以及上面層抗疲勞的區(qū)別之處。如果設(shè)計(jì)初步方案中的橋面結(jié)構(gòu)鋪裝層驗(yàn)算結(jié)果不能滿足相關(guān)規(guī)范的及設(shè)計(jì)的規(guī)定，則可以根據(jù)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中各層的力學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分別進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到提高橋面鋪裝層綜合力學(xué)性能的目的。

2.3 增加鋪裝層厚度

橋面鋪裝層厚度也與鋪裝層的受力狀態(tài)密切相關(guān)，橋面鋪裝層厚度越大，其截面剛度就越大，應(yīng)力就越小，抵抗外荷載的能力就越強(qiáng)。但同時(shí)在另一方面，橋面鋪裝層厚度越大，材料用量增加，經(jīng)濟(jì)性就越差。因此在對(duì)橋面鋪裝層進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)其力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合的考量，在滿足使用性能以及造價(jià)合適的前提下，適當(dāng)增加橋面鋪裝層的厚度有助于抑制橋面鋪裝病害的產(chǎn)生，提高橋面鋪裝的耐久性。

2.4 更換高性能鋪裝材料

當(dāng)采用本文上述3種方法進(jìn)行調(diào)整后的鋪裝層結(jié)構(gòu)仍不能滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定和力學(xué)指標(biāo)要求時(shí)，可考慮提高材料的強(qiáng)度等級(jí)或改為采用新型材料或者更高性能的鋪裝材料，比如可選擇摻入橡膠或纖維的改性瀝青以增加橋面鋪裝層的強(qiáng)度和彈性模量，選擇強(qiáng)度等級(jí)較高的石料等。

3 鋪裝層混合料性能優(yōu)化

當(dāng)混合料性能不滿足要求時(shí)，應(yīng)針對(duì)某一具體方面采取針對(duì)新的措施進(jìn)行改善：

（1）橋面鋪裝水穩(wěn)定性能不滿足相關(guān)規(guī)范或者設(shè)計(jì)規(guī)定的要求時(shí)，可應(yīng)在考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件的同時(shí)采用粘結(jié)力較強(qiáng)的瀝青材料和酸性的耐磨集料或添加適量的外加劑來改善該項(xiàng)性能。

（2）橋面鋪裝混合料的抗疲勞性能不滿足相關(guān)規(guī)范或者設(shè)計(jì)規(guī)定的要求時(shí)，則可以選擇提高材料的等級(jí)和優(yōu)化混合料的級(jí)配比例外，還可以選擇添加纖維來提高橋面鋪裝的抗疲勞性能。

（3）橋面鋪裝混合料的低溫性能不滿足相關(guān)規(guī)范或者設(shè)計(jì)規(guī)定的要求時(shí)，可以考慮優(yōu)化級(jí)配，更換瀝青材料，添加短纖維材料等辦法。

（4）橋面鋪裝材料的抗高溫性能或其抗剪性能不滿足相關(guān)規(guī)范或者設(shè)計(jì)規(guī)定的要求時(shí)，應(yīng)首先從改善混合料級(jí)配組成進(jìn)行分析，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮添加外加劑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)之上對(duì)橋面鋪裝混合料的設(shè)計(jì)調(diào)整方法進(jìn)行了分析，結(jié)果表明提高鋪裝層的力學(xué)強(qiáng)度可以通過改善鋪裝層厚度、優(yōu)化鋪裝層結(jié)構(gòu)形式以及骨料級(jí)配、采用力學(xué)性能良好的鋪裝材料等方面來進(jìn)行改善。