大跨度鋼箱梁復(fù)合澆注式瀝青鋼橋面鋪裝設(shè)計

左洪利

（山東省路橋集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

由于鋼箱梁的承載性能比較突出，且其結(jié)構(gòu)自重相對較輕，因此在大跨度橋梁工程中得到了廣泛的應(yīng)用。受恒載條件的制約，在設(shè)計大跨度鋼箱梁的橋面鋪裝時大多采用的是復(fù)合澆筑式瀝青。但是與普通瀝青鋪裝相比，鋼橋面在鋪裝設(shè)計中對使用條件以及結(jié)構(gòu)受力分析等方面都有較高的要求。設(shè)計人員必須充分了解大跨度鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計的特點(diǎn)，并嚴(yán)格遵守相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，科學(xué)地選擇設(shè)計參數(shù)以及材料，提高鋪裝設(shè)計的合理性。某橋梁工程為連續(xù)鋼箱梁三跨懸索橋，其主跨長度約為1 420 m，采用復(fù)合澆筑式瀝青進(jìn)行橋面鋪裝。本文將以該橋梁工程為例，分析鋼橋面瀝青鋪裝設(shè)計要點(diǎn)。

1 合理選擇大跨度鋼箱梁復(fù)合澆注式瀝青鋼橋面鋪裝設(shè)計參數(shù)

在鋼橋面鋪裝設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)充分了解橋梁工程所在地區(qū)的環(huán)境溫度特征以及交流量等，合理選擇瀝青材料以及層間黏結(jié)材料，并合理設(shè)計混合料的配比，確定復(fù)合澆注式瀝青上下面層的具體厚度，以及設(shè)計鋼橋面的正交異性面板[1]。在該項目的鋪裝設(shè)計中，設(shè)計人員充分收集了解了工程所在區(qū)域的環(huán)境溫度以及交通量，通過對10年交通量的分析獲得了軸載分布情況，同時還對該地區(qū)10年環(huán)境溫度變化情況進(jìn)行了全面的調(diào)查分析，獲得了其溫度分布特點(diǎn)，從而準(zhǔn)確確定了設(shè)計中的重載高溫特征。

2 大跨度鋼箱梁復(fù)合澆注式瀝青鋼橋面鋪裝的設(shè)計要點(diǎn)

2.1 合理設(shè)計復(fù)合式澆注瀝青配比要點(diǎn)分析

2.1.1 復(fù)合澆注式瀝青下層混合料的配比設(shè)計要點(diǎn)

在設(shè)計復(fù)合澆注式瀝青下層混合料配比時，應(yīng)在保證其在高低溫條件下的穩(wěn)定性以及密實(shí)度的基礎(chǔ)上來進(jìn)行流動性的設(shè)計，以有效平衡高溫穩(wěn)定型和混合里流動性之間的關(guān)系。由于硬質(zhì)直餾瀝青具有較高的耐高溫性能，且其抗疲勞和抗老化性能也比較突出，能夠很好地滿足重載高溫工況下的鋪裝要求，因此，是鋼橋面鋪裝設(shè)計中比較理想的下層瀝青混合料，同時還可以將適量TLA加入硬質(zhì)直餾瀝青中，以提高混合料黏結(jié)度，從而延長鋼橋面鋪裝的使用壽命[2]。

在進(jìn)行瀝青混合料的配比設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)通過試驗(yàn)來檢測瀝青混合料的路用性能以及和易性，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)來確定瀝青的具體用量以及級配的最佳值。同時設(shè)計人員還應(yīng)詳細(xì)驗(yàn)證鋪裝層層間界面受力情況，嚴(yán)格遵守瀝青混合料的技術(shù)要求以及級配范圍規(guī)定，并根據(jù)鋼板和鋪裝層的抗拉拔和抗剪要求、車轍穩(wěn)定度以及劉埃爾流動度等各項指標(biāo)參數(shù)來優(yōu)化配比設(shè)計，以提高鋪裝設(shè)計的耐久性。在澆筑式瀝青的配比設(shè)計中，混合料的和易性主要受劉埃爾貫入度以及流動度等指標(biāo)的影響，而攤鋪設(shè)備的選擇則與控制值密切相關(guān)。此外，在配比設(shè)計中還要充分考慮低溫條件下的極限破壞應(yīng)變以及動穩(wěn)定度，在鋪裝層下層瀝青混合料的配比設(shè)計中，其動穩(wěn)定度應(yīng)控制在350次，以保證瀝青混合料在高低溫環(huán)境下的穩(wěn)定性指標(biāo)能夠符合設(shè)計規(guī)范要求。在該橋梁工程的下層混合料配比設(shè)計中，為了保證其高溫穩(wěn)定性，選擇了將瀝青預(yù)裹碎石壓入的設(shè)計方案。

2.1.2 復(fù)合澆筑式瀝青上層混合料的配比設(shè)計要點(diǎn)

在復(fù)合澆筑式瀝青上層混合料的配比設(shè)計中，設(shè)計人員要對其水穩(wěn)型、高溫穩(wěn)定性以及低溫抗裂性等因素進(jìn)行綜合考慮，從而優(yōu)化其級配設(shè)計。設(shè)計人員可以根據(jù)動穩(wěn)定度來對混合料在高溫條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并通過小梁彎曲試驗(yàn)對混合里的變形追隨性能以及低溫抗裂性能進(jìn)行檢驗(yàn)。同時還可以開展劈裂試驗(yàn)以及彎曲破壞試驗(yàn)等對混合力度極限抗彎拉型以及低溫變形等進(jìn)行檢測分析[3]。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)設(shè)計規(guī)范和技術(shù)要求，綜合各項試驗(yàn)檢測結(jié)果，合理確定上層瀝青混合里的配比。在該項目中最終選擇了高彈改性瀝青作為澆筑式瀝青的上層材料。設(shè)計人員在配比設(shè)計中還應(yīng)對瀝青用量以及級配進(jìn)行優(yōu)化，以保證其疲勞性能以及動穩(wěn)定度，在該項目中選擇天然特細(xì)砂作為細(xì)集料，并根據(jù)低限控制礦粉含量，從而使瀝青用量明顯降低。

2.2 合理設(shè)計鋼橋面瀝青鋪裝的防腐防水體系要點(diǎn)分析

在進(jìn)行鋼橋面鋪裝設(shè)計時，設(shè)計人員要加強(qiáng)防腐防水設(shè)計。防腐防水體系的設(shè)計要充分考慮到在施工過程中的防腐防水要求以及橋梁工程在交付使用后的防腐要求，因此，應(yīng)選擇無機(jī)富鋅漆以及環(huán)氧富鋅漆等材料來對鋼橋面進(jìn)行涂裝，以保證鋼橋面板的抗腐蝕能力能夠滿足施工要求，可以與鋪裝層形成一個共同受力的整體結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)鋪裝層的耐久性。同時在鋪裝層的防腐防水設(shè)計中還要充分考慮其與鋼板間的黏結(jié)度。由于鋼橋面鋪裝層的抗拉拔強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到1.4 MPa，且在環(huán)境溫度20 ℃左右條件下時，其直剪抗剪強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到0.8 MPa，且大跨度鋼箱梁橋梁工程對橋面鋪裝變形控制以及耐久性都有較高的要求，因此，在該項目的設(shè)計中采用的是抗疲勞性能和柔性均相對較好的橡膠溶劑型瀝青材料來作為黏結(jié)防水層材料，以確保其能夠滿足鋪裝層的抗拉抗剪要求。

2.3 在瀝青混合料設(shè)計中要保證其在高溫條件下的穩(wěn)定性

在設(shè)計鋪裝層的高溫穩(wěn)定性時，設(shè)計人員應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)范，并綜合考慮瀝青混合料的材料參數(shù)、動態(tài)模量、環(huán)境溫度變化、軸載等各項參數(shù)，利用相關(guān)的計算公式準(zhǔn)確計算其動穩(wěn)定度。

2.4 優(yōu)化設(shè)計方案提高瀝青混合料的抗裂能力

在鋼橋面鋪裝設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)充分考慮其在低溫條件下的抗裂性能，可以分別通過小梁彎曲試驗(yàn)以及低溫彎曲試驗(yàn)來檢測分析復(fù)合澆筑式瀝青上下層的彎曲變形、彎曲模量以及極限應(yīng)變等參數(shù)。在本項目中，其上層改性瀝青的彎曲變形在8 000 με，彎曲模量值達(dá)到了500 kPa，而其極限應(yīng)變值也控制在8 000 με。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合瀝青材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)、動態(tài)模量、環(huán)境溫度以及軸重軸數(shù)等相關(guān)參數(shù)利用計算公式來進(jìn)行計算分析，并合理確定橋面鋪裝的使用壽命。

2.5 合理合計鋪筑層的抗疲勞性能

鋼橋面面板的設(shè)計剛度以及瀝青混合料性能將直接關(guān)系到鋪裝設(shè)計中的抗疲勞性能。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)小梁疲勞試驗(yàn)以及彎曲試驗(yàn)的結(jié)果，并結(jié)合環(huán)境溫度、軸重以及混合料的材料結(jié)構(gòu)參數(shù)以及動態(tài)模量等參數(shù)來進(jìn)行計算疲勞次數(shù)以及裂縫擴(kuò)展時間等。

3 結(jié)語

在設(shè)計大跨度鋼箱梁的橋面鋪裝時，設(shè)計人員應(yīng)充分了解橋梁工程所在地區(qū)的環(huán)境溫度以及交通量等相關(guān)參數(shù)，并嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范要求來進(jìn)行各項設(shè)計參數(shù)的選擇。在橋面鋪裝設(shè)計中要科學(xué)確定復(fù)合澆筑式瀝青混合料上下層的配比，合理選擇鋪裝材料，不斷優(yōu)化設(shè)計方案，以提高鋪筑層的防水防腐性能以及抗裂抗剝離能力，從而有效防控瀝青鋪筑層的病害問題，提高鋼橋面鋪裝設(shè)計的質(zhì)量和水平，延長鋼橋面鋪筑層的使用壽命，全面提高我國大跨度鋼箱梁橋梁工程的質(zhì)量。