鋼橋面鋪裝組合結(jié)構(gòu)性能與適用性分析

曾成福 顏華平

（1.江西省交通工程集團有限公司，江西 南昌 330000；2.江西省交通投資集團南昌北管理中心，江西 南昌 330000）

0 引言

橋面鋪裝質(zhì)量直接影響行車的舒適性和安全性，經(jīng)過長期研究和試驗，世界各地已成功應(yīng)用了大量的鋼結(jié)構(gòu)橋梁鋪裝。但是，鋼橋面上仍存在較為嚴(yán)重的路面結(jié)構(gòu)病害。目前，關(guān)于鋼橋面鋪裝技術(shù)仍存在一定爭議，并沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。橋面鋪裝層直接作用于各向異性鋼橋面，具有復(fù)雜的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)，在外部環(huán)境、超載等作用下容易發(fā)生損壞。幾乎所有的鋼橋面鋪裝層都會出現(xiàn)推移病害和車轍病害。目前，國內(nèi)外尚沒有完全解決的方法。針對這一問題，除了引進國外先進設(shè)計技術(shù)，研究開發(fā)優(yōu)秀的新型鋪裝材料外，還必須分析鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的性能。

目前，國內(nèi)外鋼橋面主要采用五種鋪裝材料，即澆注式瀝青混凝土混合料（GA）、SMA瀝青混合料、SMA改性瀝青混合料、環(huán)氧瀝青混合料（EA）和樹脂瀝青組合體系。主要采用的3種典型鋪裝結(jié)構(gòu)是，同類材料單層鋪裝（同質(zhì)單層）、同一種材料雙層鋪裝（同質(zhì)雙層）和不同材料雙層鋪裝（異質(zhì)雙層）。相關(guān)研究表明，由于氣候條件和交通條件的原因，單層橋面鋪裝結(jié)構(gòu)并不適用于我國。例如,采用單層GA路面結(jié)構(gòu)的江陰長江大橋出現(xiàn)了嚴(yán)重的橫向、縱向裂縫，塊狀裂縫，以及推移和車轍等早期破壞。因此，本文選擇3種常用的鋼橋面鋪裝材料（SMA、GA、EA），分析其同質(zhì)雙層和異質(zhì)雙層的不同組合結(jié)構(gòu)性能。

1 試驗材料

目前，鋼橋面鋪裝主要由不同鋪裝功能的雙層結(jié)構(gòu)組合形成。作為表面層的功能，上面層應(yīng)具有良好的路面性能，需要能夠滿足抗裂性和抗?jié)B性。下面層應(yīng)具有良好的抗水損性和抗荷載功能。

高性能聚合物改性瀝青具有較長的疲勞壽命和較低的開裂溫度。在大跨徑鋼橋面鋪裝中，保護層采用澆注式瀝青混合料時，表面磨耗層通常采用高彈改性瀝青SMA，該組合結(jié)構(gòu)在港珠澳大橋、武漢楊泗港大橋等120多座大跨徑鋼橋上的應(yīng)用面積超300萬平方米。環(huán)氧瀝青混凝土具有強度大、耐高溫、黏結(jié)能力強等優(yōu)點，作為鋼橋面鋪裝的下面層，不僅能夠承受較大的荷載作用，且與鋼橋結(jié)構(gòu)黏結(jié)牢固，表現(xiàn)出良好的路用性能。

因此，本文分析了3 種典型鋪裝結(jié)構(gòu)，分別為“SMA-10+SMA-13”“GA-10+SMA-13”和“EA-10+SMA-13”。各結(jié)構(gòu)層采用相同的4cm厚度。

2 路用性能研究

2.1 高溫抗車轍試驗

在60℃和70℃條件下，分別測試3種鋪裝結(jié)構(gòu)的動穩(wěn)定度和車轍深度，車轍試件成型按鋪裝下層—黏結(jié)層—鋪裝上層的順序開展。對于澆注式瀝青混凝土則采用自流平方式成型，對于環(huán)氧瀝青混凝土則采用輪碾成型。試驗結(jié)果如表1所示。

從試驗結(jié)果可以看出，高溫抗車轍性能從高到低為：“EA-10+SMA-13”“SMA-10+SMA-13”“GA-10+SMA-13。60℃下的動穩(wěn)定度均大于4000次/mm，車轍深度均小于1.2mm。當(dāng)試驗溫度提高到70℃時，只有“GA-10+SMA-13”組合結(jié)構(gòu)動穩(wěn)定度低于2800次/mm，另外兩種組合結(jié)構(gòu)動穩(wěn)定度仍大于4000次/mm，車轍深度均小于1.5mm。這表明3種鋪裝結(jié)構(gòu)組合方案均具有良好的耐高溫性能，但是，在鋼橋面上采用“GA-10+SMA-13”鋪裝結(jié)構(gòu)時，須注意其在高溫條件下的穩(wěn)定性。

2.2 疲勞試驗

對3種鋪裝結(jié)構(gòu)開展疲勞試驗，成型的試驗板尺寸為700mm×200mm×98mm。試驗中，將試件放在直徑為50mm，間距為300mm的3個鋼制滾柱支座上，借助伺服液壓油缸施加正弦波荷載，通過四腳施力架將加載力直接導(dǎo)向鋼板。疲勞試驗參數(shù)如表3所示。

表2 疲勞試驗參數(shù)

表3 疲勞試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果可以看出，抗疲勞性能從高到低為：“EA-10+SMA-13”“GA-10+SMA-13”“SMA-10+SMA-13”。3種鋪裝結(jié)構(gòu)的疲勞壽命均隨著應(yīng)變水平的增加而降低，疲勞壽命變化趨勢是相同的。在500應(yīng)變水平條件下，3種鋪裝結(jié)構(gòu)的疲勞壽命均達到了80萬次以上，其中EA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)疲勞壽命可達100萬次。因此，在鋼橋面上采用3種鋪裝結(jié)構(gòu)均具有較好的疲勞耐久性。

2.3 其他路面性能分析

通過室內(nèi)試驗及對大量文獻的閱讀研究，分析比較了3種鋪裝結(jié)構(gòu)的其他路面性能，研究結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，3種鋪裝結(jié)構(gòu)的抗裂性能均表現(xiàn)一般；水穩(wěn)定性EA-10+SMA-13和SMA-10+SMA-13結(jié)構(gòu)較好；EA-10+SMA-13和GA-10+SMA-13結(jié)構(gòu)抗老化性能和耐久性均較好；因為3種鋪裝結(jié)構(gòu)的表面層均為SMA-13，所以，它們在抗滑性能和交通噪聲方面均表現(xiàn)較好。

表4 其他路面性能比較分析

3 適用性分析

通過對路用性能的分析，建議根據(jù)交通荷載情況選擇不同的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)進行組合。不同鋪裝結(jié)構(gòu)的適用條件如表5所示。

表5 鋪裝結(jié)構(gòu)適用條件

EA-10+SMA-13結(jié)構(gòu)因其具有優(yōu)異的抗車轍性能和耐久性，推薦用于特重交通等級鋼橋面。盡管GA-10+SMA-13結(jié)構(gòu)整體有一定的抗車轍性能，但是GA缺乏高溫穩(wěn)定性，易形成車轍，這種結(jié)構(gòu)在重載交通路段可考慮使用。因為EA和GA施工難度較大，且成本較高，輕交通路段不建議考慮這兩種材料，考慮到經(jīng)濟性，推薦使用SMA-10+SMA-13結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語

EA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)具有抗車轍性能好、耐久性好及耐低溫開裂的優(yōu)勢，但造價高、施工難、維護時間長；由于GA空隙率低，GA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)具有防水、防腐、抗老化等優(yōu)點，同時具有優(yōu)異的抗滑、耐久性能；SMA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)具有技術(shù)可靠、經(jīng)濟和施工優(yōu)勢，非常適用于鋼結(jié)構(gòu)橋梁鋪裝；EA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)推薦用于非常繁忙的交通，中、重交通路段可以考慮采用GA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)，輕交通情況下建議使用SMA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)。