現(xiàn)有公路橋面鋪裝設(shè)計(jì)存在的不足與改進(jìn)設(shè)計(jì)

吳岐賢

(深圳市市政設(shè)計(jì)研究有限公司)

1 橋面鋪裝設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

(1)雙層式瀝青混凝土鋪裝。

瀝青層總厚度為9～10cm，可采取4～6 cm瀝青混凝土，近年來多采用4～5 cm的改性瀝青混凝土，目前橋梁主要采取這種鋪裝形式。

(2)單層式瀝青混凝土面層。瀝青層厚度為4～6 cm，如京石高速公路采用4～5 cm的瀝青鋪裝，使用效果較好。

(3)采用水泥混凝土橋面鋪裝。由于加鋪瀝青層的橋面鋪裝使瀝青層經(jīng)常早期破壞，故有的橋梁直接采用水泥混凝土橋面鋪裝，一般厚度采用15 cm，有的則采用兩層式鋪裝7+8 cm。

(4)水泥混凝土橋面鋪裝加鋪微表處。近年來，由于瀝青微表處技術(shù)的發(fā)展，有的水泥混凝土橋面鋪裝便采用加鋪1～6 cm瀝青微表處，以克服水泥混凝土橋面鋪裝的不足。

2 現(xiàn)有橋面鋪裝設(shè)計(jì)不足之處與分析

(1)橋面鋪裝作為直接接觸汽車荷載等可變作用的接觸面，隨著交通量的增大，重型，超重型汽車的增多或車速增快，現(xiàn)行橋面鋪裝與之不相適應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝層除直接承受車輪荷載沖擊之外，還部分或全部地參與了主梁結(jié)構(gòu)的變形，橋面鋪裝是一個(gè)多向受力結(jié)構(gòu)，各種結(jié)構(gòu)形式的主梁及鋪裝本身的構(gòu)造均影響其應(yīng)力的分面。

(2)縱向橋面鋪裝的施工縫是否有鋼筋穿過是引致橋面病害的重要因素。對(duì)橋面鋪裝本身的分析表明，如果縫間無鋼筋穿過，混凝土收縮完成后縱縫必然斷開，再經(jīng)雨水侵蝕后，削弱了層間結(jié)合，產(chǎn)生了縱向裂縫乃至破壞。

(3)橋梁剛度不夠。

(4)鋪裝層的厚度。橋梁的結(jié)構(gòu)理論中對(duì)橋面鋪裝層的計(jì)算分析論述幾近于零，現(xiàn)行規(guī)范中只給定了厚度的推薦值，而工程界卻一直在各等級(jí)公路的設(shè)計(jì)中運(yùn)用了幾十年。近幾年來了，隨著交通量及重型車輛的日益增加，過薄的橋面鋪裝層已不適應(yīng)發(fā)展的需要，尤其是伸縮縫及橋頭附近的橋面鋪裝層受到荷載的沖擊較大，混凝土施工縫處是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，這些地方更需要保證混凝鋪裝層的厚度，必要時(shí)還需要配加強(qiáng)鋼筋。

(5)防水層。在橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，鋼筋混凝土橋面板與鋪裝層之間是否要設(shè)置防水層，應(yīng)視當(dāng)?shù)氐臍鉁兀炅浚瑯蛄航Y(jié)構(gòu)和瀝青混凝土鋪裝層下可不設(shè)防水層，但在主梁受負(fù)彎矩作用處應(yīng)設(shè)防水層。

3 橋面鋪裝設(shè)計(jì)的方法

合理的有限元模型是計(jì)算分析的前提。從目前研究狀況來看，主要有以下幾個(gè)方面急需探討。以借鑒復(fù)合路面的處理方式，如何模擬層間接觸狀況，特別是如何考慮防水層的影響，是建立合理的有限元模型的一個(gè)關(guān)鍵問題，是研究鋪裝層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的一個(gè)重點(diǎn)，要采取理論計(jì)算與試驗(yàn)分析相結(jié)合的方法，將計(jì)算結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)和實(shí)測(cè)結(jié)果相對(duì)比，尋找一種與結(jié)構(gòu)受力吻合的模型。合理解決橋面鋪裝問題需要從理論結(jié)構(gòu)計(jì)算兩方面入手，正確的理論基礎(chǔ)是根本，合理的力學(xué)模型是關(guān)鍵，通過計(jì)算分析與實(shí)測(cè)對(duì)比，較好的解決如上述的接觸模型，荷載簡化等問題，搞清其他因素的影響，還加強(qiáng)對(duì)模型尺寸及收斂條件的研究，在條件允許的情況下，加強(qiáng)對(duì)其動(dòng)力性能的研究，在分析鋪裝層破壞形式的基礎(chǔ)上，確定關(guān)鍵因素，提出控制指標(biāo)并建立相應(yīng)的破壞準(zhǔn)則，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)，要達(dá)到這一目標(biāo)需要做大量的基礎(chǔ)性研究工作。

4 橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)

(1)瀝青混凝土鋪裝。瀝青混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)瀝青混凝土采用單層式或雙層式結(jié)構(gòu)，單層式厚度不宜小于6 cm，為了方便施工，一般采用同主線中上面層一致的雙層瀝青混凝土結(jié)構(gòu)。雙層式的表層厚度不小于3 cm。且采用密實(shí)型熱拌熱鋪瀝青混凝土。為減輕結(jié)構(gòu)恒載，減小瀝青鋪裝厚度也是可以考慮的，但最小瀝青鋪裝厚度應(yīng)考慮各種因素影響后的結(jié)構(gòu)層最小厚度確定，且瀝青宜采用改性瀝青或添加纖維。

(2)水泥混凝土鋪裝。增加水泥混凝土鋪裝層厚度。適當(dāng)增加水泥混凝土鋪裝層的厚度，由過去6～8 cm增加至10～16 cm，有瀝青表層的橋面混凝土最小厚度不宜小于10cm，直接行車的橋面水泥混凝土厚度宜為12～16 cm，水泥混凝土標(biāo)號(hào)與橋面板相同或提高一級(jí)，另配鋼筋網(wǎng)，重車及特重車較多時(shí)可設(shè)計(jì)雙層鋼筋網(wǎng)，以提高水泥混凝土抵抗溫度應(yīng)力的性能。

(3)摻加新材料。采用具有優(yōu)良抗裂性，抗彎曲性，耐沖擊性及耐疲勞性等特點(diǎn)的新型復(fù)合材料，鋼纖維混凝土(sfrc)。鋼纖維混凝土應(yīng)用于橋面鋪裝層有兩種形式，一種為部分粘結(jié)式，另一種為增強(qiáng)鋼筋網(wǎng)的鋪裝層，也叫復(fù)合式sfrc鋪裝層。

(4)改善橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。①為了增強(qiáng)新舊混凝土連接，梁體頂層應(yīng)設(shè)計(jì)預(yù)埋與橋面混凝土鋪裝牢固結(jié)合的抗剪連接。②空心板式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)將整體層與鋪裝層一起考慮，即全厚一次施工，內(nèi)設(shè)兩層鋼筋網(wǎng)，T形梁式結(jié)構(gòu)，將其中的三角墊層取消，直接設(shè)置鋪裝層，將每根主梁肋板的箍筋加長伸入鋪裝中，與鋼筋連接，內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)。

(5)采用高密實(shí)度，高強(qiáng)度的橋面鋪裝混凝土，混凝土強(qiáng)度不宜低于C40，混凝土水灰比一般應(yīng)控制在0.4以下，新加橋面鋪裝厚度一般不小于60mm，必要時(shí)可采用鋼筋纖維或聚丙稀纖維混凝土鋪裝以進(jìn)一步提高混凝土鋪裝的性能。

(6)伸縮縫處瀝青路面破損可能出現(xiàn)坑槽，因此伸縮縫在設(shè)計(jì)上在橋梁端留有足夠的錨固鋼筋外，還應(yīng)設(shè)計(jì)不低于C30的鋼纖維混凝土。

(7)加強(qiáng)橋面施工的排水設(shè)計(jì)，改善橋梁的使用環(huán)境，橋上泄水孔的設(shè)置應(yīng)根據(jù)橋梁寬度和橫縱坡的大小合理確定間距，泄水孔收水口底部標(biāo)高應(yīng)低于水泥混凝土橋面頂至少1 cm，其周圍做成收坡。

(8)黑色橋面鋪裝與黑色路面工作條件不同，除中小橋梁和路面結(jié)構(gòu)相同外，對(duì)于特大橋應(yīng)采用嵌擠密實(shí)結(jié)構(gòu)的瀝青混凝土，以提高抗水，抗?jié)B和抗車轍的能力。

(9)瀝青混凝土鋪裝宜采用兩層設(shè)計(jì)，不但保證鋪裝有足夠的厚度，對(duì)其提高平整度，耐久性也有保證作用。而且可與路面中上層結(jié)構(gòu)相同，黑色鋪裝和路面施工同時(shí)進(jìn)行，給施工帶來極大方便。

5 重視防水

(1)橋面防水涂層。橋面鋪裝通常由防水層，粘結(jié)層，鋪裝層組成。橋面設(shè)置防水層，不但本身要起到防水作用，而且要求其與水泥混凝土和瀝青混凝土都有很好的親和性，附著力性。防水材料主要有瀝青砂膠，預(yù)制層，薄膜與乳化瀝青層等形式。我國通常采用的防水材料主要是瀝青或改性瀝青作粘層，撒布一層中砂，碾壓形成瀝青涂膠類下封層。防水層必須全橋鋪裝，無破洞，漏鋪，脫開，翹曲及皺折現(xiàn)象。

(2)伸縮縫的防水。目前我國部分省市已嘗試對(duì)伸縮量小于5 cm的小變位伸縮縫，采用聚合物改性瀝青彈塑體填充式伸縮縫，能較成功地解決伸縮縫漏水的難題。

6 結(jié)束語

橋面鋪裝是橋梁的重要組成部分，橋面鋪裝質(zhì)量的好壞是保證公路運(yùn)行質(zhì)量的關(guān)鍵之一，必須引起重視，在理論上需加強(qiáng)對(duì)橋面鋪裝受力機(jī)理和材料的研究，以明確橋面鋪裝各結(jié)構(gòu)層計(jì)算模型，力學(xué)特性及相關(guān)參數(shù)，為橋面鋪裝的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，并在鋪裝施工中切實(shí)保證質(zhì)量，通過設(shè)計(jì)的有效改進(jìn)，采取可靠措施，使橋面鋪裝體現(xiàn)良好的使用性能，適應(yīng)現(xiàn)階段公路發(fā)展需求。

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