瀝青混凝土橋面鋪裝粘結層受力分析及施工控制要點

劉淑娟

(楊凌職業技術學院)

1 瀝青混凝土橋面鋪裝破壞機理分析

普通半剛性水穩基層上鋪筑瀝青混凝土面層，路面在車輛荷載的瞬時作用下沉降很小，路面與基層結合面的周到剪應力、拉應力也很小，荷載作用點前后的瀝青混凝土可視為無限體，有足夠的抗推能力，所以結合面不會受剪脫開。

瀝青混凝土橋面鋪裝作為橋梁的附屬結構，其功用表現為：保護混凝土橋面、避免與車輪直接與接觸、減緩混凝土行車道板磨損;分布車輪壓力、減少荷載對橋面板的作用力;保護混凝土橋面板及主梁、防止混凝土及鋼筋的腐蝕;提高行車的舒適度;增加了橋梁美觀。橋面上的瀝青混凝土鋪裝在車輛荷載作用下撓曲變形較大，車輛駛離后又彈起，產生震動，使瀝青混凝土與水泥混凝土結合面產生交變剪應力，使其抗剪疲勞強度降低，且瀝青混凝土鋪裝層越厚剪力越大。瀝青混凝土橋面鋪裝指橋面板采用水泥混凝土，橋面鋪裝采用瀝青混凝土，中間加鋪粘結層。所以橋面鋪裝質量的好壞將直接影響到橋梁整體的質量和耐久性。由于兩種混凝土材料性能存在差異，往往鋪裝層與混凝土橋面板間最大剪應力比鋪裝上、下層間剪應力大很多，鋪裝層的破壞很大程度上源于鋪裝層與橋面板粘結層的抗剪強度不足。粘結層在疲勞荷載作用下，層間累計應變之差達到峰值后，層間出現較大滑移，成為橋面鋪裝破壞的主要原因。

2 粘結層受力分析

2.1 建立模型

采用ANSYS有限元軟件進行分析，瀝青混凝土橋面鋪裝由上面層(厚度5 cm，彈性模量1 500 MPa，泊松比0.25，AC-13細粒式瀝青混凝土)、下面層(厚度5 cm，彈性模量1 500 MPa，泊松比 0.25，AC-16 中粒式瀝青混凝土)、粘結層(厚度 1 cm，彈性模量 200 MPa，泊松比 0.3，SBS改性瀝青)構成，橋面板(厚度300 cm，彈性模量30 000 MPa，泊松比0.25，C50水凝混凝土)。

輪胎接地面積簡化為矩形，長 0.6 m，寬 0.2 m，壓強0.58 MPa。采用雙圓等效均布荷載，橋梁縱向加載位置分別在L、L3/4、L/2、L/4、0(L 為梁計算跨徑，取30 m)，橫向加載位置分別由道路中心線向翼緣端每個1.0 m，共計5處，對稱的作用在25個等效節點上，網格劃分密度為2 cm×2 cm的單元。

材料特性以及模型的結構特性作以下假定：

(1)各層是連續的、均質的、各向同性線彈性材料，位移和形變是微小的。

(2)水泥混凝土橋面板及瀝青混凝土鋪裝層的自重及撓度忽略不計。

(3)層間接觸完全連續，層間僅豎向應力和位移連續而無摩阻力。

(4)橋梁的兩端橫斷面進行全部自由度約束。

圖1 等效節點力

圖2 荷載位置示意圖

2.2 加載及數據處理

荷載參數取值Bzz-100，半徑R為10.56 cm，當量圓圓心距為3R，摩擦系數取0.5，荷載集度為 P 分別取0.80 MPa、1.0 MPa、1.3 MPa。通過ANSYS計算得，面層模量變化時的最不利荷載剪應力見表1，最不利位置處荷載與剪應力的關系見圖3。

圖3 最不利位置處荷載與剪應力的關系

表1 最不利荷載剪應力

2.3 結果分析

以上示例中，橋面鋪裝剪切破壞主要存在于鋪裝層上、下面層和鋪裝層與橋面板層間，主要表現為剪應力超過了鋪裝材料的抗剪強度，使鋪裝層內產生剪切破壞。每個加載位置處鋪裝層的縱向拉應力總比橫向拉應力大，鋪裝層出現的開裂破壞主要是由于縱向拉應力引起的橫橋向裂縫。鋪裝層與橋面板之間的剪應力大于鋪裝層上、下面層之間的剪應力，跨中位置撓度最大。故粘結層是瀝青混凝土橋面鋪裝的受力薄弱環節，是施工質量控制的關鍵。

3 施工控制要點

3.1 提高水泥混凝土橋面板表面粗糙度

水泥混凝土橋面板經振實、抹平、收漿工藝處理，干燥后表面易產生浮漿，會降低粘結力。施工前必須對水泥混凝土橋面板做好拉毛處理，使其表面變得粗糙，能有效提高層間的嵌鎖力和摩阻力。主要措施有人工鑿毛、施工期拉毛、刻槽、洗刨機洗刨、露石處理、噴砂打毛，其中洗刨機洗刨工作效率高，施工進度快，界面處理深度較大，操作簡單，使用效果好。

3.2 選用優質粘結材料

作為瀝青混凝土橋面鋪裝粘結層須具有良好的抗剪性能、耐高溫性能、延伸性能。瀝青混凝土橋面鋪裝粘結層材料基本上可以分為涂膜類和卷材類兩大類。防水卷材相互搭接、多塊拼接，影響美觀，存在密封不嚴和漏水的隱患，維修困難，價格昂貴，一般不使用。涂膜類極易滲入水泥混凝土毛細孔中，修復水泥混凝土微小缺陷，粘結界面形成牢固的釘子效應，能有效防止脫層、推移病害的產生，其中改性瀝青深受歡迎。

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［1］王琦.瀝青混凝土橋面鋪裝剪切試驗研究［J］.北方交通，2009，(3).

［2］曾建民，李長安.BP神經網絡在瀝青路面性能預測中的應用［J］.中外公路，2009，(4).

［3］鄧學鈞，路基路面工程［M］.人民交通出版社，2000.

［4］常建勇.瀝青混合料抗剪試驗方法及抗剪性能研究［D］.長安大學，2009：45-46.