水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝的綜合技術研究

曹德金

（無錫市公共工程建設中心，江蘇 無錫 214031）

0 前言

在公路工程建設中，橋梁是重要組成部分之一，例如，江蘇省目前部分高速公路中橋梁總長占到路面總長的10%～15%。橋梁的使用狀況可以影響整個公路的交通質量。水泥混凝土橋梁是常見的公路橋梁形式之一，目前的水泥混凝土橋梁一般采用雙層瀝青混凝土鋪裝，其結構與路面中上面層相同。但是由于結構設計、材料選擇、施工控制及車輛、環境等因素的綜合作用，橋面鋪裝層仍存在較多坑槽、車轍、推移等病害[1]，不僅降低了橋面的使用品質，而且增加了養護費用，甚至可能縮短橋梁結構的使用壽命[2]。從橋面鋪裝體系來看，橋面的使用環境比路面更加的苛刻，比如橋面日均年均溫差都較大，橋體振動明顯等等。加上橋面瀝青鋪裝較瀝青路面更薄，因此橋面鋪裝更加容易損壞。因此，橋面鋪裝需要考慮比常規路面鋪筑更嚴格的設計方案、材料選擇、施工控制的規范和標準。

近年來，針對橋面鋪裝存在的諸多問題，做了很多研究，并取得了一定的成果。例如總結了橋面鋪裝的主要破壞類型和病害特征，提出了橋面鋪裝合理厚度，瀝青混合料的鋪裝結構和材料標準，防水層的力學指標和構造要求等等。依據這些要求的提出，一些新型的鋪裝結構形式和鋪裝新材料不斷涌現，包括雙層SMA，倒裝結構，橡膠瀝青SAMI防水粘結層等[3]。

1 國外橋面鋪裝技術

由于橋面鋪裝承受了交通荷載和自然環境的綜合影響，使用條件嚴酷，因此成為各國道路橋梁技術人員努力探討的重要課題。針對橋面鋪裝的功能性及結構性的要求，各國根據實際情況開展了大量的研究，取得了許多科研成果。一些發達國家還結合工程應用實踐和經驗，制定了相應的橋面鋪裝專用防水層材料供貨技術標準、試驗技術標準、設計和施工指南或規范。

在國外，部分國家和地區與我國相似，采用瀝青混凝土作為橋面鋪裝，其結構類型包括防水層和瀝青混凝土面層。歐美混凝土橋面一般鋪設防水層或防水系統，大多采用雙層式（防水層+面層）或三層式（防水層+中間層+磨耗層）鋪裝，總厚度為4～10 cm或更厚。在對防水系統的選擇上，因為對不同防水材料的使用經驗和技術存在差異，有的國家偏重于使用卷材，而有些國家則偏重于使用涂膜類防水層。日本、德國、美國等國家基本形成了各自的鋪裝體系和典型結構設計方法[4]。

1.1 德國的混凝土橋橋面鋪裝

德國的橋面鋪裝注重結構層次功能和防水效果，鋪裝體系由防水層、保護層和面層組成。在德國鋼橋面鋪裝規范中，澆筑式瀝青混凝土用于鋪裝下層，上層可以采用澆筑式瀝青混凝土、改性瀝青SMA，其典型結構如表1所列。

表1 德國混凝土橋橋面鋪裝典型結構一覽表

1.2 日本的混凝土橋橋面鋪裝

日本的混凝土橋橋面鋪裝中，下層采用粗粒式/細粒式瀝青混凝土，鋪裝上層采用密級配瀝青混凝土/細粒式瀝青混凝土/排水性鋪裝層，見表2所列。

表2 日本混凝土橋橋面鋪裝典型結構一覽表

1.3 美國的混凝土橋橋面鋪裝

美國混凝土橋橋面鋪裝多采用水泥混凝土鋪裝，較少采用瀝青類鋪裝層。近年來部分橋梁采用薄層樹脂類材料作超薄磨耗層，提高整個混凝土結構的耐久性。

表3為德國和日本橋面鋪裝的對比，可以看出在防水系統上，德國除了考慮環氧樹脂和防水卷材的防水粘結層還使用了澆筑式瀝青混凝土層來增加防水的效果，而日本技術中除了采用粘結層和防水層之外，還在鋪裝上層設置了排水性的鋪裝層。說明了國外在瀝青鋪裝中充分考慮到了防排水的重要性。

表3 德國和日本水泥混凝土橋面鋪裝對比一覽表

2 國內橋面鋪裝技術

我國對橋面鋪裝技術的研究起步較晚，主要是借鑒國外的經驗。《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中對橋面鋪裝只簡單地提了一些要求，至于具體設計理論、設計方法幾乎是空白，使得橋面鋪裝設計無章可循、各行其是，相當一部分橋面不作專門的鋪裝設計。我國目前高速公路普通水泥混凝土橋梁橋面采用瀝青混凝土橋面鋪裝的結構基本與路面的瀝青混凝土結構相同，主要結構為：

（1）粘層（乳化瀝青、改性乳化瀝青、熱融改性瀝青等）＋橋面鋪裝下層（AC-20、SUP-20等）＋橋面鋪裝上層（AC-13、SMA13等）；

（2）涂膜防水層或卷材防水層＋橋面鋪裝下層（AC-20、SUP-20等）＋橋面鋪裝上層（AC-13、SMA13等）。

對于特殊的大型混凝土橋梁結構，則主要考慮改性瀝青SMA、澆注式瀝青混凝土和纖維加筋混凝土，同時也更加重視橋面板的處理和防水粘結層的設計、使用。橋面板的有效處理對鋪裝層的粘結至關重要，目前大型混凝土橋橋面板多采用人工鑿毛＋電動鋼絲刷清理，或者采用噴砂處理，部分省份已強制要求混凝土橋橋面鋪裝必須采用噴砂進行處理，對提高界面的潔凈程度，提高粘結層的粘結強度有一定的效果。

防水粘結層材料也從最初的乳化瀝青、改性乳化瀝青、橋面專用防水涂料（如FYT）等材料向性能更好的粘結材料發展，比如采用一些熱噴改性瀝青、橡膠瀝青以及環氧類粘結劑等。

對于鋪裝層材料，則多采用普通改性瀝青混合料、改性瀝青SMA，同時也有采用摻加纖維的改性瀝青混合料提高高低溫抗裂性能，采用澆筑式瀝青混凝土來提高橋面的防水能力和抗疲勞性能[5-6]。目前，普遍來說在橋面鋪裝中全部采用改性瀝青的觀點已經得到認可。如：汕頭海灣大橋是一座預應力混凝土懸索橋，下層采用SMA16調平、上層采用SMA13罩面；福州市三縣洲閩江大橋是預應力混凝土斜拉橋，采用雙層丁苯橡膠改性瀝青SMA鋪裝，結構層為：粘結防水層+3 cm SMA9.5下鋪裝層+5 cm SMA16上鋪裝層。國內首座跨海大橋——東海大橋采用了下層澆注式瀝青混凝土上層SMA的鋪裝結構方案。

國內水泥混凝土橋橋面鋪裝設計和研究最為典型的有東海大橋、杭州灣大橋和青島海灣大橋，三座大橋水泥混凝土橋面長度均超過30 km，鋪裝面積超過70萬m2。其中前兩座大橋氣候、交通條件較為接近，但分別采用了不同的橋面鋪裝方案，從目前使用狀況看，兩座大橋的橋面鋪裝使用均較好。青島海灣大橋部分路段采用了復合式的防水粘結層體系，部分路段引進了歐美的防水卷材防水體系，鋪裝層厚度較厚。

表4為國內長大橋的橋面鋪裝形式，可以看出水泥混凝土橋梁的橋面鋪裝，防水粘結層形成了以熱噴改性瀝青，橡膠瀝青為主，進口防水卷材類為補充的結構形式。鋪裝結構形成了雙層SMA為主要形式，澆筑式下面層為補充的結構形式，并且橋面板通過界面處理，形成干燥、潔凈的表面。

表4 國內長大橋水泥混凝土橋面鋪裝研究應用現狀一覽表

江蘇省從2001年開始，開展了多項水泥混凝土橋面的研究，包括《水泥混凝土橋面防水粘結體系的試驗研究》，《五河口大橋橋面瀝青混凝土鋪裝結構組合研究》，《長大橋瀝青混凝土橋面鋪裝結構形式及施工工藝研究》，《水泥混凝土橋面雙層SMA鋪裝技術應用研究》，《水泥混凝土橋梁瀝青混凝土橋面鋪裝通病防治技術研究》等。

3 總結

（1）我國橋面鋪裝體系研究滯后于交通建設的發展。

上世紀80年代以來，我國公路交通得到了迅速的發展，建設水平不斷提高。SMA、Superpave等新材料、新工藝在瀝青路面上得到了廣泛應用，取得了良好的效果，瀝青路面早期損害問題得到了較好的解決。但對橋面鋪裝的科研投入不足，沒有形成符合國情的橋面鋪裝體系和施工指南。多條高速瀝青路面的早期破壞調查表明，橋面鋪裝的早期損害要成倍高于公路瀝青面層。橋梁作為公路交通系統的一個重要組成部分，鋪裝層的損壞必然會降低其通行能力，引起瓶頸效應，影響整個公路交通的服務水平。因此，必須加強橋面鋪裝結構、材料和施工工藝的研究，提高橋面鋪裝質量，使之與公路交通系統的建設水平和使用要求相適應。

（2）水泥混凝土橋梁橋面鋪裝的研究落后于鋼橋面鋪裝。

我國目前橋面鋪裝的研究主要是針對鋼橋面，并取得了一定的成果，而對水泥混凝土橋梁橋面鋪裝的研究較少。相當一部分混凝土橋直接采用路面中上面層作為橋面鋪裝，無法適應橋面鋪裝嚴酷的使用要求，且病害嚴重。事實上，我國公路橋梁主要是水泥混凝土橋面板，只有一些特大跨徑的橋梁才采用鋼結構，水泥混凝土橋梁在公路系統中發揮著重要的作用，相比而言，其使用質量會對整個公路系統的運營產生更大的影響，因此，必須重視水泥混凝土橋梁橋面鋪裝結構的研究。

（3）水泥混凝土橋梁橋面鋪裝形式的選擇要因地制宜。

每種橋面鋪裝形式都有其性能特點和技術、經濟要求，要結合氣候、交通、橋梁結構等方面，在綜合考慮各種影響因素的基礎上，選擇適合本地區的橋面鋪裝形式。雙層SMA、下層澆注＋上層SMA或者改性瀝青密級配、下層改性瀝青加筋混凝土＋上層SMA等結構形式均可以滿足橋面鋪裝的使用要求，關鍵是因地制宜，綜合比較。

[1]張占軍，胡長順，王秉剛.水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝結構設計方法研究[J].中國公路學報,2001,（1）:56-59.

[2]陳攀，潘寶林.水泥混凝土橋面鋪裝結構設計方法[J].交通運輸,2012,(7):177-179.

[3]陳瑞.淺談瀝青混凝土橋面鋪裝[J].山西建筑，2007，33，(24)：15-19.

[4]張占軍,王虎,胡長順，等.水泥混凝土橋面瀝青鋪裝及防水層荷載彎曲應力分析[J].中國公路學報,2004,（4）:30-34.

[5]孫恩杰.水泥混凝土橋面防水粘結材料的性能研究[J].公路,2007,(2)：41-43.

[6]孔保林,蔡燕霞.水泥混凝土橋面構造對橋面防水層粘結性能的影響[J].公路工程，2012，（4）：33-37.