淺談公路橋梁水泥混凝土橋面鋪裝設計

李顯潮，楊虎根

(中交公路規劃設計院有限公司貴州分公司)

0 前 言

在橋梁工程中，橋面鋪裝所占比重較小，但對于橋梁主體結構的防護、行車的舒適性和安全性以及橋梁外觀均有較大影響。橋梁設計規范中，僅在《公路橋涵設計通用規范》(JTGD60－2004)第3.6 條針對公路橋梁橋面鋪裝有原則性規定，缺乏設計細則的具體要求。很多情況下，設計與施工都重視不夠，致使橋梁建成通車后，過早地出現橋面病害。就設計而言，應以現行規范為依據，吸取國內成功的經驗，結合橋梁實際情況，進一步提高設計質量，盡量做到精細設計。

根據《公路水泥混凝土路面施工技術規范》(JTGF30－2003)第3.0.1 條規定，水泥混凝土路面的設計基準期:高速公路和一級公路為30 年，二、三、四級公路為20 年。公路橋梁上的水泥混凝土橋面鋪裝可參考采用?；炷翗蛎驿佈b層直接承受車輛輪壓的作用，既是保護層，又是受力層，設計時應在減少和消除橋面鋪裝層在預定的設計使用期內的早期破壞、滿足行車合作和環境因素作用下的使用功能的前提下，強化鋪裝層結構的抗裂性能和耐疲勞性能。

1 水泥混凝土等級及厚度的選擇

公路橋梁上的水泥混凝土橋面鋪裝(不含整平層和墊層)的厚度不宜小于80 mm，混凝土強度等級不應低于C40。

當主梁混凝土等級高于C40時，橋面鋪裝混凝土等級應和主梁混凝土等級一致。設計中如考慮部分現澆混凝土層參與梁、板共同受力，混凝土強度等級應等于或大于梁板混凝土等級。而橋梁總長較長，主梁類別較多，且主梁混凝土等級有不同時，全橋范圍內橋面鋪裝的混凝土等級應一致，可按上述原則的最高等級選取。

公路梁混凝土橋面鋪裝的厚度與道路等級、主梁結構形式，橋面鋪裝是否參與結構受力等有關。按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTGD62－2004)第9.2.9條規定:鉸接板頂面應鋪設現澆混凝土層，其厚度不宜小于80 mm;高速公路和一級公路的橋面鋪裝還應適當增加，有條件時，可采用纖維混凝土。JTGD62－2004 第9.3.17 條規定:“組合梁中，在與預制梁結合處的現澆混凝土層的厚度不宜小于150 mm。預制梁頂面應做成凹凸不小于6 mm 的粗糙面?！痹O計要考慮預制梁混凝土與用于整體連接的現澆混凝土齡期之差不應超過三個月。

交通行業公路橋梁通用圖(2008 年版)現澆等截面連續梁設計中采用了混凝土橋面鋪裝，橋梁荷載等級公路－Ⅱ級，厚度為10 cm，等級為C50。而在某二級公路橋梁水泥混凝土橋面鋪裝采用C50，厚度為8cm，主要是結合考慮到將來道路市政化后可能在水泥混凝土橋面鋪裝上設5 cm 的瀝青混凝土，為了盡量減少二期恒載對結構的不利影響，故采用厚度為8 cm，內設有鋼筋網及聚丙烯纖維。

對于設置有鋼筋網的混凝土橋面鋪裝，厚度不宜大于12 cm。而當遇到用橋面鋪裝不等厚實現道路超高橫坡時，設計在結構受力安全的前提下，橋面鋪裝厚度是可以突破12 cm，同時要增強抗剪鋼筋及鋼筋網的配置，而在橋面非車道部分最小厚度局部可采用到極限值6 cm，但混凝土橋面鋪裝中除了設置鋼筋網，還必須加入纖維進行加固。

2 水泥混凝土鋪裝鋼筋設計

水泥混凝土橋面鋪裝層內應配置鋼筋網。并根據受力需要合理設置脹縮縫，橋面板上宜設置錨固鋼筋和抗剪力鋼筋，以提高鋪裝層的抗裂性和抗沖擊性。鋪裝層內的鋼筋網鋼筋直徑不應小于8 mm，間距不宜大于100 mm。提倡使用帶肋鋼筋，有條件，可采用工廠生產的焊接鋼筋網片。

鋼筋焊接網宜采用CRB550 級冷軋帶肋鋼筋(強度標準值為550 MPa)或HRB400 級熱軋帶鋼筋(強度標準值為400 MPa)制作。

冷軋帶肋鋼筋直徑有5、6、7、8、9、10、11、12 mm，熱軋帶鋼筋直徑有6、8、10、12、14、16 mm。網格尺寸(縱橫向間距)為100、150。應在上述范圍內選用?？蓞⒖急? 的資料。焊接網鋼筋的技術要求應符合國家標準《鋼筋混凝土用鋼筋焊接網》(GB/T1499.3－2002)規定。

表1 橋面鋪裝鋼筋網常用規格

鋼筋焊接網至頂面的保護層不應小于20 mm。

橋面負彎矩區應加強橋面鋪裝鋼筋。一般可在常規鋼筋網基礎上，另外加密縱向鋼，也可以在該區段內采用鋼筋直徑大一些或間距密一些的鋼筋網片代替常規網片。

由梁、板內伸入橋面鋪裝層的錨固鋼筋(或稱抗剪鋼筋)，可提高鋪裝層的抗裂性和抗沖擊性，保證鋪裝層與橋面板的良好結合，也方便鋪裝層內鋼筋的定位?？辜翡摻钆c鋼筋網應可靠連接，確保鋼筋網定位準確牢固?？辜翡摻?也稱為錨固架立筋)的數量為4 ～8 根/m2，應與鋼筋網焊接。鋼筋網應使用焊接網或預制冷軋帶肋鋼筋網，不宜用綁扎鋼筋網。橋面鋼筋網應連續布設，不得切斷縱、橫向鋼筋(伸縮縫處除外)。預制鋼筋網片安裝時，拼接應有一段搭接長度。當采用平搭法時不應小于35 d，當采用疊搭法時不應小于25 d(d 為鋼筋直徑)，且在任何情況下不應小于200 mm。

組合梁中預制梁箍筋應伸入現澆橋面板，其伸入長度應不小于10 倍箍筋直徑。組合梁的結合面承受剪力，當結合面配筋低于0.10%時，箍筋對結合面不起作用?！队幏禕S5400》第7. 4. 2. 3 條規定:“組合梁內與板之間應設有0.15%結合面積的結合系筋，其間距不小于板厚的四倍，且不小于600 mm。

文獻研究表明對于受彎構件，在車輛疲勞荷載作用后，混凝土鋪裝層與梁頂的分離早于梁體的破壞，主要原因是鋪裝層與梁體之間的粘結強度偏低，設置剪力筋是增強混凝土鋪裝層與主梁頂面粘結強度的有效手段?？紤]到橋面混凝土鋪裝層不僅要承擔豎向反復荷載，而且還要承擔水平沖擊力、剪力、扭矩等的作用，受力情況比較復雜，因此，剪力筋的含量應采取一定的安全系數。

3 水泥混凝土鋪裝內摻纖維的技術要求

根據橋梁的重要性、交通量和對橋面耐久性的要求，選用不同種類的纖維混凝土和纖維摻入量。分述如下:

3.1 鋼纖維混凝土橋面鋪裝

高速公路和一級公路的橋面鋪裝，有條件時，可采用鋼纖維混凝土(SFRC)。在特重和重交通情況下，當對橋面鋪裝的抗彎折強度有較高要求，并將橋面鋪裝部分厚度參與車道板聯合受力時，可選用鋼纖維混凝土。

鋼纖維混凝土的各項強度值、彈性模量、抗裂性、粘結性均高于同標號混凝土，鋼纖維混凝土與主梁的粘結力大，結合面能較好地傳力，因此，鋼纖維混凝土是橋面鋪裝層的優選材料。

SFRC 具有比RC 更為優良的抗拉性能、抗裂性、韌性和承載力。但價格高于合成纖維混凝土。SFRC 橋面鋪裝厚度一般采用80 ～100 mm，特殊情況下，不能小于60 mm。SFRC中的鋼纖維含量，橋面鋪裝一般取鋼纖維體積率為1%(相當于78.5 kg/m3)。可以根據受力要求調整鋼纖維體積率，但不能小于0.35%，橋面鋪裝采用的鋼纖維，主要技術指標如下:

表2 鋼纖維主要技術指標

鋼纖維抗拉強度等級一般分為380 MPa、600 MPa 和1 000 MPa 三個等級。橋面鋪裝一般可用380 MPa 級。

SFRC 的強度等級一般不低于CF40，且不低于梁、板的混凝土強度等級。

SFRC 的彎拉強度等級應根據交通等級選用，如表3。

表3 SFRC 彎拉強度標準值

SFRC 橋面鋪裝內，仍應設置鋼筋網，但可適當減少。宜采用帶肋焊接鋼筋網，其直徑不小于8 mm，網絡間距不大于200 mm，保護層厚度宜取35 mm。對于跨徑較小、剛度較大的橋梁，可以不設鋼筋網。

SFRC 的配合比設計、施工工藝及其他技術要求，詳見《纖維混凝土結構技術規程》(CECS38:2004)。

3.2 合成纖維混凝土橋面鋪裝

合成纖維混凝土橋面鋪裝最常用的是聚丙烯纖維混凝土。混凝土中摻入聚丙烯纖維后，可以提高混凝土的抗塑性收縮和干燥收縮開裂的能力，同時提高混凝土的抗沖擊韌性、抗滲性、抗凍性和耐磨性。其強度等級要求與普通混凝土橋面鋪裝相同。其抗折強度一般應不低于4.5 ～5 MPa。聚丙烯纖維的摻入量可在0.9 ～1.35 kg/m3之間選用。當混凝土強度等級和抗裂要求較高時，宜取上限值。聚丙烯纖維的技術指標如表4 所列。

表4 聚丙烯纖維技術指標

當要求橋面鋪裝混凝土與車道板頂面具有更強的粘結強度(即新舊混凝土結合面強度)，并具有更好的抗裂性時，可以選用聚丙烯腈纖維混凝土。但其價格高于聚丙烯纖維混凝土(低于SFRC 的造價)。聚丙烯腈纖維的主要技術指標見表5。

表5 聚丙烯腈纖維技術指標

聚丙烯腈纖維的摻入量，一般與聚丙烯纖維相同。當有具體受力指標要求時，其摻入量應通過配合比試驗確定。

合成纖維混凝土中的纖維體積率，可在0.05% ～0.3%之間選用。

合成纖維混凝土的其他技術要求，詳見《纖維混凝土結構技術規程》(CECS38:2004)。

提高橋面鋪裝混凝土抗裂性的另一種措施是采用微膨脹合成纖維混凝土。建議采用UEA－I 形膨脹劑。膨脹劑的摻入量，應根據混凝土強度等級、抗滲等級、抗拆強度等指標，通過配合比試驗確定。

4 防水措施

普通水泥混凝土橋面鋪裝是不能完全防水的，防水措施可避免或者減少鋼筋的銹蝕，保證橋梁結構的質量。

橋面鋪裝防水措施可采用防水混凝土，以微膨脹合成纖維混凝土的防水效果較好。不宜采用調整配合比或摻入防水劑的防水混凝土。因為實橋經驗說明，后兩種防水混凝土防水效果較差

車道板頂面與水泥混凝土鋪裝層之間應有較強的防水粘結強度，以改善橋面的受力性能，并提高其耐久性?？稍谲嚨腊屙斆嫱克⒕酆衔锼嗷鶑秃戏浪苛稀o機界面劑防水涂料。例如湖北巴東長江大橋全長900 m，采用C40微膨脹聚丙烯纖維防水混凝土，膨脹劑為UEA，并在車道板頂面涂刷IAC 無機界面粘結劑，除加強防水性能外，還可提高界面的抗剪強度。IAC 涂刷厚度為1.5 mm，并在界面劑初凝之前澆筑橋面混凝土。經測試橋面的抗滲等級達到S22。

橋梁總體設計中應采取合理橋面排水系統，防止產生橋面積水等現象。

5 接縫設計

(1)縱縫的間距由橋面寬度決定，單向橫坡三車道或小于三車道的橋面可不設縱縫。但縱縫間距不應大于15 m。

(2)橫縫分為縮縫及脹縫。橫向縮縫間距宜在10 ～15 m 之間，并與欄桿、人行道的橫縫一致。主梁負彎矩最大處應沒縮縫。脹縫間距可取縮縫間距的2 倍，脹縫寬度一般取5 ～8 mm。

(3)縱縫(施工縫)及橫縫(縮縫及脹縫)的細部構造可參照《公路水泥混凝土路面設計規范》(JTGD40－2002)的規定進行設計。

6 其它方面

(1)考慮到車輛超載、偏載，沖擊力疲勞等，為了滿足橋面鋪裝使用年限，鋼筋網必須設置一定的保護層厚度。其中鋼筋網至車道板頂的，鋼筋網至橋面的凈距應不小于50 mm。

(2)車道板頂面應鑿成凹凸約為6 mm 的粗糙面。預制梁、板凡與后澆筑混凝土的結合面均應進行粗糙處理，并沖洗干凈，有油污時，用丙酮擦凈。

(3)防滑槽:在混凝土強度為8 ～15 MPa 時，在橋面鋪裝頂面沿橫向刻槽，槽距25 ～40 mm，槽寬3 mm，槽深3 mm。當采用纖維混凝土時，壓紋效果很差，壓紋時容易把纖維拔動，影響表現質量。應采用刻紋機刻槽。

(4)橋面鋪裝混凝土施工時氣溫，宜在5 ～20 ℃之間?；炷两K凝后必須立即用麻袋覆蓋灑水養護。潮濕環境下的養護時間應達到10 ～14 d。

7 結 語

橋面鋪裝是橋梁工程的重要組成部分，起著保護橋梁和承擔車輛行駛功能的作用。合理的鋪裝結構，鋪裝層厚度及相關措施的采用對于提高橋面鋪裝層的使用壽命和鋪裝層的行駛質量至關重要，而且作為橋面板的有效防護體系，保證橋梁的耐久性，因此，橋面鋪裝的設計、施工工藝及養護將越來越受到重視。

［1］ 公路橋涵設計通用規范(JTGD60－2004)［S］.

［2］ 公路水泥混凝土路面施工技術規范(JTGF30－2003)［S］.

［3］ 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTGD62－2004)［S］.

［4］ 鋼筋焊接網混凝土結構技術規程(JGJ114－2003)［S］.

［5］ 鋼筋混凝土用鋼筋焊接網(GB/T1499.3－2002)［S］.

［6］ 劉志華，張華新. 橋面混凝土鋪裝層疲勞性能的研究［A］. 中國公路學會橋梁和結構工程分會2004 年全國橋梁學術會議論文集［C］.北京:人民交通出版社，2004:925－931.

［7］ 纖維混凝土結構技術規程(CECS38)［S］.2004.