雙層SMA橋面鋪裝技術及其在城市橋梁中的應用

摘 要：許多城市道路橋梁由于結構設計不盡合理，橋面鋪裝層都出現了車轍和擁包推移等變形類病害，嚴重影響了城市交通組織和行車安全。文章在對大量水泥混凝土橋面鋪裝工程的調研基礎上，總結了水泥混凝土橋面鋪裝混合料的性能要求，并結合橋面鋪裝的發展歷程，提出具有良好的熱穩性、密水性、耐久性、抗裂性等眾多優點的雙層SMA橋面鋪裝技術是我國城市橋梁橋面鋪裝的合理結構，并結合具體工程實例對雙層SMA橋面鋪裝的施工、工程應用效果評價，驗證了雙層SMA橋面鋪裝的應用效果。

關鍵詞：雙層SMA；橋面鋪裝；城市橋梁；應用

中圖分類號：U443.33 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）8-0035-02

橋梁是道路工程建設的重要組成部分，而橋面鋪裝層是橋梁的重要功能性結構，起到承受行車荷載和保護橋梁結構的作用。隨著近年來城市道路建設的快速推進，立交和高架橋越來越多，橋面鋪裝對整個公路的交通質量具有非常重要的影響。但從已建成通車的橋面鋪裝使用情況分析，許多橋梁的鋪裝結構的使用性能不盡理想，仍存在許多工程難題，特別是橋面鋪裝層結構設計針對性不強的問題尤為突出。因此，有必要針對目前存在的問題進行城市橋梁橋面鋪裝層結構研究與設計，從而提高橋面鋪裝層的使用壽命和服務水平。

1 水泥混凝土橋面鋪裝混合料的性能要求

通過對國內多座鋼橋面和水泥混凝土橋面鋪裝工程的調研和國內外在橋面鋪裝層設計、施工實踐中積累的經驗來看，橋面鋪裝結構需要從橋梁結構類型、鋪裝層混合料性能和施工控制等方面要求進行選擇。總得來說，橋面鋪裝混合料需要具有良好的施工性能、足夠的抗車轍能力、良好的抗水損害能力等良好的技術性能。

鋪裝混合料首先必須具有良好的施工性能，主要表現為施工過程中不易離析，且容易壓實。這樣可保證混合料施工過程不會因離析而出現過多的薄弱環節，同時能適應橋面上不能采用重型壓路機和強振碾壓的施工特點。車轍和推移是橋面鋪裝的典型病害，這種病害不僅是由于界面抗剪切強度不足，與混合料高溫性能不佳也有很大關系。因此，混合料必須具有足夠的抗車轍能力，以滿足橋面鋪裝高溫性能的需要。雖然橋面鋪裝施工中十分重視對滲水系數控制，然而由于路面離析及薄弱環節（如靠近護欄位子）碾壓不足等原因，難免存在局部滲水現象。此時，為了避免橋面鋪裝發生水損害，必然要求鋪裝層混合料具有良好的抗水損害性能。除了以上性能外，橋面鋪裝混合料還需要具有與鋪裝層使用環境相適應的其它性能，如與橋面板良好的接觸狀態、適應橋面不平整的能力、負彎距區較好的變形適應能力等等。

2 橋面鋪裝形式發展歷程

早期修建的高速公路對大型水泥混凝土橋梁鋪裝層不夠重視，多直接采用正常路面的中上面層作為橋面鋪裝，事實證明性能不好，難以適應水泥混凝土橋面鋪裝施工及行車荷載的需要，早期病害比較嚴重，主要表現為車轍、推移、松散等。各地路面使用狀況表明，橋面鋪裝的病害遠早于正常路段，病害的嚴重程度也甚于正常路段，不僅大型橋梁如此，中小橋甚至通道鋪面也表現出相同的規律。

水泥混凝土橋面的嚴重病害逐漸引起了工程界的重視，結合一些工程嘗試采用專門的鋪裝結構。如部分橋梁中調整了橋面鋪裝下層的混合料粒徑，采用纖維瀝青混凝土等等，這些措施使得橋面鋪裝的性能得到改善，但病害仍甚于正常路段。

20世紀末以來，隨著SMA技術在國內日益成熟，在橋面鋪裝結構與材料選擇時，人們逐漸把目光投向這一具有理想施工性能和綜合路用性能的混合料。為更好的適應橋面鋪裝的性能需要，工程界對水泥混凝土雙層SMA橋面鋪裝的結構層厚度組合、上下層SMA粒徑搭配等作了不少嘗試。綜合水泥混凝土橋面SMA鋪裝層在國內工程中的應用情況，該結構從性能、造價、施工便易性等方面都是適于水泥混凝土橋面的理想選擇，也適合城市橋梁的應用需求。

3 雙層SMA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。《公路橋涵設計通用規范》（JTJ021—89）中對橋面鋪裝只簡單地提了一些要求，對瀝青鋪裝結構的設計主要從材料、施工及厚度等方面做了指導性的說明，至于具體設計理論、設計方法幾乎是空白。總體來講，目前我國常用的鋪裝類型有SMA、環氧瀝青混凝土和澆注式瀝青混凝土，但環氧瀝青混凝土造價較高，一般用在鋼橋面鋪裝；澆注式瀝青混凝土的抗車轍性能普遍較差，近年來在橋面鋪裝中的應用也越來越少。

SMA是一種由瀝青、纖維穩定劑、礦粉及少量的細集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配的粗集料骨架間隙的瀝青混合料，其特點是骨架嵌擠型結構、瀝青含量高、礦粉用量大，使得SMA瀝青混合料能夠形成較大厚度的瀝青膜和粗糙混合料表面，從而保證SMA混合料具有良好的熱穩性、密水性、耐久性、抗裂性、抗水損害性能和抗疲勞特性。

日本、德國等早就將SMA用于橋面鋪裝層，代替澆筑式瀝青混凝土，而且也經常應用雙層SMA鋪裝結構。但在我國雙層改性瀝青SMA橋面鋪裝的應用還較少，僅在浙江寧波招寶山大橋、福建閩江三縣州大橋等水泥混凝土橋面中采用了雙層SMA的鋪裝結構。由于其具有的較多優點，已逐步用于高速公路的鋼橋面鋪裝和水泥混凝土橋面鋪裝中。但我國高速公路上水泥混凝土橋面鋪裝多數偏薄，材料較粗，攤鋪時容易發生離析現象，平整度差，很難達到壓實標準。而且由于橋面排水不暢，層間粘結不牢，水泥混凝橋面平整度差等原因，較易造成橋面鋪裝的破壞，直接影響整個瀝青路面的使用性能。因此，在實際工程應用中，還需結合具體情況合理設計雙層SMA鋪裝結構、嚴格控制施工質量，從而充分發揮雙層SMA橋面鋪裝結構的使用性能。

4 雙層SMA橋面鋪裝的工程應用

4.1 雙層SMA橋面鋪裝的試驗路鋪設

在對南京城市橋梁調查中發現，繞城公路的K12和K28路段的兩座橋梁的交通量、橋長、橋面損壞狀況等有一定的代表性，具備作為試驗路的條件，因此選擇這兩座橋進行試驗路鋪筑。橋面鋪裝上層厚度為5 cm，下層厚度隨原橋面鋪裝銑刨深度變化。為便于對比，每座試驗橋的左右兩幅分別采用不同的鋪裝方案，共四種鋪裝方案，方案一為5 cm SMA16+SMA13，方案二為5 cm SMA16+SMA10，方案三為5 cm SMA13+SMA13，方案三為5 cm SMA13+SMA10。

試驗路混合料的配合比嚴格按照標配合比設計及性能驗證、生產配合比設計及性能驗證和生產配合比調整的步驟確定，從而確保SMA瀝青混合料的性能符合工程應用要求。為了減少瀝青路面各種病害，保證路面施工時的壓實度已經越來越受到重視，其中壓實工藝的選擇直接影響瀝青路面的成型質量。雙層SMA橋面鋪裝的壓實特性是其混合料性能發揮的前提，必須進行嚴格控制。

多年來在公路工程施工中普遍采用的壓路機形式有：靜態壓路機、振動壓路機、沖擊壓路機和振蕩壓路機等，它們各自有不同的特點和使用范圍，工程應用中應結合具體情況選取合適的壓路機類型，從而保證SMA瀝青混合料的壓實效果。通過對多種機械組合的對比分析，振蕩壓路機是適于橋面鋪裝碾壓的理想壓實機械。但考慮到目前振蕩壓路機尚未普及，其租賃費用勢必較高，而振動壓路機的壓實效果與振蕩壓路機基本接近，因此，對于中小橋梁建議仍按照正常路段采用振動壓路機施工，實踐證明，由于中小橋跨徑較小，振動壓路機對其結構的負面影響較小。而對于大橋、特大橋等，由于跨徑較大，為減少壓實環節對橋梁結構的破壞作用，建議優先采用振蕩壓路機碾壓。對于膠輪壓路機，由于其對SMA具有較好的壓實效果，可用于橋面鋪裝下層的碾壓。

4.2 雙層SMA橋面鋪裝的應用效果評價

為確保雙層SMA橋面鋪裝的工程質量，在工程施工過程中，必須對鋪裝層的施工質量進行檢測。對于橋梁鋪裝層瀝青混合料需要進行抽提試驗、馬歇爾擊實試驗和鋪裝層滲水系數試驗、構造深度試驗、芯樣壓實度試驗等對瀝青混合料的性能進行驗證。測試結果表明，四種方案瀝青混合料級配和瀝青用量的控制均較好，而且壓實質量也較好，鋪裝層基本沒有滲水點，而且構造深度較大，完全符合橋面鋪裝結構對混合料的性能要求。

試驗路通車1年后，再次對試驗路施工情況進行了跟蹤觀測，現場采用3 m直尺檢測橋面瀝青混合料鋪裝的車轍深度。測試結果表明，經過1年的行車作用，橋面鋪裝試驗段的車轍并不明顯。構造深度和摩擦系數的檢測結果也表明，通車1年后四種橋面鋪裝方案的抗滑性能差異不大，仍保持良好的狀態。根據現場觀測，試驗段未見松散、坑塘等水損害的跡像，未見推移跡像，整體狀況良好。

因此，雙層SMA橋面鋪裝的的各項性能滿足要求，壓實度和密水性能良好，而且通車1年后，雙層SMA橋面鋪裝試驗段初步表現出良好的抗車轍性能，未見松散、坑塘等早期損害跡像，表明具有較好的抗水損害性能。

5 結 語

SMA具有空隙率小、熱穩性好、抗水損害、表面粗糙均勻等優點，用于橋面鋪裝面層的優勢明顯，而將其作為橋面鋪裝下層可以增強混合料與橋面板間的粘結。因此，雙層SMA橋面鋪裝體系能從結構和材料上滿足混凝土橋面的使用要求，預防橋面鋪裝早期病害。在城市道路橋梁中進行雙層SMA橋面鋪裝的應用，對提高城市橋梁的建設質量具有十分重要的意義。

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