鋼橋面澆注式鋪裝組合結構性能對比研究

席貴東 李春揚 楊國港

（1.重慶市智翔鋪道技術工程有限公司，重慶 400067；2.四川華騰公路試驗檢測有限責任公司，成都 610000）

0 引言

澆注式瀝青混合料（Gussasphalt，簡稱GA）具有瀝青含量高、結構密實（空隙率接近零）、隨從變形能力優、抗疲勞開裂性能優等特點，能較好地適應正交異性橋面板的結構特性，同時可起到防水、保護橋梁結構的作用[1-2]。在大跨徑鋼橋面鋪裝中，保護層采用澆注式瀝青混合料時，磨耗層通常采用高彈改性瀝青SMA，該組合結構在港珠澳大橋、武漢楊泗港大橋等120多座大跨徑鋼橋上應用面積超300萬m2，可以說澆注式鋪裝方案是國內鋼橋面鋪裝工程中應用最為廣泛和成功的一種鋪裝方案[1-4]。

目前，國內外學者開展澆注式鋪裝組合結構性能研究時，通常基于固定材料類型、固定磨耗層及保護層厚度開展相關研究，或與EA+EA、EA+SMA、ERS等進行對比研究[5-10]。在開展鋼橋面鋪裝設計時，上述研究對鋼橋面鋪裝方案比選具有一定的參考意義。然而，在鋼橋面鋪裝預留總厚度確定的前提下，保護層GA和磨耗層SMA厚度分別設置多少更優，磨耗層采用SMA10更優或是SMA13更優，是當前行業關注的重點之一。本文針對3.5cmGA10+3.5cmSMA10和3.0cmGA10+4.0cmSMA13兩種鋪裝方案，開展組合結構性能對比研究，可為鋼橋面澆注式鋪裝設計提供參考。

1 鋼橋面系剛度分析

以浙江溫州某橋的橋面系結構參數為例，對正交異性鋼橋面鋪裝體系剛度進行驗算，驗算結果見表1。

從表1可以看出，相對3.5cmGA10+3.5cmSMA10而言，3.0cmGA10+4.0cmSMA13縱向加勁肋間相對撓度Δ略小、最小曲率半徑R略大，表明其剛度更優，更適合交通量大、貨車比例高的交通環境。

表1 剛度驗算結果

2 組合結構界面聯結性能研究

國內外研究表明，GA+SMA組合結構界面聯結薄弱點在防水體系和保護層GA之間[1,11]。為評價3.5cmGA10+3.5cmSMA10和3.0cmGA10+4.0cmSMA13的界面聯結性能及鋪裝結構整體性，利用成型鋼板+MMA防水體系+3.0cmGA10的組合結構試件，試驗溫度為25℃，試驗結果如表2所示；測試MMA防水體系與保護層GA之間的黏結強度和剪切強度，如圖1所示。

圖1 組合結構黏結強度及抗剪強度試驗

表2 組合結構黏結強度及抗剪強度試驗結果

3 組合結構高溫穩定性研究

按3.5cmGA10+3.5cmSMA10、3.0cmGA10+4.0cmSMA13鋪裝方案成型組合結構進行車轍試驗，動穩定度試驗條件為70℃、0.707MPa，高溫穩定性試驗結果見表3，試驗現場如圖2所示。從表3可以看出，3.0cmGA10+4.0cmSMA13方案的抗車轍變形性能更優，70℃動穩定度達3000次/mm，在高溫、重載服役條件下更具有優勢。

表3 組合結構高溫穩定性試驗結果

圖2 組合結構高溫車轍試驗

4 組合結構疲勞性能研究

采用鋼板+MMA防水體系+3.5cmGA10+3.5cmSMA10、鋼板+MMA防水體系+3.0cmGA10+4.0cmSMA13結構參數成型五點加載復合梁。疲勞試驗溫度為20℃，加載波形為正弦波，加載頻率為10Hz，最大荷載為16.5kN，最小荷載為2.47kN，試驗過程現場如圖3所示，試驗結果如表4、圖4所示。

圖3 組合結構疲勞試件成型與測試

表4 組合結構疲勞試驗結果

圖4 組合結構疲勞曲線

從表4、圖4可以看出，兩種組合結構的五點加載復合梁疲勞壽命均滿足《公路鋼橋面鋪裝設計與施工技術規范》（JTG/T 3364-02-2019）中極重、特重交通技術指標不低于120萬次的要求。其中，3.0cmGA10+4.0cmSMA13試件加載至達到開裂破壞條件時疲勞次數為265.7萬次，超過規范要求的2.2倍，表明該組合結構的疲勞性能十分優異，具有較好的應用價值。

5 組合結構抗滑性能研究

3.5cmGA10+3.5cmSMA10和3.0cmGA10+4.0cmSMA13鋪裝方案的抗滑性能由磨耗層決定，試驗室碾壓成型的SMA，其表觀構造往往與現場機械碾壓的存在一定差異。為了更貼切實際，選取湖北武漢某大跨徑鋼橋（GA10+SMA10）與重慶萬州某大跨徑鋼橋（GA10+SMA13）工后構造深度檢測（見圖5）數據進行對比，結果如表5所示。

圖5 構造深度現場檢測

表5 構造深度現場檢測結果

從現場檢測結果可知，SMA13的構造深度為SMA10的1.11倍，且遠大于《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2017）中規定的要求（≥0.55mm），表明SMA13比SMA10具有更優的抗滑性能，更適合降雨量大的地區。

6 結束語

本文針對3.5cmGA10+3.5cmSMA10和3.0cmGA10+4.0cmSMA13兩種鋪裝方案，開展了組合結構性能對比研究，得到如下主要結論：

（1）兩種鋪裝方案均具有良好的層間黏結抗剪性能和協同變形性能。其中，25℃黏結強度為1.21MPa、25℃抗剪強度為4.03MPa，五點加載復合梁疲勞壽命均高于120萬次。

（2）3.0cmGA10+4.0cmSMA13鋪裝方案的70℃動穩定度達3000次/mm、構造深度達1.14mm，均優于3.5cmGA10+3.5cmSMA10鋪裝方案。

（3）在交通量大、貨車比例高、夏季服役氣溫高、年降雨量大等服役環境下，3.0cmGA10+4.0cmSMA13鋪裝方案比3.5cmGA10+3.5cmSMA10鋪裝方案更具優勢。