橋面鋪裝結構的應用現狀與發展

王朝輝，郭 瑾，陳 寶，王新岐

1. 長安大學 公路學院，陜西 西安 710064 2. 河南官渡黃河大橋開發有限公司，河南 鄭州 451450 3. 天津市市政工程設計研究院，天津 300051

0 引言

隨著現代交通事業的蓬勃發展，大跨徑橋梁不斷增多，橋面鋪裝技術作為大跨徑橋梁建設關鍵技術之一愈發受到重視[1]，對鋪裝結構組合的應用與研究也隨之不斷深入，逐漸形成了以澆注式瀝青混凝土、環氧瀝青混凝土和瀝青瑪蹄脂碎石混合料3種鋪裝材料為主的組合橋面鋪裝體系。澆注式瀝青混凝土在國外應用較為廣泛，其代表性工程諸如德國歐伯卡塞爾大橋、英國亨伯橋、日本明石海峽大橋等[2]，中國則在江陰長江大橋引進澆注式瀝青混凝土后，進行了一系列積極探索[3]，諸如青島膠州灣大橋、港珠澳大橋等[4-5]，逐步形成了適合中國橋梁使用環境的澆注式瀝青混凝土鋪裝體系。對于環氧瀝青混凝土，美國最早將其應用于橋面鋪裝領域，日本在70年代也對其進行了大量研究[6]，中國則于2002年引進美國環氧瀝青混凝土鋪裝技術，在南京長江二橋、蘇通大橋等十余座大跨徑橋梁中推廣應用[7]，環氧瀝青混凝土橋面鋪裝結構及技術亦日趨成熟。瀝青瑪蹄脂碎石混合料在歐洲已有30多年的使用歷史，中國于1992年引進瀝青瑪蹄脂碎石混合料鋪裝技術，隨后成功應用于虎門大橋、廈門海滄大橋等橋面鋪裝工程[8-9]。相比于國外，中國對橋面鋪裝技術的研究起步較晚，橋面鋪裝結構設計一般依照經驗而定，且在設計時對防水黏結層重視程度不足，部分橋面鋪裝在未達到使用年限時即出現較嚴重的早期病害，甚至多次翻修重建，嚴重影響到橋梁的使用性能。

基于此，本文全面調查國內外典型橋面鋪裝實體工程中瀝青鋪裝層結構組合及防水黏結層的應用情況，歸納總結典型瀝青鋪裝層結構常用厚度及不同防水黏結層適用場合，進一步推薦適應于不同工況的典型鋪裝結構，為橋面鋪裝相關研究提供參考。

1 國外橋面瀝青鋪裝層結構實體工程應用調查及評價

對國外實體工程橋面鋪裝進行全面調查，根據調查結果將36條實體工程橋型、橋梁結構、鋪裝結構組合、使用效果等進行匯總[10-12]，具體見表1和圖1、2。

分析表1和圖1、2可知以下幾點。

（1）國外實體工程鋪裝結構組合可分為4類：EA、MA/GA+改性AC/SMA、雙層GA及單層MA，所占比例分別為54.1%、18.9%、16.2%及8.1%。德國大多采用雙層GA，具體為54~60 mmGA；日本采用GA+改性AC，其中75%采用35 mmGA+30 mm改性AC；美國、加拿大等國則采用EA，單層EA占36.8%，雙層EA占63.2%，其中72.7%采用50 mm雙層EA。

表1 國外瀝青鋪裝層實體工程

（2）已鋪筑的實體工程中，81.1%總體上使用效果良好，18.9%橋面鋪裝出現車轍、脫層、縱向裂縫等不同程度病害，其中，鋪裝層損壞占71.4%，層間破壞占28.6%。美國尚普蘭湖大橋由于采用10 mm單層EA，鋪裝層厚度不足，產生嚴重損壞。

2 國內橋面瀝青鋪裝層結構實體工程應用調查及評價

中國不同交通狀況的橋面鋪裝使用效果有較大差異，部分橋面累計標準當量軸載作用次數多，重載和超載情況嚴重。基于此，調查時將國內實體工程分為普通橋面與重載橋面。

圖1 國外橋面EA瀝青鋪裝層

圖2 國外橋面GA/MA瀝青鋪裝層

2.1 普通橋面

普通橋面主要分為鋼橋面和混凝土橋面，將國內不同類型橋梁的鋪裝結構組合、材料應用及使用效果進行匯總[13-21]，見表2、3和圖3、4，部分橋面鋪裝層病害見圖5。

分析表2、3和圖3、4可知以下幾點。

（1）可供分析的44個普通鋼橋面瀝青鋪裝層實體工程中，典型鋪裝結構可以分為5類：GA/MA+SMA、雙層EA、雙層SMA、GA+AC以及其他類型，所占比例分別為37.8%、26.7%、11.1%、8.9%和13.3%。GA/MA+SMA結構中，厚度在55~60 mm的占20%，60~65 mm占13.3%，65~70 mm 占60%，大于70 mm的占6.7%。在占比最大的65~70 mm中又以35 mm GA+35 mm SMA居多，所占比例為66.7%。雙層EA結構中，總厚度在50~55 mm的占16.7%，55~60 mm 占41.7%，60~65 mm占33.3%，65~70 mm占8.3%。在厚度55~60 mm中又以30 mm+25 mm居多，所占比例為80%。

表2 國內普通鋼橋面瀝青鋪裝層實體工程

續表2

表3 國內普通混凝土橋面瀝青鋪裝層實體工程

圖3 國內普通鋼橋面鋪裝結構

圖4 國內普通混凝土橋面鋪裝結構

圖5 普通橋面鋪裝病害

（2）可供分析的24個普通混凝土橋面瀝青鋪裝層實體工程中，典型鋪裝結構可以分為4類：AC、GA+SMA、雙層SMA以及其他類型，所占比例分別為46.2%、26.9%、11.5%及15.4%。AC結構中厚度為40~70 mm與90~100 mm的橋面各占50%。分析使用效果可知，中國早期多采用普通AC作為橋面鋪裝層，然而隨著交通量增大，橋面多出現嚴重的裂縫、龜裂等病害，普通AC結構早已不能滿足使用條件，2000年后國內引進澆注式瀝青混凝土后，多采用GA+SMA結構，使用效果良好。GA+SMA結構中，厚度在60~70 mm的占60%，70~80 mm的占20%，大于80 mm的占20%。常用組合為30~35 mm GA+30~35 mm SMA。

2.2 重載橋面

將國內重載橋面瀝青鋪裝層結構實體工程的鋪裝結構組合、材料應用及使用效果進行匯總[22-25]，見表4和圖6、7，部分橋面鋪裝層病害見圖8。

表4 國內重載橋面瀝青鋪裝層實體工程

續表4

圖6 國內重載橋面EA鋪裝結構

圖7 國內重載橋面GA/SMA鋪裝結構

圖8 重載橋面鋪裝車轍病害

分析表4和圖6、7可知。

（1）可供分析的24個重載橋面瀝青鋪裝層實體工程鋪裝結構中，典型鋪裝結構可以分為4類：雙層EA、雙層SMA、GA+SMA以及其他類型，所占比例分別為28.5%、23%、20%及28.5%。雙層EA結構中，鋪裝總厚度在50~60 mm的橋面占71.4%，60~70 mm的橋面占14.3%，大于70 mm的橋面占14.3%，在占比最大的50~60 mm中又以35 mm+25 mm居多，所占比例為40%。雙層SMA結構中，鋪裝總厚度在60~70 mm的橋面占87.5%，大于70 mm的橋面占12.5%。常用形式為30~35 mm+30~35 mm。

（2）分析使用效果可以發現，重載橋面病害情況較普通橋面嚴重。2006年前采用雙層SMA的橋面中71.4%出現裂縫病害，57.1%出現車轍病害，2006年后采用雙層EA的橋面增多，隨著技術逐漸成熟，病害問題得以緩解。

3 中國橋面防水黏結層實體工程應用調查及評價

防水黏結層是橋面鋪裝結構的組成部分之一，其性能直接影響橋面鋪裝的耐久性。中國早期的虎門大橋在建成通車3個月后出現了防水黏結層底部脫層等病害；廈門海滄大橋自2002年入夏以來迅速出現開裂、推移等病害，原因是部分鋪裝與橋面板已完全脫空。之所以產生上述問題是由于在設計初期防水黏結層并未受到重視或者未能選擇合適的防水黏結層，而防水黏結層的選擇與鋪裝混合料的類型密切相關。基于此，全面調查國內普通、重載橋面鋪裝結構及對應的防水黏結層，并系統分析橋梁鋪裝結構與防水黏結層組合規律。

3.1 普通橋面防水黏結層

將國內普通橋面分為鋼橋面與混凝土橋面，具體調查結果見表5、6和圖9。

表5 國內普通鋼橋面鋪裝典型實體工程防水黏結層

續表5

表6 中國普通混凝土橋面鋪裝典型實體工程防水黏結層

分析表5、6和圖10可知以下幾點。

（1）對于普通鋼橋面，在GA/MA+SMA/EA及單層MA等以澆注式瀝青混凝土作為鋪裝下層的鋪裝結構中，采用MMA防水黏結體系所占比例高達80.8%，良好的變形追從性和耐久性使得MMA體系被大范圍應用。其中，GA+SMA結構采用MMA防水體系的比例占83.3%，具體為0.1~0.2 kg·m－2膠黏劑+2.5~3.5 kg·m－2雙層MMA。

（2）普通鋼橋面雙層EA結構均采用環氧瀝青類防水黏結層，主要是由于環氧瀝青的施工特性及其與橋面板之間的黏結都需要環氧瀝青作為防水黏結層，具體為雙層環氧瀝青防水黏結層（0.6~0.7 L·m－2）。

（3）對于普通混凝土橋面，在GA+SMA/AC/OGFC等以澆注式瀝青混凝土作為鋪裝下層的鋪裝結構中，采用溶劑型防水黏結層的橋面占62.5%。其中GA+SMA鋪裝結構采用溶劑型防水黏結層的比例為50%，具體為雙層溶劑型防水黏結層（0.2~0.4 L·m－2）。

3.2 重載橋面防水黏結層

將重載橋面防水黏結層實體工程應用調查結果進行匯總，見表7和圖10。

分析表7和圖10可知以下幾點。

（1）自南京長江二橋首次采用環氧瀝青混凝土與配套的環氧瀝青防水黏結層進行鋪裝后，隨后建設的潤揚長江大橋、武漢白沙洲長江大橋等均采用了環氧瀝青防水黏結層，應用效果良好。雙層EA鋪裝結構中，87.5%采用雙層環氧瀝青防水黏結層（0.6~0.7 L·m－2）。

（2）對于重載橋面GA+SMA鋪裝結構，66.7%采用雙層溶劑型防水黏結層，具體用量為上層0.1~0.12 L·m－2，下層0.12~0.15 L·m－2。

圖9 國內普通橋面防水黏結層應用

圖10 國內重載橋面防水黏結層應用

表7 國內重載橋面鋪裝典型實體工程防水黏結層

4 典型鋪裝結構推薦

基于上述調查與文獻資料的綜合分析，分別推薦適用于普通鋼橋面、普通混凝土橋面和重載橋面的典型鋪裝結構。

（1）普通鋼橋面典型鋪裝結構推薦。普通鋼橋面推薦采用SMA+GA/EA雙層鋪裝結構，其相應防水黏結層采用雙層MMA防水體系（0.1~0.2 kg·m－2膠黏劑+2.5~3.5 kg·m－2雙層MMA）或雙層環氧瀝青防水黏結層（0.6~0.7 L·m－2），具體見圖11。

（2）普通混凝土橋面典型鋪裝結構推薦。普通混凝土橋面推薦采用SMA/OGFC+SBS改性AC雙層鋪裝結構，其相應防水黏結層采用雙層溶劑型防水黏結層（0.2~0.4 L·m－2），具體見圖12。

（3）重載橋面典型鋪裝結構推薦。重載鋼橋面推薦采用雙層EA，其相應防水黏結層采用雙層環氧瀝青防水黏結層（0.6~0.7 L·m－2）；重載混凝土橋面推薦采用SMA+GA/SMA鋪裝結構，其相應防水黏結層采用雙層MMA防水體系（0.1~0.2 kg·m－2膠黏劑+2.5~3.5 kg·m－2雙層MMA），具體見圖13。

續表7

圖11 普通鋼橋面典型鋪裝結構推薦

圖12 普通混凝土橋面典型鋪裝結構推薦

圖13 重載橋面典型鋪裝結構推薦

5 結語

本研究全面調查了國內外典型橋面鋪裝實體工程中瀝青鋪裝層結構組合及防水黏結層應用情況，歸納總結了典型瀝青鋪裝層結構常用厚度及不同防水黏結層適用場合，推薦了適應于不同工況的典型橋面鋪裝結構，為橋面鋪裝設計施工及相關研究提供一定有益借鑒。

通過上述調查發現，中國早期從國外引進的橋面鋪裝技術并不能夠完全適用于國內橋梁，仍需結合實際對橋面鋪裝結構及鋪裝材料加以改進。值得注意的是，近年來中國運輸車輛中重型載貨汽車逐漸增多，重載現象日益凸顯，相當數量的橋梁在通車幾年后就不得不進行大中修，其主要原因之一就是忽視了橋面鋪裝層間體系的耐久性。橋面鋪裝層間體系的使用性能及耐久性，是影響橋面鋪裝層使用品質的重要因素之一。目前中國對于橋面鋪裝層間體系的研究主要集中在性能提升方面，而對其耐久性問題涉及較少。層間體系的耐久性不足，會導致橋面在高溫及超重載的作用下極易發生早期破壞。因此，橋面鋪裝層間體系的耐久性問題亟待進一步攻關解決，以使橋面鋪裝在具有良好使用性能的基礎上，增強耐久性及長期保障能力，從而提升公路橋梁使用壽命及品質。

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