橋面鋪裝結構方案調整方法

劉亙（漢中市交通基本建設工程質量監督站 陜西 漢中 723000）

王劍楠（蘇交科集團（甘肅）交通規劃設計有限公司 甘肅 蘭州 730010）

0 引言

橋面鋪裝結構承受車輛荷載等活載的直接作用，其受力情況較為復雜。其還對橋梁的主要承重構件主梁起到了擴散荷載和保護的作用，因此橋面鋪裝結構的力學性能和耐久性在設計階段均需要進行仔細的考量。相比于道路結構鋪裝層，橋面鋪裝層在不同的橋梁跨徑位置受力狀態較大，這就進一步加大了橋面鋪裝設計的難度。程毅[1]對橋面鋪裝結構和主梁之間的抗剪強度對橋梁整體承載力的影響進行了研究，結果表明橋面鋪裝與主梁的之間的剪切強度和有無水平力作用對主梁承載力有著重要的影響。雷進[2]則對橋面鋪裝排水聯結層的設計進行了研究。郜小興[3]通過橋梁細部設計對結構耐久性的影響分析，提出了較為實用的有助于提高橋面鋪裝耐久性的設計原則。首先對橋面鋪裝結構的力學特性進行分析，并在此基礎之上提出橋面鋪裝混合料的設計調整方法。

1 橋面鋪裝結構方案調整特點

在初擬橋面鋪裝結構的方案后，還應根據規范要求結合有限元軟件對其力學性能指標進行驗算。當初擬的方案計算結果不能滿足規范要求時則需要對其結構方案進行調整，并重新對調整后的方案進行驗算，反復這一過程直至計算結果滿足設計或相關規范中的規定。由于橋面鋪裝設計內容較多，對應的指標各不相同，且實際施工質量容易受到現場施工情況的影響，波動較大。導致橋面鋪裝層的調整方向不明確，為設計工作帶來了諸多不確定性。因此為使得鋪裝結構調整方向有據可依，需要針對性的對鋪裝結構力學性能進行調整，提出明確簡單可靠的調整方案。

2 鋪裝結構力學強度不滿足的調整

引起鋪裝結構力學強度不足的原因比較復雜。對于鋪裝結構強度不足的情況，主要從鋪裝材料和鋪裝結構組合上進行調整。

2.1 優化鋪裝混合料級配

橋面鋪裝主要由集料和瀝青膠結形成的復合材料組成，這種復合材料中的各個組分都對混合料的力學性能具有重要影響。既有研究指出，瀝青混合料橋面鋪裝的抗剪強度和抗拉強度主要貢獻來自于粗集料和細集料的級配組成，因此，在橋面鋪裝混合料的設計階段可以通過調整級配參數來使得混合料形成嵌擠密實結構從而進一步的提高橋面鋪裝的力學性能，使之可以滿足規范何設計要求。通常來說，當橋面鋪裝最大拉應力或剪應力驗算不能滿足規范要求時，可以嘗試改變不同集料的級配類型，改變石子的材料參數等措施，對混合料的組成進行綜合優化，以提高其力學性能。

2.2 優化鋪裝結構組合

橋面鋪裝層作為局部輪壓荷載直接作用的結構，其受力模式與橋結構的主要承重構件存在明顯的區別。由于橋梁結構通常為超靜定結構，因此，橋面鋪裝在車輪荷載下可能存在局部變形以及活載作用下出現拉壓應力幅的現象。因此，這就要求橋面鋪裝結構中各個部分都具有良好的變形協調能力和抵抗疲勞荷載反復作用的性能，這也是其與道路結構鋪裝層中下面層抗拉，中面層抗剪以及上面層抗疲勞的區別之處。如果設計初步方案中的橋面結構鋪裝層驗算結果不能滿足相關規范的及設計的規定，則可以根據橋面鋪裝結構中各層的力學結構的特點，分別進行調整，以達到提高橋面鋪裝層綜合力學性能的目的。

2.3 增加鋪裝層厚度

橋面鋪裝層厚度也與鋪裝層的受力狀態密切相關，橋面鋪裝層厚度越大，其截面剛度就越大，應力就越小，抵抗外荷載的能力就越強。但同時在另一方面，橋面鋪裝層厚度越大，材料用量增加，經濟性就越差。因此在對橋面鋪裝層進行設計時，應針對其力學性能和經濟性進行綜合的考量，在滿足使用性能以及造價合適的前提下，適當增加橋面鋪裝層的厚度有助于抑制橋面鋪裝病害的產生，提高橋面鋪裝的耐久性。

2.4 更換高性能鋪裝材料

當采用本文上述3種方法進行調整后的鋪裝層結構仍不能滿足相關設計規定和力學指標要求時，可考慮提高材料的強度等級或改為采用新型材料或者更高性能的鋪裝材料，比如可選擇摻入橡膠或纖維的改性瀝青以增加橋面鋪裝層的強度和彈性模量，選擇強度等級較高的石料等。

3 鋪裝層混合料性能優化

當混合料性能不滿足要求時，應針對某一具體方面采取針對新的措施進行改善：

（1）橋面鋪裝水穩定性能不滿足相關規范或者設計規定的要求時，可應在考慮現場施工條件的同時采用粘結力較強的瀝青材料和酸性的耐磨集料或添加適量的外加劑來改善該項性能。

（2）橋面鋪裝混合料的抗疲勞性能不滿足相關規范或者設計規定的要求時，則可以選擇提高材料的等級和優化混合料的級配比例外，還可以選擇添加纖維來提高橋面鋪裝的抗疲勞性能。

（3）橋面鋪裝混合料的低溫性能不滿足相關規范或者設計規定的要求時，可以考慮優化級配，更換瀝青材料，添加短纖維材料等辦法。

（4）橋面鋪裝材料的抗高溫性能或其抗剪性能不滿足相關規范或者設計規定的要求時，應首先從改善混合料級配組成進行分析，然后在此基礎上進一步考慮添加外加劑進行優化設計。

4 結語

對橋面鋪裝結構的受力特點進行了分析，并在此基礎之上對橋面鋪裝混合料的設計調整方法進行了分析，結果表明提高鋪裝層的力學強度可以通過改善鋪裝層厚度、優化鋪裝層結構形式以及骨料級配、采用力學性能良好的鋪裝材料等方面來進行改善。