鋼橋面鋪裝組合結構性能與適用性分析

曾成福 顏華平

（1.江西省交通工程集團有限公司，江西 南昌 330000；2.江西省交通投資集團南昌北管理中心，江西 南昌 330000）

0 引言

橋面鋪裝質量直接影響行車的舒適性和安全性，經過長期研究和試驗，世界各地已成功應用了大量的鋼結構橋梁鋪裝。但是，鋼橋面上仍存在較為嚴重的路面結構病害。目前，關于鋼橋面鋪裝技術仍存在一定爭議，并沒有形成統一標準。橋面鋪裝層直接作用于各向異性鋼橋面，具有復雜的應力和應變狀態，在外部環境、超載等作用下容易發生損壞。幾乎所有的鋼橋面鋪裝層都會出現推移病害和車轍病害。目前，國內外尚沒有完全解決的方法。針對這一問題，除了引進國外先進設計技術，研究開發優秀的新型鋪裝材料外，還必須分析鋼橋面鋪裝結構的性能。

目前，國內外鋼橋面主要采用五種鋪裝材料，即澆注式瀝青混凝土混合料（GA）、SMA瀝青混合料、SMA改性瀝青混合料、環氧瀝青混合料（EA）和樹脂瀝青組合體系。主要采用的3種典型鋪裝結構是，同類材料單層鋪裝（同質單層）、同一種材料雙層鋪裝（同質雙層）和不同材料雙層鋪裝（異質雙層）。相關研究表明，由于氣候條件和交通條件的原因，單層橋面鋪裝結構并不適用于我國。例如,采用單層GA路面結構的江陰長江大橋出現了嚴重的橫向、縱向裂縫，塊狀裂縫，以及推移和車轍等早期破壞。因此，本文選擇3種常用的鋼橋面鋪裝材料（SMA、GA、EA），分析其同質雙層和異質雙層的不同組合結構性能。

1 試驗材料

目前，鋼橋面鋪裝主要由不同鋪裝功能的雙層結構組合形成。作為表面層的功能，上面層應具有良好的路面性能，需要能夠滿足抗裂性和抗滲性。下面層應具有良好的抗水損性和抗荷載功能。

高性能聚合物改性瀝青具有較長的疲勞壽命和較低的開裂溫度。在大跨徑鋼橋面鋪裝中，保護層采用澆注式瀝青混合料時，表面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多座大跨徑鋼橋上的應用面積超300萬平方米。環氧瀝青混凝土具有強度大、耐高溫、黏結能力強等優點，作為鋼橋面鋪裝的下面層，不僅能夠承受較大的荷載作用，且與鋼橋結構黏結牢固，表現出良好的路用性能。

因此，本文分析了3 種典型鋪裝結構，分別為“SMA-10+SMA-13”“GA-10+SMA-13”和“EA-10+SMA-13”。各結構層采用相同的4cm厚度。

2 路用性能研究

2.1 高溫抗車轍試驗

在60℃和70℃條件下，分別測試3種鋪裝結構的動穩定度和車轍深度，車轍試件成型按鋪裝下層—黏結層—鋪裝上層的順序開展。對于澆注式瀝青混凝土則采用自流平方式成型，對于環氧瀝青混凝土則采用輪碾成型。試驗結果如表1所示。

從試驗結果可以看出，高溫抗車轍性能從高到低為：“EA-10+SMA-13”“SMA-10+SMA-13”“GA-10+SMA-13。60℃下的動穩定度均大于4000次/mm，車轍深度均小于1.2mm。當試驗溫度提高到70℃時，只有“GA-10+SMA-13”組合結構動穩定度低于2800次/mm，另外兩種組合結構動穩定度仍大于4000次/mm，車轍深度均小于1.5mm。這表明3種鋪裝結構組合方案均具有良好的耐高溫性能，但是，在鋼橋面上采用“GA-10+SMA-13”鋪裝結構時，須注意其在高溫條件下的穩定性。

2.2 疲勞試驗

對3種鋪裝結構開展疲勞試驗，成型的試驗板尺寸為700mm×200mm×98mm。試驗中，將試件放在直徑為50mm，間距為300mm的3個鋼制滾柱支座上，借助伺服液壓油缸施加正弦波荷載，通過四腳施力架將加載力直接導向鋼板。疲勞試驗參數如表3所示。

表2 疲勞試驗參數

表3 疲勞試驗結果

從試驗結果可以看出，抗疲勞性能從高到低為：“EA-10+SMA-13”“GA-10+SMA-13”“SMA-10+SMA-13”。3種鋪裝結構的疲勞壽命均隨著應變水平的增加而降低，疲勞壽命變化趨勢是相同的。在500應變水平條件下，3種鋪裝結構的疲勞壽命均達到了80萬次以上，其中EA-10+SMA-13鋪裝結構疲勞壽命可達100萬次。因此，在鋼橋面上采用3種鋪裝結構均具有較好的疲勞耐久性。

2.3 其他路面性能分析

通過室內試驗及對大量文獻的閱讀研究，分析比較了3種鋪裝結構的其他路面性能，研究結果如表4所示。

從表4可以看出，3種鋪裝結構的抗裂性能均表現一般；水穩定性EA-10+SMA-13和SMA-10+SMA-13結構較好；EA-10+SMA-13和GA-10+SMA-13結構抗老化性能和耐久性均較好；因為3種鋪裝結構的表面層均為SMA-13，所以，它們在抗滑性能和交通噪聲方面均表現較好。

表4 其他路面性能比較分析

3 適用性分析

通過對路用性能的分析，建議根據交通荷載情況選擇不同的橋面鋪裝結構進行組合。不同鋪裝結構的適用條件如表5所示。

表5 鋪裝結構適用條件

EA-10+SMA-13結構因其具有優異的抗車轍性能和耐久性，推薦用于特重交通等級鋼橋面。盡管GA-10+SMA-13結構整體有一定的抗車轍性能，但是GA缺乏高溫穩定性，易形成車轍，這種結構在重載交通路段可考慮使用。因為EA和GA施工難度較大，且成本較高，輕交通路段不建議考慮這兩種材料，考慮到經濟性，推薦使用SMA-10+SMA-13結構。

4 結束語

EA-10+SMA-13鋪裝結構具有抗車轍性能好、耐久性好及耐低溫開裂的優勢，但造價高、施工難、維護時間長；由于GA空隙率低，GA-10+SMA-13鋪裝結構具有防水、防腐、抗老化等優點，同時具有優異的抗滑、耐久性能；SMA-10+SMA-13鋪裝結構具有技術可靠、經濟和施工優勢，非常適用于鋼結構橋梁鋪裝；EA-10+SMA-13鋪裝結構推薦用于非常繁忙的交通，中、重交通路段可以考慮采用GA-10+SMA-13鋪裝結構，輕交通情況下建議使用SMA-10+SMA-13鋪裝結構。