桥面铺装

桥面沥青混凝土铺装技术陈仕周博士研究员重庆交通大学重庆鹏方路面工程技术研究院重庆中交科技股份有限公司重庆交通大学重庆交通大学一桥面铺装概述重庆交通大学桥面铺装的重要性桥梁作为公路建设项目中的主要组成部分，其结构的耐久性及桥面的使用功能也越来越受到重视。合理和可靠的桥面铺装体系，不仅能为桥梁提供行驶性能良好而耐久的桥面，而且能作为桥面板的有效防护体系，防止水份的渗透，保证桥梁结构耐久性。重庆交通大学桥面铺装结构层位及功能为满足桥面铺装的各种功能要求，铺装各层的性能也有所分工和侧重。重庆交通大学桥面铺装结构层位及功能防水层保护桥面板不受路表水的侵害，并与桥面板和相邻铺装层形成抗剪连接的各层组合体，一般由具有防水、粘接性能的层次组成。根据体系的需要还将设置缓冲层。1、防水层不只是要与粘接层结合牢固，而且要与铺装层材料相容；2、不能因为铺装层的高温施工而破坏；3、在铺装层需要碾压成型时，防水层也不能因为碾压而刺破，也不能因为碾压推挤而导致防水层与粘接层（或桥面板）粘接力丧失；4、防水层（或缓冲层）要有足够的韧性，在桥面板为钢板时，能适应钢板变形而不产生脱层或开裂。重庆交通大学桥面铺装结构层位及功能粘接层指在相邻层间起粘接作用的层次，需要具有良好的粘接性能。缓冲层用于反应性树脂防水层与沥青下层之间的层次，起到防水、隔热、缓冲荷载、提供施工平台等作用，可采用橡胶沥青砂胶。防水体系由相互协调一致，相互匹配的防水层（粘接层、缓冲层）和保护层组成，以起到防水隔离作用。重庆交通大学桥面铺装结构层位及功能保护层（铺装底层）不只是要有良好的承重和传递荷载的性能，需要有良好的热稳性、抗水损害性能、适应桥梁结构变形的能力等，还要有良好的密水性。一般情况下，保护层应采用空隙率小，抗渗水性好的混合料类型。重庆交通大学桥面铺装结构层位及功能磨耗层（铺装面层）直接与车辆轮胎及大气接触，需提供平整、抗滑、耐久的行驶表面。因此，铺装表面层应粗糙，有足够的纹理以提供长期的抗滑功能。铺装表面层也是在高温天气直接承受阳光照射，温度也最高，也直接与雨水、酸雾等接触，因此要有足够的热稳性、抗老化性能、抗水损害性能、抗裂性能等。重庆交通大学二、水泥砼桥面沥青砼铺装重庆交通大学水泥混凝土桥面板的特性混凝土桥面板具有水泥混凝土的基本特性，存在较多的微空隙。由于混凝土在强度形成过程中产生较大的水化热，引起混凝土的收缩应力使混凝土内部产生较多的微裂缝。这些空隙和裂缝将给侵蚀物质提供进入混凝土内部的通道，侵蚀混凝土并锈蚀钢筋，降低混凝土桥梁板的使用寿命。桥面铺装层的要求•具有足够的抗压、抗弯强度，防止在轮载与温度应力的共同作用下产生裂缝；•表面还应具有一定的抗冻、抗渗、耐磨及抗滑性能;•桥面必须是防水的，防水层与面层需确保在使用期内的强度与稳定性；•沥青混合料经常需具备高温、低温性能、水稳性、耐久性、抗滑性等性能。桥面铺装层的要求•根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）的要求，高速公路、一级公路的桥面铺装厚度宜为70～100mm，二级、三级公路桥面铺装厚度宜为50～90mm。表面层厚度不小于30mm。若桥面铺装为单层时，厚度不宜小于50mm。•当混凝土桥面板需要设置调平层时，混凝土调平层厚度不宜小于8cm，且应按照要求设置钢筋网。桥面铺装设计施工中的不足•无桥梁结构保护意识，仅将铺装作为桥梁结构的磨耗层，铺装一般不设防水层；•缺少防水结构体系的意识，不注重防水层材料和厚度与铺装层的匹配性，使铺装联接不良或不防水；•桥梁铺装层厚度确定仅源于桥梁恒重，垫层和沥青层厚度确定带有随意性，不依据铺装体系受力要求；•对桥梁结构无针对性；•对特殊桥梁和桥梁的特殊部位无特殊技术措施。重庆交通大学桥面铺装体系防水性能要求水损害是水泥混凝土桥沥青铺装层破坏的主要表现形式水分和盐分是引起桥面沥青混凝土水损害和主梁钢筋腐蚀的主要原因性能优良的防水粘结层和防水体系是保证桥面铺装耐久性的重要条件水泥混凝土桥梁沥青混凝土铺装结构示意图参考《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006），桥面沥青铺装结构，可由防水层和下面层、表面层组成，如下图所示。防水层和下面层共同组成防水体系。表层沥青混凝土防水粘接层防水体系水泥混凝土板重庆交通大学水泥混凝土桥面防水体系及结构的选择重庆交通大学根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）:1、应根据桥梁类型、设计安全等级，并考虑工程环境条件等因素（如冰冻地区或海洋地区，有工业酸雾、雨影响等）确定防水层和下面层。2、对特大桥、重大桥，宜在混凝土桥面板顶面设下封层。3、防水层主要包括：涂膜、卷材等专用防水材料；沥青砂、沥青码蹄脂、热熔沥青碎石、稀浆封层等聚合物改性沥青类防水材料；环氧树脂下封层等反应性树脂类防水材料。当下面层采用浇注式沥青混凝土时可视为防水层，但在动荷载作用下可能出现负弯矩位置宜采取一定的防裂措施。重庆交通大学4、各等级公路的大、中、小桥可采用涂膜、沥青砂、热熔沥青碎石封层、稀浆封层、卷材等做防水层，并视具体情况设置专门的底涂层加强联接作用。下面层可选用密级配沥青混凝土、沥青码蹄脂碎石等组成防水体系。同时，应严格控制沥青混合料的现场孔隙率。5、对于特大桥、重大桥等的桥面铺装应进行专项设计。特大桥、重大桥梁可选择浇注式沥青混凝土、沥青码蹄脂、涂膜等防水层，下面层可用浇注式沥青混凝土、沥青码蹄脂碎石组成防水体系。应检验桥面铺装各结构层间的抗剪强度和抗拔强度。重庆交通大学桥面铺装防水性能不仅与防水层本身的性能有关，还与防水材料的整体性、抗裂性、防水层与混凝土板的粘结性，以及防水层在施工过程中的变异性，搭接缝部位处理的密贴性有关，我国防水层种类、材料较多，因此，应综合考虑防水性能优劣，与结构层间的粘结力是否牢固，施工工艺的可行性、施工质量的可靠性等因素，合理选择防水层材料。水泥混凝土桥面防水层的选择重庆交通大学防水卷材类如：APP、PVC、CPE防水性能好，但对基面要求高，且我国防水卷材质量参差不齐重庆交通大学沥青混合料类防水如：橡胶沥青砂胶沥青马蹄脂改性沥青碎石封层稀浆封层重庆交通大学涂膜类防水（1）渗透型——封水效果好；粘结能力差（2）水溶型——粘结能力好施工方便；抗剪能力差，抗刺破性能差（如水性沥青基类防水涂料）（3）溶剂型——粘结能力好、施工方便；抗剪切力较差、抗刺破性能差、防水性能差（如GS）（4）反应型——粘结力好、防水性能好；成本较高、施工工艺较复杂（如AMP-100、Eiliminator）重庆交通大学涂膜类防水材料应有一定的厚度，并与下面层沥青混合料相匹配。涂膜厚度不足，易产生刺破破坏，导致防水性和层间粘合不良。涂膜类防水材料不仅应按《路桥用材料标准九项》（JT/T531-538、589-2004）进行检测，还应进行防水性能和层间抗拉拔、抗剪切实验，以保证涂膜厚度与下面层沥青混合料类型的匹配性。水泥混凝土桥面防水层的选择（一）重庆交通大学选用沥青砂做防水层时，应综合考虑沥青砂的密水性与热稳性的平衡，建议设计孔隙率小于或等于2.5%；选用稀浆封层防水层时，为保证防水体系的层间抗力，应用改性乳化沥青作为其结合料；采用热熔沥青碎石做防水层时，为保证防水体系的层间抗力，宜用较铺装用的改性沥青更高一个等级的沥青；选用沥青码蹄脂防水层，沥青码蹄脂应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）中相关要求。水泥混凝土桥面防水层的选择（二）重庆交通大学桥面铺装材料在我国，密级配沥青混合料混凝土是路面铺装结构中应用最为普遍的一种材料。SMA在大跨径桥梁或高等级道路上桥梁中得到大量应用。浇注式沥青混凝土是解决桥面铺装难题的重要材料之一，在东海大桥得到成功应用。重庆交通大学浇注式沥青混凝土（GA）组成：浇注式沥青混凝土是一种悬浮式（骨架无嵌挤作用）结构的沥青混凝土，其混合料组成特点主要是矿粉含量高（20～30%）、沥青含量高（7～10%）。矿质材料GA的组成特点加热到200°C-250°C时的沥青富余量胶泥=沥青+矿粉浇注式沥青砼摊铺浇注式沥青砼摊铺GA的特性它是无空隙的，无需压实便能达到其终极强度，因而不会出现因压实不足而表现出的缺陷病害。它不透水，也不吸水，因而对诸如冻融变换、防冻滑的除冰盐溶液及经常潮气作用的影响因素几乎不敏感。它是一种粘弹性材料，适应结构构件在应力消减情况下的缓冲运动而不会发生损坏以及对冲击及颠簸不敏感。它有整体性非常好和变形能力强的特点。重庆交通大学根据重庆交通科研设计院主持的西部课题“桥面铺装材料与技术研究”成果和工程实践总结，《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）推荐了适合于非冰冻地区高速公路、一级公路的大、中、小桥的桥面铺装结构以及特大桥、重要大桥以及冰冻区桥梁的铺装结构，以供参考。桥面铺装应重视防水层与下面层结构、厚度相匹配。当采用沥青混凝土下面层时，应严格控制热拌沥青混凝土的孔隙率满足《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）的要求。水泥混凝土桥面铺装结构的选择重庆交通大学工程案例重庆交通大学早期铺装典型结构重庆交通大学说明：早期的防水粘结层采用（改性）乳化沥青粘层，后来大量使用水溶型防水材料。桥面沥青混凝土铺装层现在一般采用双层铺装，而过去一般为单层铺装。在高速公路中，为了施工方便，单层铺装混合料往往是相邻路段路面的上面层混合料类型；上、下层铺装混合料往往是相邻路段路面的上、中面层混合料类型。重庆交通大学结构缺陷：1、因层间粘结力不足，以至在水的侵蚀下，易产生脱层、推拥病害；2、因防水性能不足，水侵蚀铺装结构层引起桥面板腐蚀及钢筋锈蚀，海洋性气候地区及北方有冻融地区尤其严重；3、因混合料的性能、调平层性能、桥梁结构构造、道路线形等引起的其它破坏。重庆交通大学工程案例（一）渝黔高速公路七里半大桥桥梁结构及铺装概况：渝黔(重庆-贵阳)高速公路七里半大桥位于弯道内，纵向位于长下坡（竖曲线)末端，为简支T梁连续桥面结构。桥面铺装层结构原设计为乳化沥青粘结层上直接铺装5cm改性沥青AK-13沥青混凝土。重庆交通大学工程案例（一）渝黔高速公路七里半大桥破坏现象：自2001年通车以来，通车不到一年就出现损坏，运营3年后，左幅（贵阳-重庆）桥面铺装更是发生了大面积破坏，并于2004年进行了局部挖补。但目前的桥面病害程度进一步加剧，主要病害表现为：推移、裂缝（龟裂、横向、纵向和其他不规则裂缝）、沉陷、麻面、松散等，破坏范围遍及左幅全段，桥面铺装的结构功能遭到了严重损坏。重庆交通大学工程案例（一）渝黔高速公路七里半大桥重庆交通大学工程案例（一）渝黔高速公路七里半大桥破坏原因分析：1）层间粘结不足：根据软件计算分析，得出该桥桥面铺装层间最大剪应力为0.66MPa，实验室模拟该桥桥面铺装结构制作的试件，得出采用乳化沥青及改性乳化沥青防水层的层间抗剪强度，分别为0.25MPa、0.45MPa，显然采用乳化沥青或改性乳化沥青作防水层，层间抗剪强度均不满足要求。2）桥梁线形：该桥的平面线形为弯坡斜桥同时纵向又位于长下坡（竖曲线）末端，车辆驶入该路段时，一般需经过高速（制动）-低速（加速）-高速的过程，在转弯上坡时，铺装层除承受上述剪应力外，还将承受离心力和重力的作用，并在铺装层中产生指向路缘的横桥向剪应力和指向下坡的顺桥向剪应力，再加上转向行驶，车辆对路面的剪应力急剧增加，加大了铺装层的破坏。3)沥青铺装层材料对铺装层破坏的影响：AK-13开级配抗滑表层实际空隙率约8%，易松散，根本不能阻止水的渗入，因此该级配混合料不宜用作桥面铺装层。重庆交通大学工程案例（一）渝黔高速公路七里半大桥处治方案：喷砂后达到干净、粗糙、清洁的表面橡胶沥青砂胶（3～5mm厚）防水粘接层水泥混凝土桥板铺装层应力吸收层雾封层(0.6Kg/㎡)0.25～0.40kg/㎡环氧封闭底层（撒0.3～0.6mm机制砂）0.50～0.75kg/㎡环氧封闭上层（撒1.18～2.36mm机制砂）AMP二阶反应型防水粘结材料(0.3～0.7kg/㎡)铺装上层改性沥青SMA13（45mm厚）重庆交通大学工程案例（二）沈阳北海高架桥桥梁