双层SMA桥面铺装技术及其在城市桥梁中的应用
摘 要：许多城市道路桥梁由于结构设计不尽合理，桥面铺装层都出现了车辙和拥包推移等变形类病害，严重影响了城市交通组织和行车安全。
文章在对大量水泥混凝土桥面铺装工程的调研基础上，总结了水泥混凝土桥面铺装混合料的性能要求，并结合桥面铺装的发展历程，提出具有良好的热稳性、密水性、耐久性、抗裂性等众多优点的双层SMA桥面铺装技术是我国城市桥梁桥面铺装的合理结构，并结合具体工程实例对双层SMA桥面铺装的施工、工程应用效果评价，验证了双层SMA桥面铺装的应用效果。
下载论文网 关键词：双层SMA；桥面铺装；城市桥梁；应用 中图分类号：U443.33 文献标识码：A 文章编号：1006—8937（2014）8—0035—02 桥梁是道路工程建设的重要组成部分，而桥面铺装层是桥梁的重要功能性结构，起到承受行车荷载和保护桥梁结构的作用。
随着近年来城市道路建设的快速推进，立交和高架桥越来越多，桥面铺装对整个公路的交通质量具有非常重要的影响。
但从已建成通车的桥面铺装使用情况分析，许多桥梁的铺装结构的使用性能不尽理想，仍存在许多工程难题，特别是桥面铺装层结构设计针对性不强的问题尤为突出。
因此，有必要针对目前存在的问题进行城市桥梁桥面铺装层结构研究与设计，从而提高桥面铺装层的使用寿命和服务水平。
1 水泥混凝土桥面铺装混合料的性能要求 通过对国内多座钢桥面和水泥混凝土桥面铺装工程的调研和国内外在桥面铺装层设计、施工实践中积累的经验来看，桥面铺装结构需要从桥梁结构类型、铺装层混合料性能和施工控制等方面要求进行选择。
总得来说，桥面铺装混合料需要具有良好的施工性能、足够的抗车辙能力、良好的抗水损害能力等良好的技术性能。
铺装混合料首先必须具有良好的施工性能，主要表现为施工过程中不易离析，且容易压实。
这样可保证混合料施工过程不会因离析而出现过多的薄弱环节，同时能适应桥面上不能采用重型压路机和强振碾压的施工特点。
车辙和推移是桥面铺装的典型病害，这种病害不仅是由于界面抗剪切强度不足，与混合料高温性能不佳也有很大关系。
因此，混合料必须具有足够的抗车辙能力，以满足桥面铺装高温性能的需要。
虽然桥面铺装施工中十分重视对渗水系数控制，然而由于路面离析及薄弱环节（如靠近护栏位子）碾压不足等原因，难免存在局部渗水现象。
此时，为了避免桥面铺装发生水损害，必然要求铺装层混合料具有良好的抗水损害性能。
除了以上性能外，桥面铺装混合料还需要具有与铺装层使用环境相适应的其它性能，如与桥面板良好的接触状态、适应桥面不平整的能力、负弯距区较好的变形适应能力等等。
2 桥面铺装形式发展历程 早期修建的高速公路对大型水泥混凝土桥梁铺装层不够重视，多直接采用正常路面的中上面层作为桥面铺装，事实证明性能不好，难以适应水泥混凝土桥面铺装施工及行车荷载的需要，早期病害比较严重，主要表现为车辙、推移、松散等。
各地路面使用状况表明，桥面铺装的病害远早于正常路段，病害的严重程度也甚于正常路段，不仅大型桥梁如此，中小桥甚至通道铺面也表现出相同的规律。
水泥混凝土桥面的严重病害逐渐引起了工程界的重视，结合一些工程尝试采用专门的铺装结构。
如部分桥梁中调整了桥面铺装下层的混合料粒径，采用纤维沥青混凝土等等，这些措施使得桥面铺装的性能得到改善，但病害仍甚于正常路段。
20世纪末以来，随着SMA技术在国内日益成熟，在桥面铺装结构与材料选择时，人们逐渐把目光投向这一具有理想施工性能和综合路用性能的混合料。
为更好的适应桥面铺装的性能需要，工程界对水泥混凝土双层SMA桥面铺装的结构层厚度组合、上下层SMA粒径搭配等作了不少尝试。
综合水泥混凝土桥面SMA铺装层在国内工程中的应用情况，该结构从性能、造价、施工便易性等方面都是适于水泥混凝土桥面的理想选择，也适合城市桥梁的应用需求。
3 双层SMA桥面铺装技术 我国对桥面铺装技术的研究起步较晚，主要是借鉴国外的经验。
《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021―89）中对桥面铺装只简单地提了一些要求，对沥青铺装结构的设计主要从材料、施工及厚度等方面做了指导性的说明，至于具体设计理论、设计方法几乎是空白。
总体来讲，目前我国常用的铺装类型有SMA、环氧沥青混凝土和浇注式沥青混凝土，但环氧沥青混凝土造价较高，一般用在钢桥面铺装；浇注式沥青混凝土的抗车辙性能普遍较差，近年来在桥面铺装中的应用也越来越少。
SMA是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙的沥青混合料，其特点是骨架嵌挤型结构、沥青含量高、矿粉用量大，使得SMA沥青混合料能够形成较大厚度的沥青膜和粗糙混合料表面，从而保证SMA混合料具有良好的热稳性、密水性、耐久性、抗裂性、抗水损害性能和抗疲劳特性。
日本、德国等早就将SMA用于桥面铺装层，代替浇筑式沥青混凝土，而且也经常应用双层SMA铺装结构。
但在我国双层改性沥青SMA桥面铺装的应用还较少，仅在浙江宁波招宝山大桥、福建闽江三县州大桥等水泥混凝土桥面中采用了双层SMA的铺装结构。
由于其具有的较多优点，已逐步用于高速公路的钢桥面铺装和水泥混凝土桥面铺装中。
但我国高速公路上水泥混凝土桥面铺装多数偏薄，材料较粗，摊铺时容易发生离析现象，平整度差，很难达到压实标准。
而且由于桥面排水不畅，层间粘结不牢，水泥混凝桥面平整度差等原因，较易造成桥面铺装的破坏，直接影响整个沥青路面的使用性能。
因此，在实际工程应用中，还需结合具体情况合理设计双层SMA铺装结构、严格控制施工质量，从而充分发挥双层SMA桥面铺装结构的使用性能。
4 双层SMA桥面铺装的工程应用 4.1 双层SMA桥面铺装的试验路铺设 在对南京城市桥梁调查中发现，绕城公路的K12和K28路段的两座桥梁的交通量、桥长、桥面损坏状况等有一定的代表性，具备作为试验路的条件，因此选择这两座桥进行试验路铺筑。
桥面铺装上层厚度为5 cm，下层厚度随原桥面铺装铣刨深度变化。
为便于对比，每座试验桥的左右两幅分别采用不同的铺装方案，共四种铺装方案，方案一为5 cm SMA16+SMA13，方案二为5 cm SMA16+SMA10，方案三为5 cm SMA13+SMA13，方案三为5 cm SMA13+SMA10。
试验路混合料的配合比严格按照标配合比设计及性能验证、生产配合比设计及性能验证和生产配合比调整的步骤确定，从而确保SMA沥青混合料的性能符合工程应用要求。
为了减少沥青路面各种病害，保证路面施工时的压实度已经越来越受到重视，其中压实工艺的选择直接影响沥青路面的成型质量。
双层SMA桥面铺装的压实特性是其混合料性能发挥的前提，必须进行严格控制。
多年来在公路工程施工中普遍采用的压路机形式有：静态压路机、振动压路机、冲击压路机和振荡压路机等，它们各自有不同的特点和使用范围，工程应用中应结合具体情况选取合适的压路机类型，从而保证SMA沥青混合料的压实效果。
通过对多种机械组合的对比分析，振荡压路机是适于桥面铺装碾压的理想压实机械。
但考虑到目前振荡压路机尚未普及，其租赁费用势必较高，而振动压路机的压实效果与振荡压路机基本接近，因此，对于中小桥梁建议仍按照正常路段采用振动压路机施工，实践证明，由于中小桥跨径较小，振动压路机对其结构的负面影响较小。
而对于大桥、特大桥等，由于跨径较大，为减少压实环节对桥梁结构的破坏作用，建议优先采用振荡压路机碾压。
对于胶轮压路机，由于其对SMA具有较好的压实效果，可用于桥面铺装下层的碾压。
4.2 双层SMA桥面铺装的应用效果评价 为确保双层SMA桥面铺装的工程质量，在工程施工过程中，必须对铺装层的施工质量进行检测。
对于桥梁铺装层沥青混合料需要进行抽提试验、马歇尔击实试验和铺装层渗水系数试验、构造深度试验、芯样压实度试验等对沥青混合料的性能进行验证。
测试结果表明，四种方案沥青混合料级配和沥青用量的控制均较好，而且压实质量也较好，铺装层基本没有渗水点，而且构造深度较大，完全符合桥面铺装结构对混合料的性能要求。
试验路通车1年后，再次对试验路施工情况进行了跟踪观测，现场采用3 m直尺检测桥面沥青混合料铺装的车辙深度。
测试结果表明，经过1年的行车作用，桥面铺装试验段的车辙并不明显。
构造深度和摩擦系数的检测结果也表明，通车1年后四种桥面铺装方案的抗滑性能差异不大，仍保持良好的状态。
根据现场观测，试验段未见松散、坑塘等水损害的迹像，未见推移迹像，整体状况良好。
因此，双层SMA桥面铺装的的各项性能满足要求，压实度和密水性能良好，而且通车1年后，双层SMA桥面铺装试验段初步表现出良好的抗车辙性能，未见松散、坑塘等早期损害迹像，表明具有较好的抗水损害性能。
5 结 语 SMA具有空隙率小、热稳性好、抗水损害、表面粗糙均匀等优点，用于桥面铺装面层的优势明显，而将其作为桥面铺装下层可以增强混合料与桥面板间的粘结。
因此，双层SMA桥面铺装体系能从结构和材料上满足混凝土桥面的使用要求，预防桥面铺装早期病害。
在城市道路桥梁中进行双层SMA桥面铺装的应用，对提高城市桥梁的建设质量具有十分重要的意义。
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