特種橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

特種橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)東南大學(xué)2014年3月一、特種橋面鋪裝定義二、橋面鋪裝普遍存在問題分析三、特種橋面鋪裝要求四、特種橋面鋪裝設(shè)計(jì)方法五、常用的特種橋面鋪裝結(jié)構(gòu)六、特種橋面鋪裝施工技術(shù)主要內(nèi)容（1）普通橋面鋪裝

范圍：一般混凝土橋梁的鋪裝

材料：普通瀝青與改性瀝青。混合料類型：瀝青混凝土（AC、SMA等）鋪裝設(shè)計(jì)：與路面結(jié)構(gòu)基本相同施工技術(shù)：與路面結(jié)構(gòu)基本相同

一、特種橋面鋪裝定義（2）特種橋面鋪裝

范圍：鋼橋面鋪裝

特殊路段混凝土橋梁（長(zhǎng)大縱坡）

特殊地區(qū)混凝土橋梁（沿海）

城市橋梁

材料：特種改性瀝青與級(jí)配（環(huán)氧瀝青、湖瀝青、高粘瀝青等）混合料類型：專用級(jí)配

鋪裝設(shè)計(jì)：特助設(shè)計(jì)

施工技術(shù)：需要專用設(shè)備、專業(yè)施工隊(duì)伍一、特種橋面鋪裝定義

在橋梁設(shè)計(jì)過程中，橋梁設(shè)計(jì)人員注重橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而橋面鋪裝不參與受力分析計(jì)算；路面設(shè)計(jì)人員根據(jù)交通量和路面結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行路面設(shè)計(jì)；橋面鋪裝便成為設(shè)計(jì)階段的空白，未進(jìn)行專門設(shè)計(jì)；其結(jié)構(gòu)及厚度沿用路面面層結(jié)構(gòu)。

從而導(dǎo)致橋面鋪裝先天存在如下問題：1.沒有將鋪裝結(jié)構(gòu)、基面結(jié)構(gòu)、材料的物理力學(xué)性能納入設(shè)計(jì)體系中，鋪裝結(jié)構(gòu)及厚度的確定具有隨意性（橋梁鋪裝層厚度確定僅源于橋梁恒重）2.防水層材料及厚度設(shè)置沿用路面結(jié)構(gòu)，與鋪裝層不匹配，起不到與鋪裝層之間的聯(lián)接和防水作用。二、橋面鋪裝普遍存在問題分析

除了設(shè)計(jì)階段帶來的諸多問題之外，還涉及到施工、材料、氣候、交通條件等方面，尤其是在鋪裝層材料、粘結(jié)層及防水層材料的選擇。瀝青砼橋面鋪裝還存在如下問題：1.水引起的早期損壞2.溫度條件所引起的損壞3.瀝青混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)受力所引起的損壞4.交通荷載超重所引起的損壞5.粘結(jié)層材料性能差，導(dǎo)致層間結(jié)合不良二、橋面鋪裝普遍存在問題分析由于瀝青的粘附性差，空隙率過大或鋪裝層開裂導(dǎo)致水分滲入。水滲入到瀝青面層內(nèi)部和橋面板與鋪裝層的界面之間，在行車荷載及溫度變化下產(chǎn)生水損害，從而出現(xiàn)唧漿、網(wǎng)裂、剝落、松散、坑洞等現(xiàn)象。另一方面由于界面之間存在水壓力，降低了界面之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，造成瀝青層脫落、起皮等現(xiàn)象，使鋪裝層失去強(qiáng)度和防水能力。1.水引起的早期損壞

橋面結(jié)構(gòu)直接承受氣候條件的影響，同正常路面結(jié)構(gòu)相比，鋪裝層材料夏季溫度更高，冬季溫度更低。即：相同的氣候條件對(duì)鋪裝結(jié)構(gòu)材料的要求更苛刻。因此，在普通路面中使用良好的材料，用在鋪裝結(jié)構(gòu)中往往會(huì)由于溫度產(chǎn)生損壞。同時(shí)由于橋面板或梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大撓度也易引起鋪裝層開裂，水滲入后易造成面層松散和坑槽破壞。2.溫度條件所引起的損壞

瀝青混凝土橋面鋪裝層同橋梁結(jié)構(gòu)在材料性能上差異較大，即一柔一剛，因此在外力作用下會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力與變形的不連續(xù)。在剛度大得多的橋梁結(jié)構(gòu)上，柔性鋪裝層必須具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，尤其是抗剪強(qiáng)度更為重要。鋪裝層內(nèi)部容易產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，引起不確定破壞面的剪切變形，或者由于鋪裝層與橋面板層間粘結(jié)力差，抗水平剪切能力較弱，在水平方向上產(chǎn)生相對(duì)位移以致剪切破壞，產(chǎn)生車轍、推移、擁包、波浪等病害。3.瀝青混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)受力所引起的損壞

車輛超載造成橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大，加劇結(jié)構(gòu)的損壞。目前車輛超載嚴(yán)重，軸載高達(dá)200～300kN，而路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載為100kN，超載是橋面嚴(yán)重?fù)p壞的一個(gè)重要方面。因此，一方面應(yīng)嚴(yán)格限制大型超載車上橋，另一方面要提高鋪裝層材料的性能等級(jí)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。4.交通荷載超重所引起的損壞在橋梁結(jié)構(gòu)與柔性鋪裝層之間的粘結(jié)層，對(duì)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)起著至關(guān)重要的作用。這一層次應(yīng)能起到承上啟下的過渡作用，同時(shí)還應(yīng)能防水。但一些研究表明，許多的損壞是由這一層誘發(fā)的，其原因是通常采用普通瀝青作為粘層油，軟化點(diǎn)較低，高溫條件下易產(chǎn)生推移、擁包、波浪和車轍，由于瀝青灑布量難以控制，更加劇了界面剪切損壞。5.粘結(jié)層材料性能差，導(dǎo)致層間結(jié)合不良良好的抗裂性和適應(yīng)變形的能力優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性能良好的層間結(jié)合能力與橋面板之間保持良好的追從性完善的防排水系統(tǒng)良好的平整性和抗滑性合理的鋪裝厚度三、特種橋面鋪裝要求

在車輪荷載作用下，某些結(jié)構(gòu)鋪裝層內(nèi)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，反復(fù)作用容易導(dǎo)致鋪裝層的疲勞開裂；連續(xù)梁橋橋墩處出現(xiàn)的負(fù)彎矩在鋪裝層產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，從而引起鋪裝結(jié)構(gòu)層開裂；大跨度橋梁結(jié)構(gòu)變形較大，因此要求橋面鋪裝具有優(yōu)良的柔韌性和適應(yīng)變形的能力，以避免鋪裝層早期疲勞開裂和較低溫度時(shí)的收縮開裂。1、良好的抗裂性和適應(yīng)變形的能力

橋面在夏季高溫季節(jié)，太陽(yáng)輻射大，瀝青鋪裝層從上到下溫度都較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于瀝青路面的溫度，而因橋面板與鋪裝層之間模量存在較大差異，在載重汽車及車輛超載的情況作用下，鋪裝層與橋面板之間的剪切作用更為顯著。因熱穩(wěn)定性和高溫抗剪能力差而導(dǎo)致的鋪裝產(chǎn)生車轍、推擠、擁包等現(xiàn)象較為普遍。因此，要求橋面鋪裝必須具有較好的高溫穩(wěn)定性和抗剪能力。2、優(yōu)良高溫穩(wěn)定性能

在橋面與防水層之間、防水層與瀝青鋪裝層之間都必須具有良好的粘結(jié)力，使各層能夠形成牢固的整體，才能保證在荷載作用或溫度變化時(shí)共同受力。與橋面板粘結(jié)牢固是鋪裝層與橋面板保持良好變形隨從性的必要條件。為提高鋪裝層與橋面板之間的粘結(jié)力，一方面應(yīng)盡可能選擇粘結(jié)能力強(qiáng)且高溫穩(wěn)定性、抗剪能力好的粘結(jié)材料，另外還可以盡可能提高鋪裝下層的密實(shí)度。3、良好的層間結(jié)合能力

足夠的強(qiáng)度與剛度以及良好的變形隨從性是橋面鋪裝首先應(yīng)該具備的性能之一。橋面板本身的變形、位移、振動(dòng)比較大，尤其是大跨徑鋼橋。其梁體變形大，且變形復(fù)雜，對(duì)橋面板的變形隨從性不好，將可能產(chǎn)生兩種類型的破壞：其一為鋪裝層與橋面板之間的相互錯(cuò)動(dòng)的剪切破壞，該現(xiàn)象主要存在于粘結(jié)層中；其二則為鋪裝層的彎曲破壞。而鋪裝層的強(qiáng)度與剛度較差則使輪跡帶的混合料產(chǎn)生擠壓損壞的可能性增加。4、與橋面板之間保持良好的追從性

保護(hù)橋面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)不被腐蝕，是保證橋梁功能的首要問題。因此橋面的鋪裝體系不僅本身要具備高度的密水性和抗水損壞能力，而且還要具有完善的防水、排水系統(tǒng)。5、完善的防排水系統(tǒng)鋪裝表面應(yīng)具有良好的平整性和抗滑性，以減少車輛的沖擊和提高鋪裝的抗滑能力，增加行車舒適性。6、良好的平整性和抗滑性

鋪裝層厚度的選擇應(yīng)綜合考慮層間剪應(yīng)力、防水層保護(hù)、平整度和施工工藝等因素；為減輕橋梁的恒載以及保證鋪裝層的變形隨從性，鋪裝層的厚度不易太厚。而又為了使鋪裝層具有足夠的強(qiáng)度與剛度，并且提高鋪裝層的荷載分散能力與抗疲勞能力，鋪裝層又不易太薄。在實(shí)際施工過程中，鋪裝層的厚度設(shè)計(jì)還要考慮到施工攤鋪與壓實(shí)的可能性。7、合理的鋪裝厚度設(shè)計(jì)步驟及流程四、特種橋面鋪裝設(shè)計(jì)方法1、分析橋面鋪裝的使用條件,包括氣候與環(huán)境條件、交通條件和橋面鋪裝的受力狀態(tài)。①根據(jù)氣候和環(huán)境條件，選擇與之相適應(yīng)的鋪裝材料方案，再通過標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法確定橋面鋪裝設(shè)計(jì)材料特性參數(shù)；②根據(jù)交通條件分析，以彈性力學(xué)理論為基礎(chǔ),應(yīng)用通用有限元軟件分析橋面鋪裝體系的受力特性,采用沖擊系數(shù)反映動(dòng)力荷載響應(yīng)。為鋪裝結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)提供技術(shù)參數(shù)。③根據(jù)①、②的分析結(jié)論初步擬定橋面鋪裝結(jié)構(gòu)。四、橋面鋪裝設(shè)計(jì)方法四、橋面鋪裝設(shè)計(jì)方法2、進(jìn)行橋面鋪裝力學(xué)計(jì)算與分析，得出鋪裝層受力狀態(tài)，以此作為橋面鋪裝設(shè)計(jì)依據(jù)。

3、分析橋面鋪裝可能出現(xiàn)的主要破壞類型,明確橋面不同瀝青混合料鋪裝設(shè)計(jì)必須控制的主要破壞形式,提出橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)體系。4、對(duì)初擬鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)體系的適應(yīng)性與合理性進(jìn)行驗(yàn)證。5、初擬的鋪裝結(jié)構(gòu)方案滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)體系要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)束，否則，需從新進(jìn)行結(jié)構(gòu)擬定。四、橋面鋪裝設(shè)計(jì)方法

（1）混凝土類型

密級(jí)配瀝青混凝土（AC）

瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）

澆筑式瀝青混合料

環(huán)氧瀝青混凝土

（2）結(jié)構(gòu)形式

均一類型：雙層均為同種材料（相同級(jí)配或不同級(jí)配）

組合類型：雙層為不同材料五、特種橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)1、雙層SMA鋪裝結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：柔韌性、抗裂性、耐久性和防水性能優(yōu)于密級(jí)配瀝青混凝土；具有粗糙的表面構(gòu)造，防滑性能好；沒有特殊的施工要求，施工期短，費(fèi)用較低；缺點(diǎn)：鋪裝層較厚（大于60mm），對(duì)集料要求高，耐久性及追從性較差。五、常用的橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)2、雙層澆注優(yōu)點(diǎn)：柔韌性、抗裂性、耐久性和防水性能優(yōu)于SMA，密水性能、耐久性及追從性好；缺點(diǎn)：特殊施工要求，施工期長(zhǎng)，費(fèi)用高。

最大問題是高溫穩(wěn)定性能不足、由于澆注施工溫度較高需要特殊粘結(jié)層材料、施工高溫對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷未得到評(píng)估五、常用的橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)3、澆注式+AC組合結(jié)構(gòu)（或SMA結(jié)構(gòu)）優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的防水、抗老化性能、抗裂性和對(duì)橋面板的追從性，與橋面板之間的粘結(jié)性能好于一般瀝青混合料。缺點(diǎn)：高溫穩(wěn)定性差（易形成車轍），施工需專用設(shè)備，對(duì)氣候和橋面清潔度要求苛刻，施工期長(zhǎng)。澆注的不足仍然存在。一般只適用于夏季溫度不太高的國(guó)家和地區(qū),而在熱帶和亞熱帶夏季氣溫高且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的地區(qū)，它們的適用性有很大的局限。五、常用的橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)3、雙層環(huán)氧瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高，高溫時(shí)抗塑流和抗永久變形能力很強(qiáng)，低溫抗裂性能很好；具有極好的抗疲勞性能和抵抗化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力。缺點(diǎn)：環(huán)氧瀝青混合料的配制工藝比較復(fù)雜，施工中對(duì)時(shí)間和溫度要求嚴(yán)格，有一定的施工難度大；價(jià)格較高。一般用于鋼橋面鋪裝。五、常用的橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)4、環(huán)氧瀝青+AC或SMA組合結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高，高溫時(shí)抗塑流和永久變形能力很強(qiáng)，低溫抗裂性能很好；具有極好的抗疲勞性能和抵抗化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力，表面功能較好。缺點(diǎn)：環(huán)氧瀝青混合料的配制工藝比較復(fù)雜，施工中對(duì)時(shí)間和溫度要求嚴(yán)格，有一定的施工難度，但對(duì)于一般瀝青施工單位略加培訓(xùn)即可；價(jià)格大大低于雙層環(huán)氧瀝青（由于環(huán)氧層強(qiáng)度較高，一般厚度可以采用低限）五、常用的橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)

澆筑式瀝青混合料和環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝有各自的特點(diǎn)，要想充分發(fā)揮其功能和優(yōu)良性能，必須認(rèn)真做好施工。1、澆筑式瀝青混合料①施工工藝六、特種橋面鋪裝施工技術(shù)準(zhǔn)備工作防水粘結(jié)層涂敷澆筑式瀝青混合料攤鋪拌和、運(yùn)輸溫度保持鋪裝層修整碎石灑布降溫養(yǎng)生上面層施工開放交通五、橋面鋪裝施工技術(shù)②施工要點(diǎn)橋面清潔防水粘結(jié)層涂敷施工前應(yīng)保持橋面清潔、干燥；同時(shí)，準(zhǔn)確確定軌道的高度。1、澆筑式瀝青混合料五、橋面鋪裝施工技術(shù)②施工要點(diǎn)拌和過程專用運(yùn)輸設(shè)備1、澆筑式瀝青混合料拌和、運(yùn)輸過程中應(yīng)確保混合料溫度控制在220~250℃之間。五、橋面鋪裝施工技術(shù)②施工要點(diǎn)攤鋪機(jī)下料攤鋪過程1、澆筑式瀝青混合料采用專用攤鋪設(shè)備，攤鋪前需預(yù)熱至160~200℃；攤鋪時(shí)需設(shè)置邊側(cè)限制；五、橋面鋪裝施工技術(shù)②施工要點(diǎn)人工修整碎石灑布1、澆筑式瀝青混合料五、橋面鋪裝施工技術(shù)②施工要點(diǎn)人工滾壓碎石澆注式瀝青混凝土成型路面碎石碾壓可采取人工滾壓和小型鋼輪碾壓兩種形式。1、澆筑式瀝青混合料2、環(huán)氧瀝青混合料①施工工藝流程五、橋面鋪裝施工技術(shù)環(huán)氧瀝青粘度增長(zhǎng)規(guī)律粘度隨時(shí)間增長(zhǎng)，不同施工工序?qū)?yīng)相應(yīng)的時(shí)間、粘度。五、橋面鋪裝施工技術(shù)②施工要點(diǎn)2、環(huán)氧瀝青混合料攤鋪時(shí)間范圍

粘度200-1000mPa·s拌和時(shí)間范圍

粘度小于200mPa·s混合料施工（拌和·運(yùn)輸·攤鋪）通過室內(nèi)試驗(yàn)確定“容留時(shí)間與溫度關(guān)系”，施工中嚴(yán)格控制、記錄各環(huán)節(jié)時(shí)間和溫度，確保在環(huán)氧瀝青容留時(shí)間內(nèi)完成施工?；旌狭系哪雺骸扇§o壓方式。養(yǎng)護(hù)—進(jìn)行留樣馬歇爾試驗(yàn)，確定養(yǎng)護(hù)的時(shí)間。施工溫度（℃）105110115120125備注容留時(shí)間（min）攤鋪6357514438粘度200-1000mPa·s碾壓7869615244粘度1000-2000mPa·s極限粘度3000mPa·s五、橋面鋪裝施工技術(shù)②施工