静音抗滑磨耗层在某长江大桥桥面铺装养护工程中的应用

申 林，王志祥，伍 宇，李善强

(1.四川省交通建设集团股份有限公司，成都 610072；2.广东交科技术研发有限公司，广州 510550)

0 引言

某长江大桥是主桥上部结构为184m+460m+184m的双塔PC梁斜拉桥，于2008年4月建成通车，是该地区现阶段交通运输的主要通道。该桥梁原铺装采用水泥混凝土，经过多年的使用，桥面出现开裂、坑洞、坑槽及局部凹陷等病害，路面整体抗滑性能不足，行车噪音大，平整度较差，行驶舒适性下降，迫切需要维修养护，以提升路面行驶的安全性能，减轻对沿线居民的交通噪音影响，改善其行车舒适性。

相对于水泥混凝土铺装，桥面采用沥青混凝土铺装结构具有抗滑耐久性好、行车舒适性优、维修养护可操作性强以及全寿命周期养护成本低等优势，因此，水泥混凝土桥面铺装“白改黑”或“白加黑”养护设计是目前的主要发展趋势。基于桥面铺装的实际状况，结合交通量、沿线气候、材料等条件，对该长江大桥桥面铺装进行适宜的养护设计，不仅可提升其使用的舒适性、耐久性，同时也具有良好的经济效益和社会效益。

1 桥面铺装改造设计

1.1 设计原则

结合该工程的实际需求以及交通量、沿线气候、材料应用等条件，桥面铺装改造设计时需满足以下原则：

(1)在确保桥梁结构受力安全的前提下，尽量采用增加恒载小的超薄磨耗层罩面黑化。

(2)提升路面的耐久性、行车舒适性、降低路面行车噪音。

(3)选择安全可靠、经济合理、方便施工、利于养护的结构方案。

(4)积极稳妥地采用安全可靠的新技术、新工艺、新材料。

(5)彻底处治原桥面铺装层病害，确保超薄磨耗层罩面的使用耐久性能。

1.2 方案比选

基于改善路面行车安全、减少行车噪音、尽量减少增加恒载以及兼顾适当提高行车舒适性的考虑，本工程拟采用薄层罩面方案设计，其优缺点、成本以及使用年限见表1。

表1 桥面铺装改造设计方案

通过经济技术综合分析，方案一和方案二恒载增加较多，考虑本桥已通车营运13年，在确保桥梁结构安全性的前提下，为尽可能地提高行车舒适性、降低行车噪音、提升抗滑性能，主桥桥面铺装结构推荐基本不增加恒载的方案三，即：2.0cm超薄磨耗层+专用粘层油+病害处治合格的原水泥混凝土桥面(精铣刨1.5cm)。

2 静音抗滑磨耗层混合料级配设计及性能

2.1 混合料级配设计

基于抗滑提升及降低噪音的考虑，沥青混合料宜设计丰富的正、负表面纹理结构，增加路面与轮胎之间的附着力，同时增加反射声波反射及透射频率，消散噪音能量，缓解“泵吸噪声”。基于厚度要求及表面平整舒适性能的考虑，宜采用最大公称粒径为9.5mm的细粒式沥青混合料。基于混合料的耐久性、抗滑性能考虑，沥青混合料的空隙率不宜过大，宜控制在10%～18%，同时采用高粘高弹改性沥青增加混合料的粘结，确保其优良的抗老化、抗疲劳性能。

基于此，在静音抗滑磨耗层混合料设计时采用5～10mm、3～5mm坚硬耐磨的玄武岩粗集料，其性能指标满足规范要求。采用高粘高弹改性沥青，技术指标见表2，其较高的软化点、延度，确保了混合料的高温、低温性能，其优良的粘弹性能(60℃动力粘度大于68万Pa·s，25℃弹性恢复为98%)，确保了优异的抗老化、抗疲劳性能以及阻尼降噪性能。此外，135℃运动粘度小于3.0Pa·s，确保了混合料具有较好的施工和易性。混合料采用增强型骨架结构，确保沥青混合料抗高温变形。采用马歇尔设计方法对沥青混合料的配合比进行设计，级配曲线如图1所示；在160℃～170℃温度下成型试件，测试的体积指标见表3。

表2 高粘高弹改性沥青技术指标

图1 沥青混合料级配曲线

表3 沥青混合料体积指标

2.2 混合料性能分析

按照规范要求成型试件，并对比GAC-16(PG76改性沥青)、SMA-13(PG82改性沥青)、某抗滑磨耗层，分析静音抗滑磨耗层混合料的抗滑性能、降噪效果和高、低温性能以及疲劳性能。

2.2.1 抗滑及耐久性能

基于室内加速加载试验对试件的抗滑性能进行分析，加载荷载为0.7MPa，加载速度为8 000次/h,如图2所示。不同加载次数后测试其摆值，测试结果如图3所示。随着加载次数的增加，不同类型的磨耗层的抗滑性能出现不同的衰减；GAC-16沥青表层的初始抗滑性能最优，但衰减速度很快，加载500万次后摆值已降至45BPN左右；相比于SMA-13抗滑表层、某抗滑磨耗层，静音抗滑磨耗层初始摆值在65BPN左右，加载500万次后摆值降至60BPN左右，这说明静音抗滑磨耗层具有更好的初始抗滑及抗滑耐久性能。

图2 加速加载设备

图3 不同加载次数下抗滑性能衰变

2.2.2 温度敏感性

基于车辙试验评价高粘高弹改性沥青混合料的高温稳定性，试验结果如图4所示。从测试结果来看：60℃的车辙动稳定度为11 500次/mm，70℃的车辙动稳定大于5 500次/mm，高掺量、高粘弹改性沥青以及增强型骨架结构设计确保了混合料的抗永久变形能力；抗高温性能优于GAC-16(PG76改性沥青)、SMA-13(PG82改性沥青)、某抗滑磨耗层。

图4 不同加载次数下高温试验结果

基于小梁弯曲试验分析沥青混合料的低温稳定性。试验温度选择10℃，加载速率50mm/min，试验结果如图5所示。从测试结果看：静音抗滑磨耗层、GAC-16(PG76改性沥青)、SMA-13(PG82改性沥青)、某抗滑磨耗层混合料的低温弯曲应变均大于2 500με，低温抗裂性能较优。

图5 不同加载次数下低温试验结果

2.2.3 水稳定性

基于浸水马歇尔试验分析沥青混合料的抗水损坏性能，试验结果如图6所示。从测试结果看：残留稳定度达到98.4%，表明沥青混合料性能稳定，抵抗水损坏能力较强。

图6 残留稳定度试验结果

2.2.4 抗疲劳性能

基于四点弯曲疲劳试验分析沥青混合料的抗疲劳性能，试验结果如图7所示。从测试结果看：700με微应变下，静音抗滑磨耗层的疲劳寿命达到100万次，相比于GAC-16(PG76改性沥青)、SMA-13(PG82改性沥青)、某抗滑磨耗层分别提高115%、30%、24%，说明静音抗滑磨耗层抗疲劳破坏的性能较好，主要来自于高粘高弹沥青的强粘结性能以及良好的级配设计。

图7 疲劳试验结果

3 试验段铺筑及工后效果

3.1 原路面处治

超薄磨耗层主要应用于预防性养护和非结构性损坏的养护，并不能作为结构补强层。路面病害必须彻底处治，对纵横接缝及剥落的填缝料用聚氨酯填缝料修复；对局部啃边、碎裂，采用环氧砂浆进行修补；对破碎板及板角断裂等病害，挖除后采用快硬混凝土修补；对裂缝采用环氧树脂灌缝；对板底脱空采用环氧浆液注浆处理。

为保证原混凝土板表面粗糙及平整度，消除原混凝土板块错台，对原混凝土板精铣刨1.5cm(精铣刨应分2层进行铣刨，第一层铣刨1cm)，如图8所示。精铣刨施工前应检测钢筋网保护层厚度，确保铣刨施工不出露钢筋网。具体要求：

图8 精铣刨施工作业

(1)实施铣刨作业时，应根据原路面的平整度、错台情况适当调整铣刨深度。

(2)为达到较均匀的铣刨纹理，相邻两个刀具的垂直投影刀尖距宜采用6mm或8mm，同时每一个铣刨圆截面有180°对称分布的两个刀头的铣刨鼓，刀头数量不少于600个。

(3)铣刨的纹理深度及精细程度不仅取决于铣刨鼓的刀尖距，还与铣刨时的铣刨速度密切相关，铣刨速度不得大于8m/min。

(4)铣刨后路面纵向及横向平整度控制要求：±3mm(3 m直尺)；铣刨后路面抗滑表面构造深度控制要求：0.8～1.2mm(铺砂法)。

(5)最后采用真空吸尘器将表面的浮灰吹干净，确保铣刨裸露面洁净、干燥、稳定，如图9所示。

图9 精铣刨工后效果

3.2 施工控制

3.2.1 粘层油的洒布

静音抗滑磨耗层的粘层油采用专用的高粘改性乳化沥青，采用同步喷洒工艺。将乳化沥青加热到60℃～70℃时，乳化沥青能够均匀喷出，且不堵塞喷头。当洒布量为0.6kg/m2时，喷洒出的乳化沥青未能有效覆盖构造深度为0.8～1.2mm的水泥混凝土基面；洒布量调整为0.9kg/m2时，粘层油洒布均匀，能有效覆盖基面构造，不流淌，如图10和图11所示。考虑到乳化沥青在覆盖沥青混合料后，破乳速度变慢，粘层油洒布宜按0.9 kg/m2控制。

图10 洒布量0.6kg/m2的效果

图11 洒布量0.9kg/m2的效果

3.2.2 混合料生产、运输

混合料生产采用德基4000型间歇式沥青混合料搅拌设备。沥青混合料热料为三档碎石，分别为：5～8mm、3～5mm和0～3mm机制砂。混合料拌合温度为175℃～185℃，拌合时间60s。生产出来的混合料色泽光亮，搅拌均匀，无纤维成团及混合料花白现象，混合料搅拌效果良好。

3.2.3 混合料摊铺、压实

摊铺机行走速度要与压路机碾压速度相协调，以保证沥青路面压实度、平整度及摊铺均匀性的要求。面层厚度为2.0cm，摊铺速度不宜过快或过慢，根据现场路面的实际摊铺效果，控制摊铺速度为4～5m/min，既满足路面质量控制指标要求，又可以防止出现拉料产生路面离析，保持良好的路面施工效果。

松铺系数为1.22～1.25。碾压时初压采用13t双钢轮前静后振1遍，速度4～5m/min，前进方向静压对松散混合料的骨料进行了重新排列以及初步压实，后退振动使混合料内部的粗集料相互挤压，形成稳定的骨架结构。复压采用13t钢轮压路机静压2遍，速度4～5m/min。终压采用13t双钢轮收光1遍，速度5～6m/min。路面整体摊铺、碾压效果良好。

工后路面的均匀性良好，无严重的粗、细集料离析现象，混合料的骨架性良好，粗集料嵌挤较紧密，形成了有效的骨架-空隙结构，提高了路面的高温稳定性和耐久性能(图12)。

图12 工后路面效果

3.3 工后检测及评价

经检测，横向力系数SFC达到67，抗滑性能优良，提升了路面使用安全性能；路面噪音较原路面降低了3～7分贝，降噪性能良好，减少了噪音对周边小区居民的影响；渗水系数大于3 000ml/min，路面的排水功能良好，雨水能从路面空隙中迅速流出路面，提高了行车的安全性；路面平整度较好，国际平整度指数IRI达0.85m/km，有效地提高了路面行车的舒适性；整体功能较好，使用性能优良。

4 结论

依托某长江大桥桥面加铺处治工程，对桥面铺装加铺设计、静音抗滑磨耗层混合料级配设计及性能、施工关键技术与工艺进行研究分析，得到如下结论：

(1)基于实际需求以及交通量、沿线气候、材料应用等实际条件的加铺处治方案合理，实施性较好。

(2)静音抗滑磨耗层沥青混合料抗滑性能优良且耐久，高温、低温、水稳定性优异，疲劳性能优良。

(3)静音抗滑磨耗层施工工艺较简单，混合料抗离析，碾压后路面表观均匀，路面平整舒适。

(4)静音抗滑磨耗层应用于桥面加铺处治工程，能有效改善行车安全性及舒适性，不仅抗滑性能优良、降噪效果显著，排水效果也较好，具有良好的社会效益和经济效益。