大间隙率沥清混凝土混合料桥面铺装设计要点分析

余小江

（江西省交通设计研究院有限责任公司，江西 南昌 330000）

0 引言

大间隙率结构具有良好的渗透水效果，可有效避免雨天打滑、车辆溅水、起雾、高噪声等，对提高桥面雨天行车安全，具有显著作用。本文将以某工程为例，重点阐述大间隙率沥青混凝土混合料桥面铺装设计要点，旨在为同类桥面铺装设计应用提供技术参考。

1 工程概况

某桥梁工程长4 866.1m，为双向六车道桥面，载荷和安全级别为公路-Ⅰ级，设计速率120km/h。由于气候原因，该地区中小强度降水频率高，降水量大。为保障车辆行驶安全，该工程设计采用大间隙率沥青混合料桥面铺装体系，排水路面下面层采用密级配沥混凝土结构，上面层采用大间隙率沥青混凝土，上下面层间及桥面板与下面层间均配置防渗黏结层。

2 大间隙率沥青混合料桥面铺装设计

2.1 铺装层结构

铺装层为双层结构，上层采用厚度为4cm的PAC-13大间隙率高黏沥青混凝土，下层采用厚度为6cm的AC-20C SBS改性沥青，上下层间由改性乳化沥青构成黏结层，SBS改性沥青下层与桥面刨洗层间为同步碎石橡胶沥青防水黏结层。

2.2 铺装层材料

（1）沥青料

在大间隙率沥青混合料中，沥青的作用是黏聚骨料。桥面装铺过程中，由于受到大间隙率结构和渗透性能的影响，沥青混合料的触水面积相对大且接触水的时间相对较长，其黏聚性退化速度也相对较快。沥青黏聚力不足，导致混合料装铺桥面容易发生坑洼、车辙、松散等病害，所以在选择大间隙率沥青铺装材料时，需确保沥青黏聚功效符合技术要求。本案例设计所用高黏度变性沥青功效参数如表1所示。

表1 案例设计所用高黏度变性沥青功效参数

（2）粗骨料

粗骨料应满足强韧度和耐磨性技术要求，尽可能选用无风化、韧度强、表面粗糙清洁的骨料。在施工过程中扁平料和针片料易被压碎，会造成混合料级配不足，骨料黏聚力过弱。扁平料和针片料严重破碎所形成的细小粒料有可能堵塞混合料孔隙，一定程度地降低混合料孔隙率，从而影响大间隙率沥青混合料的排水除噪功能，所以应控制优质粗骨料、扁平料和针片料的比例。案例工程中大间隙率沥青混合料设计，采用公称粒度＞2.36mm、占比≥85%的PAC13玄武岩作为粗骨料。

（3）细骨料

采用无风化、坚硬、无杂质、洁净、干燥的细骨料材料。案例大间隙率沥青混合料设计，采用PAC13机制砂作为细骨料，其功效参数如表2所示。

表2 机制砂细骨料功效参数

（4）填充料

PAC13填充料选择石灰岩矿粉，其功效参数如表3所示。

表3 石灰岩矿粉填充料功效参数

2.3 混合料配比

大间隙率沥青桥面铺装的混合料级配设计要点。

（1）间隙率

大间隙率沥青混合料的排水功能与间隙率密切相关。为使路面具有良好的排水性能，需要维持足够大的间隙率。案例桥址区大部分年份降水量均在1 000mm以上，虽然属于多雨区，但强降水频率并不高，所以满足中雨及以下的排水需求，即可以满足85%以上的降雨排水要求。我国高速公路排水路面的目标间隙率一般设定为20%，结合这一标准，工程设计将沥青混合料目标间隙率设定为20%。

（2）级配

初始级配拟定为细、中、粗3种级配，2.36mm过筛率范围为10.5%～16.5%，具体拟定的3个等级如表4所示。

表4 初始级配参数对应表

取4.9%的初始沥青量，分别按3个级配成型试样，采用插值法得出20%间隙率对应的2.36mm过筛率是13.7%。由表4所示级配的有关数据可以看出，级配2可以满足20%目标间隙率的需求。

（3）沥青最佳用量

以级配2为例，先获得沥青初始用量，再按±1%和±0.5%备选，共获得5种沥青用量，据此分别对试件进行成型，然后开展析漏试验、飞散试验及马歇尔稳定性试验，明确沥青用量区间，最后参照马歇尔稳定性选择最优沥青用量。

3 桥面铺装防渗黏结层

防渗黏结层是桥面系统的重要组成部分，积水渗透过度会严重影响桥面板与铺装层间的黏结力，也可能导致桥梁钢筋锈蚀损坏。桥面大间隙率沥青混凝土铺装具有更严格的防渗黏结层功能和质量要求。

3.1 防渗黏结层功能要求

基于防渗黏结层功能要求，相关材料选择要求如下。

（1）力学功能好且稳定，尤其是高温环境下

由于防渗黏结层起到连接上下层的作用，所以材料必须有很强的黏结力，以适应面层应变，从而保证铺装层与桥面板不分离。桥面温度变化速率、幅度均比常规路面要快、要大，所以材料必须能够满足极不利温度条件，确保力学功能稳定的要求，同时还要保证是防渗透黏结材料，在短时间高温下，不流动、不脆化、不劣化，以利于工程施工操作。

（2）持久性好

在温度、氧气、水等因素作用下，防渗黏结层强度、韧性、弹塑性、黏结力等功效因结构老化易不断降低。若持久性不好，层间黏结力就会很快受到损害，从而缩短铺装层的正常使用周期。

（3）与其他材料相协调

防渗黏结层位于沥青混凝土和桥面板二者之间，需要起到上下结合的作用。防渗透黏结层也是应力吸收层，需要具有一定的形变适应能力，以抵御上下层间因相对移位而形成的内应力。

3.2 防渗黏结层功能实现

防渗黏结层结构设计不仅要结合黏结层厚度和力学指标，还要综合考虑材料性能。案例桥梁整体结构具有较强的柔性，桥面应变略高于传统桥型，因此需要防渗黏结层在延伸性、弹塑性、黏结强韧度等方面具有更好的性能。另外，桥面铺装层会更频繁和强烈地经历温度变化考验，桥梁铺装层的温度变化速率比普通路面层要快，这些特殊性对防渗黏结层材料设计选择提出更高需求。用于大间隙率沥青桥面铺装的防渗黏结层材料技术要求如表5所示。

表5 大间隙率沥青桥面铺装防渗黏结层技术要求

防渗黏结层材料主要有乳化SBS变性沥青、SBS变性热沥青、环氧灌封树脂、橡胶沥青和桥面防渗透涂料。桥面防渗透涂料的主要化学成分是阳离子氯丁橡胶乳化沥青。橡胶沥青应用70#基础沥青掺合橡胶粉制成，分别进行了几种材料的黏结强韧度试验、剪切试验、拉拔试验、防渗透功效试验、延展性试验和耐热试验。

对5种常见防渗黏结层材料的试验结果进行比较，重点考察黏结强韧度、拔拉强韧度和抗剪切强韧度3个技术指标。综合评价结果显示，环氧灌封树脂具有优异的功效，但其成本较高。橡胶沥青的技术指标满足应用需求，且施工操作比环氧灌封树脂简单，便于工程施工过程中的质量控制，因此案例工程选用橡胶沥青作为防渗黏结层材料。

4 结语

综上所述，本文以某工程为例，对大间隙率沥清混凝土混合料桥面铺装结构、材料、黏结层设计技术进行了研究。案例桥选用双层铺装系统，基于排水功能，上面层目标间隙率设定为20%；铺装的上层为PAC-13大间隙率高黏沥青混凝土（4cm），下层为AC-20C SBS改性沥青（6cm），上下层间由改性乳化沥青构成黏结层；桥面刨洗层与铺装下层间，采用橡胶沥青作为防渗黏结层材料，形成同步碎石橡胶沥青防水黏结层，厚度设计为1mm。实践证明，该桥面铺装所用技术有效，保障了桥面承载力、牢固性及排水功能。