钢桥面浇注式铺装组合结构性能对比研究

2023-01-28席贵东李春扬杨国港

四川水泥 2023年1期

席贵东李春扬杨国港

（1.重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 400067；2.四川华腾公路试验检测有限责任公司，成都 610000）

0 引言

浇注式沥青混合料（Gussasphalt，简称GA）具有沥青含量高、结构密实（空隙率接近零）、随从变形能力优、抗疲劳开裂性能优等特点，能较好地适应正交异性桥面板的结构特性，同时可起到防水、保护桥梁结构的作用[1-2]。在大跨径钢桥面铺装中，保护层采用浇注式沥青混合料时，磨耗层通常采用高弹改性沥青SMA，该组合结构在港珠澳大桥、武汉杨泗港大桥等120多座大跨径钢桥上应用面积超300万m2，可以说浇注式铺装方案是国内钢桥面铺装工程中应用最为广泛和成功的一种铺装方案[1-4]。

目前，国内外学者开展浇注式铺装组合结构性能研究时，通常基于固定材料类型、固定磨耗层及保护层厚度开展相关研究，或与EA+EA、EA+SMA、ERS等进行对比研究[5-10]。在开展钢桥面铺装设计时，上述研究对钢桥面铺装方案比选具有一定的参考意义。然而，在钢桥面铺装预留总厚度确定的前提下，保护层GA和磨耗层SMA厚度分别设置多少更优，磨耗层采用SMA10更优或是SMA13更优，是当前行业关注的重点之一。本文针对3.5cmGA10+3.5cmSMA10和3.0cmGA10+4.0cmSMA13两种铺装方案，开展组合结构性能对比研究，可为钢桥面浇注式铺装设计提供参考。

1 钢桥面系刚度分析

以浙江温州某桥的桥面系结构参数为例，对正交异性钢桥面铺装体系刚度进行验算，验算结果见表1。

从表1可以看出，相对3.5cmGA10+3.5cmSMA10而言，3.0cmGA10+4.0cmSMA13纵向加劲肋间相对挠度Δ略小、最小曲率半径R略大，表明其刚度更优，更适合交通量大、货车比例高的交通环境。

表1 刚度验算结果

2 组合结构界面联结性能研究

国内外研究表明，GA+SMA组合结构界面联结薄弱点在防水体系和保护层GA之间[1,11]。为评价3.5cmGA10+3.5cmSMA10和3.0cmGA10+4.0cmSMA13的界面联结性能及铺装结构整体性，利用成型钢板+MMA防水体系+3.0cmGA10的组合结构试件，试验温度为25℃，试验结果如表2所示；测试MMA防水体系与保护层GA之间的黏结强度和剪切强度，如图1所示。

图1 组合结构黏结强度及抗剪强度试验

表2 组合结构黏结强度及抗剪强度试验结果

3 组合结构高温稳定性研究

按3.5cmGA10+3.5cmSMA10、3.0cmGA10+4.0cmSMA13铺装方案成型组合结构进行车辙试验，动稳定度试验条件为70℃、0.707MPa，高温稳定性试验结果见表3，试验现场如图2所示。从表3可以看出，3.0cmGA10+4.0cmSMA13方案的抗车辙变形性能更优，70℃动稳定度达3000次/mm，在高温、重载服役条件下更具有优势。

表3 组合结构高温稳定性试验结果

图2 组合结构高温车辙试验

4 组合结构疲劳性能研究

采用钢板+MMA防水体系+3.5cmGA10+3.5cmSMA10、钢板+MMA防水体系+3.0cmGA10+4.0cmSMA13结构参数成型五点加载复合梁。疲劳试验温度为20℃，加载波形为正弦波，加载频率为10Hz，最大荷载为16.5kN，最小荷载为2.47kN，试验过程现场如图3所示，试验结果如表4、图4所示。

图3 组合结构疲劳试件成型与测试

表4 组合结构疲劳试验结果

图4 组合结构疲劳曲线

从表4、图4可以看出，两种组合结构的五点加载复合梁疲劳寿命均满足《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》（JTG/T 3364-02-2019）中极重、特重交通技术指标不低于120万次的要求。其中，3.0cmGA10+4.0cmSMA13试件加载至达到开裂破坏条件时疲劳次数为265.7万次，超过规范要求的2.2倍，表明该组合结构的疲劳性能十分优异，具有较好的应用价值。

5 组合结构抗滑性能研究

3.5cmGA10+3.5cmSMA10和3.0cmGA10+4.0cmSMA13铺装方案的抗滑性能由磨耗层决定，试验室碾压成型的SMA，其表观构造往往与现场机械碾压的存在一定差异。为了更贴切实际，选取湖北武汉某大跨径钢桥（GA10+SMA10）与重庆万州某大跨径钢桥（GA10+SMA13）工后构造深度检测（见图5）数据进行对比，结果如表5所示。