钢桥面铺装组合结构性能与适用性分析

曾成福 颜华平

（1.江西省交通工程集团有限公司，江西 南昌 330000；2.江西省交通投资集团南昌北管理中心，江西 南昌 330000）

0 引言

桥面铺装质量直接影响行车的舒适性和安全性，经过长期研究和试验，世界各地已成功应用了大量的钢结构桥梁铺装。但是，钢桥面上仍存在较为严重的路面结构病害。目前，关于钢桥面铺装技术仍存在一定争议，并没有形成统一标准。桥面铺装层直接作用于各向异性钢桥面，具有复杂的应力和应变状态，在外部环境、超载等作用下容易发生损坏。几乎所有的钢桥面铺装层都会出现推移病害和车辙病害。目前，国内外尚没有完全解决的方法。针对这一问题，除了引进国外先进设计技术，研究开发优秀的新型铺装材料外，还必须分析钢桥面铺装结构的性能。

目前，国内外钢桥面主要采用五种铺装材料，即浇注式沥青混凝土混合料（GA）、SMA沥青混合料、SMA改性沥青混合料、环氧沥青混合料（EA）和树脂沥青组合体系。主要采用的3种典型铺装结构是，同类材料单层铺装（同质单层）、同一种材料双层铺装（同质双层）和不同材料双层铺装（异质双层）。相关研究表明，由于气候条件和交通条件的原因，单层桥面铺装结构并不适用于我国。例如,采用单层GA路面结构的江阴长江大桥出现了严重的横向、纵向裂缝，块状裂缝，以及推移和车辙等早期破坏。因此，本文选择3种常用的钢桥面铺装材料（SMA、GA、EA），分析其同质双层和异质双层的不同组合结构性能。

1 试验材料

目前，钢桥面铺装主要由不同铺装功能的双层结构组合形成。作为表面层的功能，上面层应具有良好的路面性能，需要能够满足抗裂性和抗渗性。下面层应具有良好的抗水损性和抗荷载功能。

高性能聚合物改性沥青具有较长的疲劳寿命和较低的开裂温度。在大跨径钢桥面铺装中，保护层采用浇注式沥青混合料时，表面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多座大跨径钢桥上的应用面积超300万平方米。环氧沥青混凝土具有强度大、耐高温、黏结能力强等优点，作为钢桥面铺装的下面层，不仅能够承受较大的荷载作用，且与钢桥结构黏结牢固，表现出良好的路用性能。

因此，本文分析了3 种典型铺装结构，分别为“SMA-10+SMA-13”“GA-10+SMA-13”和“EA-10+SMA-13”。各结构层采用相同的4cm厚度。

2 路用性能研究

2.1 高温抗车辙试验

在60℃和70℃条件下，分别测试3种铺装结构的动稳定度和车辙深度，车辙试件成型按铺装下层—黏结层—铺装上层的顺序开展。对于浇注式沥青混凝土则采用自流平方式成型，对于环氧沥青混凝土则采用轮碾成型。试验结果如表1所示。

从试验结果可以看出，高温抗车辙性能从高到低为：“EA-10+SMA-13”“SMA-10+SMA-13”“GA-10+SMA-13。60℃下的动稳定度均大于4000次/mm，车辙深度均小于1.2mm。当试验温度提高到70℃时，只有“GA-10+SMA-13”组合结构动稳定度低于2800次/mm，另外两种组合结构动稳定度仍大于4000次/mm，车辙深度均小于1.5mm。这表明3种铺装结构组合方案均具有良好的耐高温性能，但是，在钢桥面上采用“GA-10+SMA-13”铺装结构时，须注意其在高温条件下的稳定性。

2.2 疲劳试验

对3种铺装结构开展疲劳试验，成型的试验板尺寸为700mm×200mm×98mm。试验中，将试件放在直径为50mm，间距为300mm的3个钢制滚柱支座上，借助伺服液压油缸施加正弦波荷载，通过四脚施力架将加载力直接导向钢板。疲劳试验参数如表3所示。

表2 疲劳试验参数

表3 疲劳试验结果

从试验结果可以看出，抗疲劳性能从高到低为：“EA-10+SMA-13”“GA-10+SMA-13”“SMA-10+SMA-13”。3种铺装结构的疲劳寿命均随着应变水平的增加而降低，疲劳寿命变化趋势是相同的。在500应变水平条件下，3种铺装结构的疲劳寿命均达到了80万次以上，其中EA-10+SMA-13铺装结构疲劳寿命可达100万次。因此，在钢桥面上采用3种铺装结构均具有较好的疲劳耐久性。

2.3 其他路面性能分析

通过室内试验及对大量文献的阅读研究，分析比较了3种铺装结构的其他路面性能，研究结果如表4所示。

从表4可以看出，3种铺装结构的抗裂性能均表现一般；水稳定性EA-10+SMA-13和SMA-10+SMA-13结构较好；EA-10+SMA-13和GA-10+SMA-13结构抗老化性能和耐久性均较好；因为3种铺装结构的表面层均为SMA-13，所以，它们在抗滑性能和交通噪声方面均表现较好。

表4 其他路面性能比较分析

3 适用性分析

通过对路用性能的分析，建议根据交通荷载情况选择不同的桥面铺装结构进行组合。不同铺装结构的适用条件如表5所示。

表5 铺装结构适用条件

EA-10+SMA-13结构因其具有优异的抗车辙性能和耐久性，推荐用于特重交通等级钢桥面。尽管GA-10+SMA-13结构整体有一定的抗车辙性能，但是GA缺乏高温稳定性，易形成车辙，这种结构在重载交通路段可考虑使用。因为EA和GA施工难度较大，且成本较高，轻交通路段不建议考虑这两种材料，考虑到经济性，推荐使用SMA-10+SMA-13结构。

4 结束语

EA-10+SMA-13铺装结构具有抗车辙性能好、耐久性好及耐低温开裂的优势，但造价高、施工难、维护时间长；由于GA空隙率低，GA-10+SMA-13铺装结构具有防水、防腐、抗老化等优点，同时具有优异的抗滑、耐久性能；SMA-10+SMA-13铺装结构具有技术可靠、经济和施工优势，非常适用于钢结构桥梁铺装；EA-10+SMA-13铺装结构推荐用于非常繁忙的交通，中、重交通路段可以考虑采用GA-10+SMA-13铺装结构，轻交通情况下建议使用SMA-10+SMA-13铺装结构。