特种桥面铺装设计与施工技术

特种桥面铺装设计与施工技术东南大学2014年3月一、特种桥面铺装定义二、桥面铺装普遍存在问题分析三、特种桥面铺装要求四、特种桥面铺装设计方法五、常用的特种桥面铺装结构六、特种桥面铺装施工技术主要内容（1）普通桥面铺装

范围：一般混凝土桥梁的铺装

材料：普通沥青与改性沥青。混合料类型：沥青混凝土（AC、SMA等）铺装设计：与路面结构基本相同施工技术：与路面结构基本相同

一、特种桥面铺装定义（2）特种桥面铺装

范围：钢桥面铺装

特殊路段混凝土桥梁（长大纵坡）

特殊地区混凝土桥梁（沿海）

城市桥梁

材料：特种改性沥青与级配（环氧沥青、湖沥青、高粘沥青等）混合料类型：专用级配

铺装设计：特助设计

施工技术：需要专用设备、专业施工队伍一、特种桥面铺装定义

在桥梁设计过程中，桥梁设计人员注重桥梁的结构设计，而桥面铺装不参与受力分析计算；路面设计人员根据交通量和路面结构类型进行路面设计；桥面铺装便成为设计阶段的空白，未进行专门设计；其结构及厚度沿用路面面层结构。

从而导致桥面铺装先天存在如下问题：1.没有将铺装结构、基面结构、材料的物理力学性能纳入设计体系中，铺装结构及厚度的确定具有随意性（桥梁铺装层厚度确定仅源于桥梁恒重）2.防水层材料及厚度设置沿用路面结构，与铺装层不匹配，起不到与铺装层之间的联接和防水作用。二、桥面铺装普遍存在问题分析

除了设计阶段带来的诸多问题之外，还涉及到施工、材料、气候、交通条件等方面，尤其是在铺装层材料、粘结层及防水层材料的选择。沥青砼桥面铺装还存在如下问题：1.水引起的早期损坏2.温度条件所引起的损坏3.沥青混凝土铺装层结构受力所引起的损坏4.交通荷载超重所引起的损坏5.粘结层材料性能差，导致层间结合不良二、桥面铺装普遍存在问题分析由于沥青的粘附性差，空隙率过大或铺装层开裂导致水分渗入。水渗入到沥青面层内部和桥面板与铺装层的界面之间，在行车荷载及温度变化下产生水损害，从而出现唧浆、网裂、剥落、松散、坑洞等现象。另一方面由于界面之间存在水压力，降低了界面之间的联结强度，造成沥青层脱落、起皮等现象，使铺装层失去强度和防水能力。1.水引起的早期损坏

桥面结构直接承受气候条件的影响，同正常路面结构相比，铺装层材料夏季温度更高，冬季温度更低。即：相同的气候条件对铺装结构材料的要求更苛刻。因此，在普通路面中使用良好的材料，用在铺装结构中往往会由于温度产生损坏。同时由于桥面板或梁结构产生过大挠度也易引起铺装层开裂，水渗入后易造成面层松散和坑槽破坏。2.温度条件所引起的损坏

沥青混凝土桥面铺装层同桥梁结构在材料性能上差异较大，即一柔一刚，因此在外力作用下会导致应力与变形的不连续。在刚度大得多的桥梁结构上，柔性铺装层必须具有足够的强度和稳定性，尤其是抗剪强度更为重要。铺装层内部容易产生较大的剪应力，引起不确定破坏面的剪切变形，或者由于铺装层与桥面板层间粘结力差，抗水平剪切能力较弱，在水平方向上产生相对位移以致剪切破坏，产生车辙、推移、拥包、波浪等病害。3.沥青混凝土铺装层结构受力所引起的损坏

车辆超载造成桥面铺装层结构应力增大，加剧结构的损坏。目前车辆超载严重，轴载高达200～300kN，而路面设计标准轴载为100kN，超载是桥面严重损坏的一个重要方面。因此，一方面应严格限制大型超载车上桥，另一方面要提高铺装层材料的性能等级与设计标准。4.交通荷载超重所引起的损坏在桥梁结构与柔性铺装层之间的粘结层，对桥面铺装结构起着至关重要的作用。这一层次应能起到承上启下的过渡作用，同时还应能防水。但一些研究表明，许多的损坏是由这一层诱发的，其原因是通常采用普通沥青作为粘层油，软化点较低，高温条件下易产生推移、拥包、波浪和车辙，由于沥青洒布量难以控制，更加剧了界面剪切损坏。5.粘结层材料性能差，导致层间结合不良良好的抗裂性和适应变形的能力优良的高温稳定性能良好的层间结合能力与桥面板之间保持良好的追从性完善的防排水系统良好的平整性和抗滑性合理的铺装厚度三、特种桥面铺装要求

在车轮荷载作用下，某些结构铺装层内产生较大的拉应力，反复作用容易导致铺装层的疲劳开裂；连续梁桥桥墩处出现的负弯矩在铺装层产生较大的拉应力，从而引起铺装结构层开裂；大跨度桥梁结构变形较大，因此要求桥面铺装具有优良的柔韧性和适应变形的能力，以避免铺装层早期疲劳开裂和较低温度时的收缩开裂。1、良好的抗裂性和适应变形的能力

桥面在夏季高温季节，太阳辐射大，沥青铺装层从上到下温度都较高，远远高于沥青路面的温度，而因桥面板与铺装层之间模量存在较大差异，在载重汽车及车辆超载的情况作用下，铺装层与桥面板之间的剪切作用更为显著。因热稳定性和高温抗剪能力差而导致的铺装产生车辙、推挤、拥包等现象较为普遍。因此，要求桥面铺装必须具有较好的高温稳定性和抗剪能力。2、优良高温稳定性能

在桥面与防水层之间、防水层与沥青铺装层之间都必须具有良好的粘结力，使各层能够形成牢固的整体，才能保证在荷载作用或温度变化时共同受力。与桥面板粘结牢固是铺装层与桥面板保持良好变形随从性的必要条件。为提高铺装层与桥面板之间的粘结力，一方面应尽可能选择粘结能力强且高温稳定性、抗剪能力好的粘结材料，另外还可以尽可能提高铺装下层的密实度。3、良好的层间结合能力

足够的强度与刚度以及良好的变形随从性是桥面铺装首先应该具备的性能之一。桥面板本身的变形、位移、振动比较大，尤其是大跨径钢桥。其梁体变形大，且变形复杂，对桥面板的变形随从性不好，将可能产生两种类型的破坏：其一为铺装层与桥面板之间的相互错动的剪切破坏，该现象主要存在于粘结层中；其二则为铺装层的弯曲破坏。而铺装层的强度与刚度较差则使轮迹带的混合料产生挤压损坏的可能性增加。4、与桥面板之间保持良好的追从性

保护桥面及内部结构不被腐蚀，是保证桥梁功能的首要问题。因此桥面的铺装体系不仅本身要具备高度的密水性和抗水损坏能力，而且还要具有完善的防水、排水系统。5、完善的防排水系统铺装表面应具有良好的平整性和抗滑性，以减少车辆的冲击和提高铺装的抗滑能力，增加行车舒适性。6、良好的平整性和抗滑性

铺装层厚度的选择应综合考虑层间剪应力、防水层保护、平整度和施工工艺等因素；为减轻桥梁的恒载以及保证铺装层的变形随从性，铺装层的厚度不易太厚。而又为了使铺装层具有足够的强度与刚度，并且提高铺装层的荷载分散能力与抗疲劳能力，铺装层又不易太薄。在实际施工过程中，铺装层的厚度设计还要考虑到施工摊铺与压实的可能性。7、合理的铺装厚度设计步骤及流程四、特种桥面铺装设计方法1、分析桥面铺装的使用条件,包括气候与环境条件、交通条件和桥面铺装的受力状态。①根据气候和环境条件，选择与之相适应的铺装材料方案，再通过标准试验方法确定桥面铺装设计材料特性参数；②根据交通条件分析，以弹性力学理论为基础,应用通用有限元软件分析桥面铺装体系的受力特性,采用冲击系数反映动力荷载响应。为铺装结构分析与设计提供技术参数。③根据①、②的分析结论初步拟定桥面铺装结构。四、桥面铺装设计方法四、桥面铺装设计方法2、进行桥面铺装力学计算与分析，得出铺装层受力状态，以此作为桥面铺装设计依据。

3、分析桥面铺装可能出现的主要破坏类型,明确桥面不同沥青混合料铺装设计必须控制的主要破坏形式,提出桥面铺装结构设计指标体系。4、对初拟铺装结构进行桥面铺装结构设计指标体系的适应性与合理性进行验证。5、初拟的铺装结构方案满足结构设计指标体系要求，结构设计结束，否则，需从新进行结构拟定。四、桥面铺装设计方法

（1）混凝土类型

密级配沥青混凝土（AC）

沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）

浇筑式沥青混合料

环氧沥青混凝土

（2）结构形式

均一类型：双层均为同种材料（相同级配或不同级配）

组合类型：双层为不同材料五、特种桥面铺装典型结构1、双层SMA铺装结构优点：柔韧性、抗裂性、耐久性和防水性能优于密级配沥青混凝土；具有粗糙的表面构造，防滑性能好；没有特殊的施工要求，施工期短，费用较低；缺点：铺装层较厚（大于60mm），对集料要求高，耐久性及追从性较差。五、常用的桥面铺装典型结构2、双层浇注优点：柔韧性、抗裂性、耐久性和防水性能优于SMA，密水性能、耐久性及追从性好；缺点：特殊施工要求，施工期长，费用高。

最大问题是高温稳定性能不足、由于浇注施工温度较高需要特殊粘结层材料、施工高温对桥梁结构产生损伤未得到评估五、常用的桥面铺装典型结构3、浇注式+AC组合结构（或SMA结构）优点：优良的防水、抗老化性能、抗裂性和对桥面板的追从性，与桥面板之间的粘结性能好于一般沥青混合料。缺点：高温稳定性差（易形成车辙），施工需专用设备，对气候和桥面清洁度要求苛刻，施工期长。浇注的不足仍然存在。一般只适用于夏季温度不太高的国家和地区,而在热带和亚热带夏季气温高且持续时间长的地区，它们的适用性有很大的局限。五、常用的桥面铺装典型结构3、双层环氧沥青铺装结构优点：强度高，高温时抗塑流和抗永久变形能力很强，低温抗裂性能很好；具有极好的抗疲劳性能和抵抗化学物质侵蚀的能力。缺点：环氧沥青混合料的配制工艺比较复杂，施工中对时间和温度要求严格，有一定的施工难度大；价格较高。一般用于钢桥面铺装。五、常用的桥面铺装典型结构4、环氧沥青+AC或SMA组合结构优点：强度高，高温时抗塑流和永久变形能力很强，低温抗裂性能很好；具有极好的抗疲劳性能和抵抗化学物质侵蚀的能力，表面功能较好。缺点：环氧沥青混合料的配制工艺比较复杂，施工中对时间和温度要求严格，有一定的施工难度，但对于一般沥青施工单位略加培训即可；价格大大低于双层环氧沥青（由于环氧层强度较高，一般厚度可以采用低限）五、常用的桥面铺装典型结构

浇筑式沥青混合料和环氧沥青混凝土桥面铺装有各自的特点，要想充分发挥其功能和优良性能，必须认真做好施工。1、浇筑式沥青混合料①施工工艺六、特种桥面铺装施工技术准备工作防水粘结层涂敷浇筑式沥青混合料摊铺拌和、运输温度保持铺装层修整碎石洒布降温养生上面层施工开放交通五、桥面铺装施工技术②施工要点桥面清洁防水粘结层涂敷施工前应保持桥面清洁、干燥；同时，准确确定轨道的高度。1、浇筑式沥青混合料五、桥面铺装施工技术②施工要点拌和过程专用运输设备1、浇筑式沥青混合料拌和、运输过程中应确保混合料温度控制在220~250℃之间。五、桥面铺装施工技术②施工要点摊铺机下料摊铺过程1、浇筑式沥青混合料采用专用摊铺设备，摊铺前需预热至160~200℃；摊铺时需设置边侧限制；五、桥面铺装施工技术②施工要点人工修整碎石洒布1、浇筑式沥青混合料五、桥面铺装施工技术②施工要点人工滚压碎石浇注式沥青混凝土成型路面碎石碾压可采取人工滚压和小型钢轮碾压两种形式。1、浇筑式沥青混合料2、环氧沥青混合料①施工工艺流程五、桥面铺装施工技术环氧沥青粘度增长规律粘度随时间增长，不同施工工序对应相应的时间、粘度。五、桥面铺装施工技术②施工要点2、环氧沥青混合料摊铺时间范围

粘度200-1000mPa·s拌和时间范围

粘度小于200mPa·s混合料施工（拌和·运输·摊铺）通过室内试验确定“容留时间与温度关系”，施工中严格控制、记录各环节时间和温度，确保在环氧沥青容留时间内完成施工。混合料的碾压—采取静压方式。养护—进行留样马歇尔试验，确定养护的时间。施工温度（℃）105110115120125备注容留时间（min）摊铺6357514438粘度200-1000mPa·s碾压7869615244粘度1000-2000mPa·s极限粘度3000mPa·s五、桥面铺装施工技术②施工