SMA沥青混凝土铺装在某市政钢箱梁桥面上的应用研究.docx

SMA沥青混凝土铺装在某市政钢箱梁桥面上的应用研究

史剑丽

【摘要】SMA沥青混凝土面层在钢桥面铺装结构中的应用十分广泛，本文以某市政钢箱梁桥面铺装施工项目为研究案例，分析了SMA沥青混凝土铺装层的主要性能和施工工艺，拟为后续同类桥面铺装施工项目提供参考。
【关键词】SMA沥青混凝土;桥面铺装;面层特性;施工技术
U416.217
B
1671-3362（2020）08-0038-02
1.钢箱梁桥面铺装系概述
桥面铺装系是桥梁附属工程的重要组成部分，桥面铺装系直接决定了全桥的受力、传力性能，因此，在桥梁设计及施工过程中必须予以高度重视;重载、大交通量是目前国内道路交通运输的主要特点，加之钢箱梁结构的环境敏感性更高，在桥面铺装系设计及施工过程中必须区别于一般的道路。通过调查分析可知，国内钢箱梁桥铺装系设计实践中，常见的铺装体系有以下几种，即：双层SMA沥青混凝土铺装结构、浇筑式沥青混凝土与SMA沥青混凝土组合双层铺装结构及双层EA沥青混凝土铺装结构等，不同组合铺装结构形式各有优劣，适用于不同的行车工况、环境条件等，且随着服役年限的延长，均会出现不同程度和类型的病害。
钢箱梁桥面铺装结构不同，其道路路面结构层完全依附于可靠的路基结构层上，且道路路基的刚度、承载能力及荷载稳定性均明显优于桥梁结构，在路面传递荷载的作用下，其荷载变形值较小，不会对道路结构层产生过大的内应力;相反，桥梁铺装层则悬浮于正交异性钢板上，在车辆荷载和外界环境的综合影响下，桥梁内力响应复杂、多变，荷载作用下导致的挠曲、形变、扭转及振动等工况均会对桥面铺装产生影响，尤其是局部受拉负弯矩区域，对应路面极易出现开裂病害。此外，钢箱梁主材为钢板，钢板的导热系数明显高于土路基材料，一昼夜周期内的温度变化梯度明显大于土路基，与之相连的桥面铺装也会出现较大的温差效应，超出了普通道路材料的温度耐受范围。处于悬空状态的钢箱梁桥面铺装结构更容易受到风荷载、雨雪荷载等偶发荷载的影响，在偶发荷载与车辆荷载及自重荷载的耦合作用下，桥面铺装将面临更大的不确定性标[1]。
基于上述特点，必须制定针对性的施工方案;本文以某市政钢箱梁桥面铺装施工项目为研究背景，拟探讨SMA沥青混凝土铺装结构在钢箱梁铺装施工项目中的应用。
2.钢箱梁桥面SMA沥青混凝土铺装特性分析
以市政钢箱梁桥面铺装结构层为例，由于市政桥梁的交通量较大、疲劳荷载效应明显、桥面防排水设计等级高，在进行桥面铺装结构设计过程中必须兼顾好承载、抗渗等功能要求，其结构分层设计相对复杂，一般采用异质双层铺装结构。见图1。
2.1 铺装层间黏结性研究
在工程试验中，一般用抗剪强度反映桥面铺装层之间的黏结性，由于直剪试验难度较大，且试验过程不易控制，一般采用压力试验间接测定。选取与钢箱梁板同批次钢板，在钢板上均匀布设防腐层、抗渗黏结层及沥青混凝土层，在抗剪试验前，试验试件应先水浴4h～5h;将抗剪试验试件放置在专用试验架上，试验架倾斜角度可根据试验要求定制，本次抗剪试验倾斜角度设定为40°，采集抗剪试件出现剪切破坏瞬间的压力值，后经计算换算为剪切强度，为了避免因试验误差引起的试验数据离散问题，同批次试验试件数量不能少于5个，剔除其中的离散值外，剩余试验数据均值为最终试验值。图2为桥面铺装剪切试验图示。
为了测试不同外界环境条件下的桥面铺装结构抗剪性能，特选定几种试验温度条件进行试验，结果见表1。
分析表1试验数据可知，在不同试验环境温度条件下，桥面铺装结构层剪切破坏形式存在较大差异在冰点温度以下，铺装结构层稳定性较高，承载性能优异，在加载状态下，试件未见明显的剪切破坏;随着试验温度的增长，破坏逐步从沥青混凝土层与抗渗黏结层层间剪切破坏向沥青混凝土层内剪切破坏转变，剪切破坏面逐步向沥青混凝土面层移动，因此，在高温条件下，试验获取的层间抗剪强度指标几乎失真[2]。
2.2 铺装结构温稳性研究
由于桥面铺装材料需要具备较高的温度耐受性，尤其是在高温条件下需要具备较高的稳定性，以本项目中使用的SMA-13沥青混凝土面層作为研究对象，对其高温稳定性进行试验研究，高温稳定性试验需借助路面性能指标得以反馈和表征，本文特选定路面车辙深度作为判定标准（见表2）。
分析上述车辙试验数据可知，使用SMA-13型沥青混凝土层作为钢箱梁桥面铺装面层的温稳性良好，能满足极端天气条件下的服役要求。除了车辙试验外，为了明确不同环境温度条件下的承载性能，侧面表征路面层的温稳性，还需进行抗压试验，抗压试验试件为SMA-13沥青混凝土标准抗压试件[3]。见图3。
通过分析SMA-13沥青混凝土抗压试验结果可知，SMA-13沥青混凝土铺装面层的温度敏感性较高，具体表现在抗压强度上，在高温环境下的抗压强度不及常温条件的30%，因此，为了切实控制桥面铺装病害的劣化进程，必须严格控制桥面通行车辆载重值，尤其是在夏季高温条件下，以防止造成大面积的铺装层破损。（见图4）。
3.钢箱梁桥面SMA沥青混凝土铺装施工技术研究
SMA沥青混凝土铺装面层材料的质量主要取决于温度，尤其是在尚未压实成型之前，必须做好温控工作，表3为适用于SMA-13型沥青混凝土材料的相关温度标准。
材料运输过程中应做好保温和密闭工作，防止材料在运输过程中出现变质、离析病害;SMA沥青混凝土摊铺及压实作业环节与普通沥青混凝土施工基本一致，本文不再赘述，特别注意的是，压实机械选型应坚持“静振结合”的原则，初压实为静压实工况，终压实也通过静压“收面”，复合压实阶段应使用振荡压实机械强化压实度;横向施工缝均采用平缝，且平缝位置应避开荷载最不利位置和主梁伸缩缝位置，在施工现场条件允许的情况下，应尽量减少接缝数量，保证全桥铺装的整体性和完整性，横缝压实应使用钢轮压实机械沿横向推进，并辅助人工填料整平，保证铺装层表面的平整度指标满足设计及施工要求。
4.总结
综上，SMA沥青混凝土材料凭借较高的综合优势已经被大量应用在钢箱梁桥面铺装项目中，且后续使用情况反馈良好;在桥面铺装层施工过程中，首先应明确铺装层材料特性和工程可行性，并根据铺装层结构特性制定可行的施工方案;进一步优化材料级配，兼顾耐久性和环保性双重需求，革新施工技术措施，最大限度延长铺装服役年限。
参考文献
[1] 徐斌.清水河大桥钢桥面铺装技术及其工程应用研究[D].西安：长安大学，2018.
[2] 侍冬前，李国芬，王宏畅.复合浇注式沥青混合料铺装性能分析[J].中外公路，2013（2）：237-239.
[3] 田超.两江大桥钢桥面铺装层结构性能及施工控制研究[D].重庆：重庆交通大学，2017.
（作者单位：山西省公路局阳泉分局）

-全文完-