浅析高速公路桥面铺装设计
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅析高速公路桥面铺装设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：本文举出了实例，叙述河北省桥面铺装设计现状以及常见病害,并对设计原因造成的病害进行了分析。以此为基础提出了桥面铺装结构的选型。
Abstract: this article cited the example, the narrative deck pavement design in hebei province present situation as well as the common diseases, and the design of the disease causes are analyzed. Based on this proposed bridge deck pavement structure selection.
Keywords: highways; and Bridge deck pavement; design
1桥面铺装设计现状
现行设计规范规定当水泥混凝土桥上设置沥青混合料的桥面铺装时, 高速公路的沥青桥面铺装层厚度应为6 ～8 cm, 特殊情况可增至10 cm, 应采用双层式结构。目前河北省高速公路设计中实际采用
的桥面铺装结构型式有：双层式沥青砼铺装， 沥青层总厚度9 ～10 cm，采取4 +5 cm 或4 +6 cm 沥青混凝土。近来多采用4 +6 cm 的改性沥青混凝土。目前河北省高速公路的桥梁主要采取这种铺装型式。
单层式沥青砼面层:沥青层厚度4 ～6 cm。如：京石高速公路滹沱河大桥西半幅采用4～5 cm 沥青层铺装, 使用效果较好。宣大高速公路曾采用4～6 cm SMA 单层桥面铺装, 沥青层发生了早期破坏。
水泥混凝土桥面铺装：由于加铺沥青层的桥面铺装，沥青层常发生早期破坏。有的桥梁直接采用水泥砼桥面铺装， 一般厚度采用15 cm，有的采用两层式铺筑7+8 cm。
水泥混凝土桥面铺装加微表处：近年来, 有的水泥混凝土桥面铺装采取加铺1 ～1.6 cm 沥青微表处, 以克服水泥砼桥面铺装的不足。
2常见病害
随着交通量和重型车辆的增加, 河北省桥面铺装层损坏较为严重, 主要病害分为三类：
(1) 裂缝类：因温度变化并伴随桥面板或梁结构的刚度不够产生较大挠度而造成的柔性桥面铺装层开裂, 所产生的裂缝, 降雨后在车辆荷载及渗入水的作用下铺装层表面出现唧浆, 混合料剥落形成坑槽等病害, 破坏了桥面结构的完整性。
(2) 变形类：由于沥青类材料的稳定性不足，铺装层内部产生较大的剪应力，使桥面形状发生了变化，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结合面粘结力差，抗水平剪切能力较弱，在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏，产生推移、拥包等病害。
(3) 耗损类：由于轮胎与桥面的作用，使桥面表层材料部分或全部丧失, 出现了开裂、碎裂、露骨、脱落等现象。
3 设计原因造成的病害分析
3.1 桥梁承载力低
设计计算中侧重于主梁纵向的计算分析, 对桥梁横向刚度重视不足, 横向构造措施不利使桥面铺装分担了过多的次内力。通过对河北省20 世纪80年代所建的整体式钢筋混凝土板桥进行的调查可知, 这些整体钢筋混凝土板桥, 其分布钢筋的面积与主筋的面积之比小于15% 。通过有限元分析计算， 按纵、横向弯矩综合确定( 因为宽跨比越来越大) ，单列行驶时加重车的单轴限重166.81 KN，双列行驶时加重车的单轴限重127.6 KN；若只考虑纵向弯矩, 单列行驶时加重车的单轴限重166.81 KN，双列行驶时加重车的单轴限重140.80 KN。由此得出：对于宽跨比大于1 的整体式钢筋混凝土板桥，仅考虑横向分布钢筋取纵向主筋的15% 是不能满足承载力要求的， 应对横向内力进行详细计算，以确定横向筋的数量。通过交通量调查发现：荷载为20t 以下的车辆数占33.9% , 超载车辆占66.1% 。桥面板承载能力严重不足, 导致桥面铺装严重损坏。
3.2 桥梁刚度不够
为了减轻恒载, 人们试图用增加钢筋用量或采用高强度钢筋来减薄桥面板的厚度。这种桥面板由于刚度不够, 桥梁静挠度偏值大。当汽车荷载通过时, 上部结构下挠较大, 桥面铺装混凝土受力情况与复合材料组合梁类似, 在不同材料的结合面上承受较大剪切力。由于结合界面的剪切力较大, 对桥面铺装与主结构的层间粘合产生不利影响。在超重车辆长期反复作用下, 桥面铺装会出现局部开裂、坑槽、唧浆现象。
3.3 桥梁结构型式
桥梁结构对桥面影响很大, 桥梁结构的受力模式影响应力的分布, 在进行桥梁结构设计时, 桥面铺装层只作为桥梁工程的附属结构, 通常不考虑桥面铺装层承载能力的影响, 即假设铺装层不参与承受荷载。虽然这种设计方法增大了梁体和桥面板设计的安全度, 但对于外悬桥面板、连续梁、拱桥及悬臂梁桥等结构的负弯矩处, 以及桥面分缝处各板块角部等位置, 由于荷载的作用使桥面铺装层受到了弯曲拉力的作用, 桥面板铺装层在拉力作用下容易产生裂缝。
3.4 铺装层的厚度
桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析几近于零, 现行规范中只给定了厚度的推荐值。近几年来, 随着交通量及重型车辆的日益增加, 过薄的桥面铺装层已不适应发展的需要。尤其是伸缩缝及桥头附近的桥面铺装层受到荷载冲击较大, 混凝土施工缝处是个薄弱环节, 这些地方更需保证混凝土铺装层的厚度, 必要时还需配置加强钢筋。桥面铺装层直接承受车轮荷载的冲击, 桥面铺装部分或全部参与了主梁结构的变形, 因此桥面铺装是一个受力复杂的动力体系, 各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。
3.5 防水层
在桥梁设计规范中规定：钢筋混凝土桥面板与铺装层之间是否要设置防水层, 应视当地的气温、雨量、桥梁结构和桥面铺装的型式等具体情况而定。防水性水泥混凝土和沥青混凝土铺装层下可不设防水层, 但在主梁受负弯矩作用处应设置防水层。
防水层的作用是保护桥面板与主梁的混凝土及钢筋防止其腐蚀, 而主要是防止钢筋的锈蚀。钢材锈蚀的最主要原因是盐害, 因此在沿海地区及冬季洒化冰盐地区的桥梁均应设置防水层。事实上沥青混凝土还是透水的, 目前达不到防水的作用, 因此对于沥青混凝土桥面铺装在其下还是应设置防水层。桥面防水应做到防、排结合, 达到桥面不积水、不渗漏。防水层的强度与主板和铺装层的强度有差异，中间柔性夹层会增大桥面板中部的板底拉应力, 处于防水层上的铺装层一经开裂, 在车轮的动力荷载作用下, 彼此间的缝隙越来越大, 直到松散脱落。
4 桥面铺装结构的选型探讨
目前桥面铺装选型的思路是：为克服沥青桥面铺装层的早期破坏问题, 而改用水泥砼桥面铺装；对于水泥砼桥面铺装的不足, 转而采用沥青微表处技术。但沥青微表处几乎没有减震效果，同时具有明显较大的噪声, 预期的使用寿命仅为3 ～5 年,远非理想的铺装材料。
建议尝试采用水泥混凝土桥面铺装加铺单层5 ～6 cm 沥青混凝土。水泥混凝土桥面铺装厚度建议采用10 ～12 cm，最薄处不能小于8 cm, 横向钢筋采用直径 16 mm或 12mm , 间距15 ～20 cm。这样可提高混凝土的施工质量, 避免由于施工层较薄造成振捣时的离析现象。同时由于混凝土的变异系数较大，施工层越薄则混凝土质量越不均匀。由于水泥混凝土铺装层加厚, 可使车辆荷载分布面积加大, 分散了轮压的作用, 也可加强铰缝处传递剪力的能力。考虑到铺装层混凝土与梁板的共同作用效果, 也加强了梁板的抗扭能力, 加大了桥梁上部结构的横向抗扭刚度, 增强了横向分布的能力, 使各梁板受力更加均匀。
加铺单层5 ～6 cm 沥青混凝土目的是减震、减噪、防水。桥面上加铺的沥青混凝土并不是越厚越好, 因为桥面上的沥青混凝土铺装层与路面上的不同, 在车辆荷载作用下挠曲变形较大, 车辆驶离后
又弹起，除了这种颤动还有车辆荷载的冲击振动，使沥青混凝土与水泥混凝土结合面产生交变剪应力, 使其抗剪疲劳强度降低。沥青混凝土铺装层越厚剪力越大。对沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥面铺装，从材料性能、防排水等方面精心设计，精细施工，使沥青面层具有与混凝土桥面板粘结牢固、防水渗入、抗滑耐磨、低温抗开裂、高温抗车辙、抗剥离的良好性能。
参考文献
[1] 田永合. 桥面沥青混凝土铺装层早期破坏原因探讨[ J] . 河北交通科技, 2007 , ( 1)
[2] 田永合. 单板受力的成因分析及预防措施[ J] . 河北交通科技,2006 , ( 3)
[3] 张兰军等. 钢桥面铺装防水粘结层方案设计与实验研究[ J] . 公路, 2001 , ( 1)