CN103243648B - 水泥混凝土桥面倒装式沥青混凝土铺装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水泥混凝土桥面倒装式沥青混凝土铺装结构，从桥面至表层以次由如下结构层组成：水泥混凝土桥面板抗剪槽，黏结防水层，小粒径沥青混凝土调平层，防水层和中粒径沥青混凝土抗滑表层。本发明的从表面层至下面层，混合料的最大公称粒径递减，即小粒径集料层位于下面层，按照该方案进行设计的桥面沥青混凝土铺装检测结果表明：该技术方案具有良好的高温、密实性，其黏结防水层具有较高的拉拔强度，可有效避免沥青混凝土层在车辆荷载作用下的剪切推移破坏。

Description

水泥混凝土桥面倒装式沥青混凝土铺装结构
技术领域
本发明主要应用于水泥混凝土桥面铺装结构，特别设计用于解决水泥混凝土桥面的平整度、抵抗车辙变形和层间破坏，属于交通运输工程领域。
背景技术
桥面铺装是指为了保证车辆安全舒适地通过桥面，在其上铺筑的防护面层，是桥梁结构的重要组成部分。其作用在于防止车轮直接磨耗行车道板，保护主梁免受雨水及其它有害物质的侵蚀，并起到扩散荷载的作用。桥面铺装质量的好坏和耐久性将直接影响到汽车的行驶质量和桥梁结构的耐久性能。
水泥混凝土桥面铺装一般都沿用道路路面的铺装经验，根据设计厚度选择沿线路面结构的表面层和中面层结构，而中面层结构多数沥青混凝土结构，然而，调查数据表明：水泥混凝土桥的沥青混凝土铺装的破损率往往远高于临近路基段，所占比例最高的病害依次为车辙、推移和水破坏，分析原因发现，对于水泥混凝土桥桥面沥青混凝土铺装，由于两种材料间存在较大的模量差，导致沥青层和水泥混凝土层之间的黏结不良，层间处于滑动脱开状态，沥青混凝土层在行车荷载作用下处于单独受力状态，加之材料本身抗高温性能不足，直接导致推移、车辙病害的出现。另一方面，由于现浇的水泥混凝土板往往平整度不良，因此，沥青混凝土铺装时其厚度并不均匀，而沿用道路中面层设计的沥青混凝土中集料的公称最大粒径一般为19mm，这一设计导致层厚与材料的公称最大粒径比过小，铺装中出现明显的离析，空隙偏大显现，这一问题是导致路面水损害的诱因之一。
因此，水泥混凝土桥面的铺装不应简单沿用公路路面设计的方案，而应该针对其特点进行结构和材料的设计。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种适用于水泥混凝土桥梁桥面沥青混凝土倒装式铺装结构设计，能较好的解决由于现浇水泥混凝土板平整度差，沥青铺装层铺装厚度薄厚不均匀，层厚与混合料公称最大粒径比不合理导致的沥青铺装层材料离析渗水问题；以及水泥混凝土桥面铺装常见的由于层间黏结失效和沥青混凝土高温稳定性不足导致的剪切推移破坏。
本发明还提供该铺装结构的施工方法。
技术方案原理：本发明提出不同于以往桥面铺装设计沿用公路路面结构，按照混合料表面层至下面层逐层材料公称最大粒径递增的设计方法，采用材料公称最大粒径递减的设计原则设计桥面铺装双层铺装结构。
水泥混凝土桥面倒装式沥青混凝土铺装结构，从桥面至表层以次由如下结构层组成：水泥混凝土桥面板抗剪槽，黏结防水层，小粒径沥青混凝土调平层，防水层和中粒径沥青混凝土抗滑表层；所述小粒径沥青混凝土调平层采用公称最大粒径为9.5mm集料的SBS聚合物改性沥青混凝土，且其中>4.75mm粒径的集料所占集料总重量比例不低于60％，0.075mm粒径集料所占集料总重量比例不低于9％，中粒径沥青混凝土抗滑表层采用公称最大粒径为13.2mm或16mm集料的SBS聚合物改性沥青混凝土，且其中>4.75mm粒径的集料所占集料总重量比例为65～75％，0.075mm粒径集料所占集料总重量比例不低于7％。
所述黏结防水层由1.8～2.2kg/m2SBS聚合物改性沥青膜与9.5～13.2mm单粒径碎石复合结构组成，碎石用量为7～8kg/m2。
所述防水层为0.8～1.0kg/m2乳化SBS聚合物改性沥青膜。
所述水泥混凝土桥面板抗剪槽为延桥面横向的刻制槽，间隔宽度为10～15cm，刻槽宽度为1～1.5cm，槽深度为0.5～1cm。
所述小粒径沥青混凝土调平层平均厚度为3-4cm。
所述中粒径沥青混凝土防滑表层平均厚度为4cm。
上述铺装结构的施工方法，包括如下步骤：(1)在水泥混凝土桥面刻槽，清除杂物并干燥桥面；(2)在干燥的桥面按照1.8～2.2kg/m2剂量洒铺聚合物改性沥清膜，然后按照7～8kg/m2的剂量撒9.5～13.2mm单粒径碎石，形成黏结防水层；(3)在黏结防水层上铺筑3-4cm厚公称最大粒径为9.5mm的SBS聚合物改性沥青混凝土调平层；(4)洒铺0.8～1.0kg/m2乳化SBS聚合物改性沥青膜防水层；(5)在防水层上铺筑4cm厚公称最大粒径为13.2mm或16mm的聚合物改性沥青混凝土抗滑表层；(6)养生12h，开放交通。
所述步骤(1)利用小型铣刨机延桥面横向方向按照10～15cm间隔进行刻槽，槽宽1～1.5cm，槽深度为0.5～1cm，然后用高压水将表面碎块冲洗干净，晾至干燥。
采用铣刨机直接刻制在水泥混凝土桥面板或水泥混凝土过渡层上，起到增加水泥混凝土板与沥青混凝土连结的作用，减小水平剪切力导致的层间黏结失效。
本发明的从表面层至下面层，混合料的最大公称粒径递减，即小粒径集料层位于下面层，而发明的小粒径沥青混凝土调平层采用平均3-4cm厚公称最大粒径为9.5mm的SBS聚合物改性沥青混凝土，且其中>4.75mm粒径的集料所占集料总重量比例不低于60％，0.075mm粒径集料所占集料总重量比例不低于9％。铺筑在黏结防水层后可使黏结层的单粒径碎石和混合料中部分碎石压入水泥混凝土板抗剪槽中。而在表面层即中粒径沥青混凝土防滑表层采用平均4cm厚公称最大粒径为13.2mm或16mm的SBS聚合物改性沥青混凝土，且其中>4.75mm粒径的集料所占集料总重量比例为65～75％，0.075mm粒径集料所占集料总重量比例不低于7％。
黏结防水层采用1.8～2.2kg/m2SBS聚合物改性沥青膜与9.5～13.2mm单粒径碎石复合结构，起到防水和增强黏结双重作用。
与现有技术相比，本发明铺装结构的优势特征
1、均匀性好
本发明采用上粗下细的倒装式结构，有效解决了由于现浇水泥混凝土板的平整度差，在下面层施工中如采用较大公称粒径沥青混凝土将会出现的按照平均厚度控制施工，出现的局部铺装厚度过薄，厚度与材料最大公称粒径比不合理导致的混合料离析，空隙过大，渗水破坏的问题。
2、抗剪切推移性能好
本发明在水泥混凝土板表层设置横向抗剪槽，提高水泥混凝土板与沥青混凝土层之间的黏结力，缓解由于水泥混凝土桥面与沥青混凝土铺装两层材料异性导致的应力、应变不连续出现的层间剪切型破坏。
3、抗高温变形能力强
本发明在表面层和中面层材料均采用SBS聚合物改性沥青胶结料，并控制其粗集料(>4.75mm)的含量，形成骨架密实性的沥青混凝土结构，提高了结构在荷载作用下的抗高温变形能力，避免小粒径沥青混凝土高温抗变形能力不足的隐患。
附图说明
图1.桥面设置剪切槽效果
图2.桥面拉拔力检测结果
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
某位于河北省的水泥混凝土桥桥面铺装工程，主桥采用跨径为138m+138m的独塔单索面钢箱叠合箱梁斜拉桥，水泥混凝土桥面为现浇成型，桥面采用沥青混凝土铺装。设计为城市主干路I级。
根据该工程的具体条件，进行如下设计：
1.1结构设计
水泥混凝土桥面板设计有抗剪槽，槽间隔为10～15cm，槽宽为1～1.5cm，槽深度控制在0.5～1cm。如图1所示。
采用倒装式沥青混凝土，表面层为骨架密实型AC-13改性沥青混凝土，厚度4mm，下面层为骨架密实型AC-10改性沥青混凝土，厚度为3.5mm，黏结防水层沥青洒铺量为1.8～2.2kg/m2，碎石为13.2mm单粒径石灰石，防水层为乳化改性沥青，洒布量为0.8～1.0kg/m2。
5.2材料设计
1.沥青
表1.SBS聚合物改性沥青技术要求
2.级配
表2.设计推荐级配中值
5.3工程检测结果
以施工完成时对下面层沥青混凝土SAC-10检测各项技术指标为例，首先，统计压实度与空隙率，统计结果见表3。
表3.下面层沥青混凝土压实度和空隙率
可见下面层压实后空隙率均值为4％左右，是密实型混凝土，且从变异系数看，变异系数约为11％，均匀性较好。
其次，统计高温稳定性检测结果，统计结果见表4。
表4.高温抗车辙试验结果
可见下面层在98％压实度条件下，60度条件下的车辙动稳定度超过5000次/mm，与《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)规定的SMA沥青混凝土技术(不小于3000次/mm)相比提高近1倍。
对桥板与沥青混凝土间的黏结强度进行检测，结果如表5所示。
表5.桥面板与沥青混凝土间拉拔强度检测结果
见图2。
从试验检测结果可见，取样点检测结果均达标。
按照该方案进行设计的桥面沥青混凝土铺装检测结果表明：该技术方案具有良好的高温、密实性，其黏结防水层具有较高的拉拔强度，可有效避免沥青混凝土层在车辆荷载作用下的剪切推移破坏。

Claims (4)

1.水泥混凝土路面倒装式沥青混凝土铺装结构的施工方法，包括如下步骤：(1)在水泥混凝土桥面刻槽，清除杂物；(2)在干燥的桥面按照1.8～2.2kg/m2剂量洒铺聚合物改性沥清膜，然后按照7～8kg/m2的剂量撒9.5～13.2mm单粒径碎石，形成黏结防水层；(3)在黏结防水层上铺筑3-4cm厚公称最大粒径为9.5mm的聚合物改性沥青混凝土调平层；(4)洒铺0.8～1.0kg/m2乳化SBS聚合物改性沥青膜防水层；(5)在防水层上铺筑4cm厚公称最大粒径为13.2mm或16mm的聚合物改性沥青混凝土抗滑表层；(6)养生12h，开放交通；
所述水泥混凝土桥面倒装式沥青混凝土铺装结构，从桥面至表层以次由如下结构层组成：水泥混凝土桥面板抗剪槽，黏结防水层，小粒径沥青混凝土调平层，防水层和中粒径沥青混凝土抗滑表层；所述小粒径沥青混凝土调平层采用公称最大粒径为9.5mm集料的SBS聚合物改性沥青混凝土，且其中>4.75mm粒径的集料所占集料总重量比例不低于60％，0.075mm粒径集料所占集料总重量比例不低于9％，中粒径沥青混凝土抗滑表层采用公称最大粒径为13.2mm或16mm集料的SBS聚合物改性沥青混凝土，且其中>4.75mm粒径的集料所占集料总重量比例为65～75％，0.075mm粒径集料所占集料总重量比例不低于7％；
所述黏结防水层由1.8～2.2kg/m2SBS聚合物改性沥青膜与9.5～13.2mm单粒径碎石复合结构组成，碎石用量为7～8kg/m2；
所述防水层为0.8～1.0kg/m2乳化SBS聚合物改性沥青膜。
2.根据权利要求1所述的施工方法，所述步骤(1)利用小型铣刨机延桥面横向方向按照10～15cm间隔进行刻槽，槽宽1～1.5cm，槽深度为0.5～1cm，然后用高压水将表面碎块冲洗干净，晾至干燥。
3.根据权利要求1所述的施工方法，所述小粒径沥青混凝土调平层平均厚度为3-4cm。
4.根据权利要求1所述的施工方法，所述中粒径沥青混凝土防滑表层平均厚度为4cm。
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