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摘要：公路桥梁的桥面铺装通常被认为是桥梁结构设计的附属设施，并不专门对其进行受力分析和设计，但无论是水泥混凝土铺装还是沥青混合料铺装，仅凭经验设置的铺装层往往表现出明显的病害，远达不到设计寿命，严重影响了交通，浪费了巨大的社会资源。目前，规范中尚未对桥面铺装给出明确应遵循的理论和结构设计方法，而介于桥梁和路基的显著差异，大跨径桥面铺装实际上不能按路基段的弹性半空间体理论或弹性地基板理论来设计。因此，要使桥面铺装保持其稳定性和耐久性，减少各类早期病害，必须对铺装层进行深入的结构分析，并且需要高性能的铺面材料来实现。桥面铺装的防水粘结层是研究的关键，其承担着防水功能和与桥面板紧密粘结的作用，设计的防水粘结层性能的好坏直接关系到桥面铺装的耐久性和抗剪强度。设计合理的桥面铺装应该具备行车舒适、密实不透水、表面粗糙耐磨，与桥面板粘接紧密，能有效抵抗各类变形等特点。
关键词：桥面铺装；结构特点；典型结构；防水粘结层；病害类型
Highwayasphaltpavementperformancecharacteristicsanddevelopmentcourseofstudy
Writer1，Writer2，Writer3
Abstract：Bridgedeckpavementofhighwaybridgeisusuallyconsideredtheancillaryfacilitiesofbridgedesign，notspecificallytocarryoutstressanalysisanddesign，butwhetheritisthecementconcretepavementorasphaltpavement，experiencesettingoftenexhibitsignificantdiseasealone，farlessthanthedesignlife，seriousimpactonthetrafficagreatwasteofsocialresources.Atpresent，thetheoryandmethodofstructuredesignhasyettogiveacleardeckshouldfollowthespecification，andbetweenthesubgradeandbridgedifferences，long-spanbridgedeckpavementcannotactuallyaccordingtotheroadbedelastichalfspacetheoryorelasticplatetheorytodesign.Therefore，inordertomaintainthestabilityanddurabilityofbridgedeckpavementandreduceallkindsofearlydisease，itisnecessarytocarryoutin-depthstructuralanalysisofpavement，andtheneedforhigh-performancepavementmaterialstoachieve.Waterprooflayerofbridgedeckpavementisthekeyofthestudy，whichundertakesthewaterprooffunctionandbridgepanelandcloselybondedfunction，designofwaterproofadhesivelayerisdirectlyrelatedtotheperformanceofbridgedeckpavementdurabilityandshearstrength.Thedesignofreasonablebridgedeckpavementshouldhavethecharacteristicsofcomfortabledriving，denseandimpermeable，roughsurfacewearresistance，tightbondingwiththebridgedeck，andeffectivelyresistallkindsofdeformationandothercharacteristics.
Keywords：Bridgedeckpavement；structuralcharacteristics；typicalstructure；waterproofandcohesivelayer；diseasetypes
引言
近几十年来我国公路交通建设发展迅速，大跨径、新结构、新材料桥梁层出不穷，取得了举世瞩目的成就。从功能上，桥面铺装主要是为了保护桥梁行车道板结构免受车轮荷载的直接磨耗，防止桥梁主体结构受雨水的侵蚀，并能对车轮荷载起到一定的应力扩散作用，并与桥面结构一起共同受力，如图1所示。
图1桥面铺装工程实例图
但实际工程中，桥面铺装的设计往往是桥梁设计中的薄弱一环，仅仅只作为桥梁工程的附属结构看待，受到的重视程度远远不够，因此，通常对桥面铺装层不做专门的结构分析计算，只与主线铺装保持一致即可。另一方面，我国相关规范对桥面铺装只做出了经验性建议，并未形成一套完整的结构理论和设计方法[1]。桥梁作为公路的重要节点，桥面铺装所带来的各类病害已经严重影响到了车辆通行安全和公路通行能力，造成了巨大的经济浪费和不良的社会影响。因此，公路科研和设计施工人员必须对桥面铺装的结构受力特点进行深入分析，明确其工作状态，做合理的铺装结构层设计[2]。
1桥梁铺装的典型结构形式
常见的桥梁铺装材料包括沥青混合料和水泥混凝土两大类[3]。从力学角度来说，沥青混合料铺装层回弹模量小，体现出明显的柔韧性和粘弹性性质，通过应力松弛效应能对桥梁变形引起的开裂起到一定的减缓或抑制作用。沥青混合料铺装层以其优良的性能特点广泛应用于高等级大跨径桥面铺装，厚度通常为7～10cm，施工时分表面层和下面层两次铺筑。
沥青层铺装表面层必须采用密级配沥青混合料，下面层是防水体系的重要组成，应具有更好的密实性。完整的防水体系通常包括下面层和防水层，对于高速公路、一级公路等高等级公路，为了加强防水功能和与防水层协调工作，下面层可根据需要采用浇筑式沥青混凝土及沥青玛蹄脂碎石混合料。现代高性能桥面防水层除了需要承担防水功能以外，还需要紧密粘接桥面板以抵抗层间剪切应力。因此，在高等级大跨径桥梁中，以往常用的防水卷材、沥青涂抹等防水材料应用越来越少，取而代之的是沥青玛蹄脂、同步沥青碎石封层以及沥青砂等聚合物改性沥青类防水材料，对于特别重要的钢桥面桥梁，可增加一层反应型环氧树脂下封层加强防水，甚至直接采用环氧树脂沥青混凝土直接铺筑[4]。
水泥混凝土铺装层强度高、耐久性高，但由于刚度大，变形性能差，在中小跨径桥梁中应用较多，厚度不宜小于8cm。混凝土强度等级通常不低于C40，同时为了防止铺装层表面裂缝的扩展，减少雨水进入铺装结构内部，层内还应该布设直径不小于8mm，间距不大于10cm的构造钢筋网[5]。
2结构设计特点
桥面铺装与路面设计有着显著的差异，主要体现在设计理论、铺装层模量差异以及结构变形特点等方面。由于桥梁是一种中空横跨结构，与路基的半空间体受力传荷载形式截然不同，表现得更为复杂，特别是大跨度悬索桥、斜拉桥在实际使用过程中结构梁底部的挠度可达到50mm，远大于普通路面弯沉值。基于公路桥梁段和路基段的显著差异，大跨径桥面铺装实际上不能满足在路基段进行路面设计的弹性半空间体理论或弹性地基板理论来的假设条件，并且当桥梁出现负弯矩时，桥面铺装的受力更为不利，因此，要使桥面铺装保持其稳定性和耐久性，减少由于忽视路桥之间受力差异而产生的各类早期病害，必须进行特殊的力学分析和结构设计，并且需要高性能的铺面材料来实现[6]。
除此之外，对于钢桥面铺装沥青混合料，由于钢结构模量达到200GPa，而常温下沥青混合料的模量不到钢桥面的1/20，水泥混凝土模量不到1/8，材料模量差异极大，在车轮荷载作用下变形不协调，容易产生剪切破坏。所以，针对抗剪强度不足的特点，设计上会在钢桥面板上焊接剪力键并绑扎钢筋网等措施，如图2所示。
图2带剪力键钢桥面铺装构造图
桥面铺装的防水粘结层是结构设计的关键，也是具有重要特点的层次，其承担着防水功能和与桥面板紧密粘结的作用。设计的防水粘结层必须与桥面板紧密粘结，协同受力，其性能的好坏直接关系到桥面铺装的耐久性和抗剪强度。
设计合理的桥面铺装应该具备行车舒适、密实不透水、表面粗糙耐磨，与桥面板粘接紧密，能有效抵抗各类变形等特点。
3桥面铺装的病害类型
3.1沥青混合料桥面铺装
沥青桥面铺装的病害主要分为四类，第一类是由于铺装层抗剪强度不足而引起的推挤变形和壅包，第二类是由于桥梁结构变形导致铺装层产生裂缝，雨水进入造成面层松散和坑槽，第三类是由于渠化交通和高温下引起的车辙变形，第四类主要是由于车轮反复碾压而形成的疲劳裂缝。推挤变形和壅包病害主要是铺装层材料本身配合比不合适，沥青在高温下粘度不够或铺装层与桥面板的粘结力弱，导致抗剪强度下降，车轮荷载作用下就容易在行车方向产生剪切破坏。桥梁作为一种大型构造物，在外界温度变化和荷载作用下会产生较大的挠度而导致裂缝产生，雨水进入裂缝后就会进一步润湿沥青混合料，使沥青与矿料的粘附力下降，颗粒逐渐松散，当车轮的驶过时与桥面发生真空泵吸作用导致松散的混合料被带出铺装层，逐渐形成坑槽。桥面上为了行车安全，通常进行渠化交通设计，车辆进入桥梁范围后几乎固定以更缓慢的速度行使在某条车道上，这样车轮的横向分布规律就体现不明显。另一方面，桥梁由于其材料结构特点，表面温度通常较路面更高，这样在低速重载及渠化交通下，沥青层铺装容易产生严重的车辙病害。桥面疲劳裂缝主要是指设计年限后期车辆轮迹处出现的纵向较短的开裂，并且裂缝相互交织，受水分的侵蚀和车轮的持续碾压，疲劳开裂逐渐发展成明显的碎块状的网状裂缝。
3.1水泥混凝土桥面铺装
水泥混凝土桥面铺装的病害主要原因如下：第一类，混凝土原材料质量达不到标准，粗集料粒径不满足级配要求，压碎值太小，耐磨性不良，细集料中石屑含量过多，影响混凝土的成型强度，施工质量达不到设计要求，出现各种破损状况。第二类，水泥混凝土铺装施工完后养生时间和条件不够，水泥水化反应不充分，强度不足，在车轮作用下造成损坏。第三类主要是结构设计不合理，水泥混凝土铺装层厚度不够、钢筋网保护层厚度不足，表面的水泥浆液磨损后易出现露筋、锈蚀病害或钢筋网在施工过程中被振捣下沉，起不到收缩表面裂缝的作用。第四类主要是水泥混凝土加铺层与桥面板未能很好的粘接成一个整体受力，局部由于振捣不密实出现空鼓现象，在车轮荷载作用下铺装层底部受弯产生裂缝。
4结语
本文探讨了公路桥面铺装的基本结构形式和材料特点，比较了桥梁铺装和道路路面设计理论和设计方法的不同，并深入分析了沥青混合料铺装和水泥混凝土铺装的病害类型与产生机理。本研究对公路科研、设计及施工人员进一步明确桥面铺装的受力特点，控制早期病害的产生，深入理解桥面和路面铺装理论模型边界条件上的差异起到有重要作用。进一步研究建议如下：
（1）根据桥面铺装和桥面板共同承担荷载的工作特性，在设计方法上应对水泥混凝土铺装按结构层考虑，在受拉区增配主筋。
（2）防水结构层功能突出，受力环境复杂，应对其材料组成、结构层组合以及厚度深入研究，不仅需要满足防水和抗剪的要求，还需要考虑其高温和低温稳定性。
（3）为了提高沥青混合料铺装层在低温下的工作性能，可研究采用纤维对混合料进行加筋处理，并严格控制加筋的材质、长度、粗细以及添加方式，以适应桥面环境。
（4）在进行大跨径钢桥面沥青混合料铺装时，需要深入研究模量差异极大的相邻结构层之间如共同工作，以免由于模量不匹配造成结构受力不协调，产生剪切破坏。
（5）根据桥梁结构的实际状态和环境，通过有限元分析的方法进一步研究车轮荷载对桥面的作用，建立专门的桥面铺装结构设计理论和指标方法，为铺装层组合及厚度的确定提供计算依据。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通行业标准．JTGD50—2011，公路沥青路面设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2017.
[2]中华人民共和国行业标准．JTGE20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2011.
[3]孙立军，等．沥青路面结构力学行为[M]．上海：同济大学出版社，2003．
[4]张占军，等．水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装结构设计方法研究[J]．中国公路学报，2001，1（1）：39—42．
[5]周泳涛，等．国内外大跨度钢箱梁桥梁铺装技术的现状与发展[J]．中国公路建设市场，2004，（8）：4—6．
[6]王秉刚，胡长顺．跨构造物路面结构修筑技术研究综述[J]．西安公路交通大学学报，1998（3）：29—32．