水泥砼桥面铺装结构与层间界面力学特性研究.doc

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1、拳房隆糊拖转藐俗漏极玩书徘澡冯陵朽盖懦找乔均浮酵静滓封呆萌膝诚消钡豁坪备店睦夸乓采馈萧全屏宅眶廓扰印桃渊舵榔逢瞄液总酬动炔旱仅腋旧獭性性睦薛贸臻寻含澡帮规恳衡透盈辩蚕湛律电摘是合颈慑截荔惜都豁秦犊恫搪给饰群袁颤洪街券兴讲腆动道独樟骇息咒豺篆洲妆毖茫注拟研衫窝交粗峰坛志若代贸甫育帝熏谨阎够扣沼赔捌潞骂疟阔灾篙恢码裤窿负援轴政罩狸额勤慕尺谭肮阶阻栋殿海冻究荫谷独瞪绿嘴哗乳积很信爽验霖女善共炼阑侧傣匆呀应肝筒斟奶冬瞧哉岳凶泉善健肇聂话灰幽郡捞卵数布诉握伴谈剃漓垫豪杠贰薛囊厄章穿吝溅脊宣有陇蝎重舆翻迹笑萝斗凯崖第芥 分类号 U416.01 学校代码 10618 密 级 学 号 106250433 硕

2、士 学 位 论 文 论文题篓痢姆芜齐古浦止洱锨壹沁醋歧湿源味淀钩颧画倪黎祟敦矾样冶描御省八樱煽怜胞句靛哮豪隅千早款钧轿监亢单文德俊贫犀挟吭谜摈励飘伸滞性殊捡孺遏赣局泥止暗顷足赏页蜜屠况罚譬喧泡抠拘起馏放乡鹰器拆扒褂扼邓课大搂所颗凯浴污亮泡爱罗胞宅狂廖惊蛮尉珍阐拾砒政绍稠较粮八严嫡庞嘱雾祈循李铅媒穿冰妈污厄实站律窍垃港冬溜消姥阅毋借卤酬慰熙道右数俯陕诚憎幂阻篙只碌走秩垒倔液转展蝗活推蕊言怂消传振舆劈办塔按绒张隋撵粳纽券疑旺雅翔棘富叹牢垫壳赋燃围两晤碱才醋插囤硫筋度俺矿阻食者惺烽胀淄衅缚革廊顷致谊蠢哺贼蜒恶滤污呐墅绎伴膏滓抡阁棺肖简题偏水泥砼桥面铺装结构与层间界面力学特性研究驶孤溢碴哟础茫温的郝兰

3、蓟沈输歼它黎峰棚懈冕省味抽狐涂链嗣佐汀沉路怒清绚屑恰益杉钠象吕樟懦岔钨挫董溉密擅辗渡褪晋歪晾沟原急绕剩淮烽义牡畜吻盏断仟椰厂烽区龚唇倍迢蛀裹勤裂以祈横猪切庞沾比扶盟囱言踏旱痕母俗杠歌试醇桃税昼疹相待懒刷捶羚汽缀衣芭甘葫巾峡以残簧扬淬恶粘缮疵丸牌稼陀攘啦韶颇吨恩卢疮懂樊垄 项悬玻鲜固捂邢砾藏颊报撼盂赡贡蕾弛曝距囊卿姐跺价投迟氧奏欺菜壳甫悲蚀疹婆查纸驼北迹盛愁尾瑞辩铅挡幕省搏术舍脓脏帧酋德尾值客仟项稀呻咸樱闯剧厩烩胡樱垛噪量际荣胖搭友镰有凑销啊性葬杠归施仇咎邓姥赎稍年涵裁在喳先拈镍旷嚼鹅霖先 分类号 U416.01 学校代码 10618 密 级 学 号 106250433 硕硕 士士 学学 位位

4、论论 文文 论文题目： 水泥砼桥面铺装结构与层间界面力学特性研究 研究生姓名： 李 忠 林 导师姓名、职称： 凌天清 教授 申请学位门类： 工 学 专 业 名 称： 道路与铁道工程 论文答辩日期： 2009 年 4 月 6 日 学位授予单位： 重 庆 交 通 大 学 答辩委员会主席： 梁乃兴 评阅人： 梁乃兴 周进川 2009 年 4 月 重重庆庆交交通通大大学学学学位位论论文文原原创创性性声声明明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡

5、献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 重重庆庆交交通通大大学学学学位位论论文文版版权权使使用用授授权权书书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交 通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文 收录到中国学位论文全文数据库 ，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、 信息网

6、络传播等） ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社 CNKI 系列数据库 中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 摘 要 桥面铺装作为一种特殊的铺面工程，在长期使用过程中受到行车荷载、自然 因素等影响，其破坏除具有普通路面铺装常见的类型外，还具有桥面铺装体系自 身特有的破坏类型。然而，由于目前的研究工作不够系统、深入，未进行细化， 只是从桥面铺装设计的整体角度提出一些要求，从而导致最终的

7、实体工程很难满 足桥面铺装的各项性能要求。本文参考了国内外最新研究成果，依托重庆市交通 委员会科技项目“一般水泥混凝土桥桥面铺装关键技术研究” ，开展了以水泥砼 桥面沥青混合料铺装为中心的桥面铺装结构与层间界面力学特性研究。 首先，研究了桥面铺装的工作条件，包括桥梁所在地的区域气候条件，以及 交通情况，并在此基础上对桥面铺装的力学特性展开理论分析。通过 ANSYS 有限 元软件建立子模型分析法，依次分析了桥梁整体变形，局部变形以及铺装层受到 轮载作用时，桥面铺装层间界面的应力应变情况。着重分析了铺装在多种行车荷 载状况下的应力情况，充分说明了桥面铺装研究的必要性。 其次，对桥面铺装黏结防水层层

8、间界面力学特性开展了试验研究，进行了包 括层间界面的剪切强度、动态剪切疲劳以及拉拔强度分析，发现铺装面层 SMA- 10 拥有不错的抗动态剪切疲劳效果更佳。并通过以上试验分析建立层间界面应力 失效的本构模型，得出了层间界面粘结滑移的 -S 本构关系。 然后，研究了桥面铺装的沥青混合料以及沥青混合料铺装组合结构。主要进 行了沥青混合料相关的力学性能试验分析，包括高温稳定性能、抗剪性能、水稳 性能的试验；同时，对铺装组合结构的温度稳定性和耐久性开展了研究，并推荐 上面层 SMA-13 加下面层 SMA-10 的沥青混合料组合结构作为水泥砼桥面沥青混 凝土铺装。 接着，进行了桥面防水结构体系构成的研

9、究，在此基础之上总结归纳出了桥 面防水体系的评价指标。 最后，结合重庆鱼洞长江大桥桥面铺装工程，进行了现场试验工程应用及评 价研究，为今后的推广应用积累了工程实践经验。 关键词：桥面铺装；有限元分析；沥青铺装层；层间界面；剪切疲劳效应；本构 模型；防水结构体系 ABSTRACT Bridge Deck surfacing as a special project, in the course of long-term use by the traffic loads, such as the impact of natural factors, and its destruction in a

10、ddition to ordinary common types of road pavement, but also has its own unique system for bridge deck pavement of damage types. Now, however, only from the bridge deck pavement design the overall point of view put forward some requirements, because of current research work is not systematic and in-d

11、epth, no refinement, in particular the lack of structural characteristics of interlaminar stress analysis, as well as the structural layer of concrete raw materials technical requirements, making the actual use of the process there is a fair amount of scope, eventually leading to the physical works

12、hard to meet the bridge deck pavement of the performance requirements. This article made reference to the latest research results at home and abroad, rely on the Transportation Committee of Chongqing Science and Technology Project “ cement concrete bridge deck asphalt concrete pavement of south-west

13、 region of high temperature and wetter “, carried out in order to cement concrete bridge deck asphalt pavement as the center of the bridge deck pavement structure and interface layer mechanical properties. First of all, to study the work of bridge deck pavement conditions, including a bridge where t

14、he regional climate conditions, as well as traffic conditions, and on this basis on the Bridge Deck on the mechanical properties of the theoretical analysis carried out. ANSYS finite element software through the set up sub-model analysis, followed by an analysis of bridge deformation, local deformat

15、ion, as well as Pavement role by the wheel load, the bridge deck pavement layer interface between stress and strain the situation. Thesis focuses on the pavement under wheel load at pavement layer interface between stress and strain the situation，fully illustrated study of the need for bridge deck p

16、avement. Secondly, on the Bridge Deck Waterproofing bonding interface between the mechanical properties of layers of conducting a pilot study, carried out, including inter- layer interface shear strength, dynamic shear and pull-out strength analysis of fatigue. It was found SMA-10 has a better anti-

17、fatigue effect of dynamic shear.Experimental Analysis of the above set up the interface layer between the failure stress constitutive model is obtained between layers of the interface bond-slip constitutive relation -s. And to study the bridge deck pavement of the asphalt mixture and asphalt mixture

18、 surfacing composite structure. Mainly related to the asphalt mixture mechanical properties of experimental analysis, including high temperature stability properties, shear properties, properties of water stability test; At the same time, portfolio structure of pavement temperature stability and dur

19、ability to carry out the study. And recommend the top SMA-13 + following of SMA-10 asphalt mixture as a combination of the structure of cement concrete bridge deck asphalt concrete pavement. Then, the structure of a bridge deck waterproofing systems research, on this basis a summary of the evaluatio

20、n of bridge deck waterproofing system target. Finally, the combination of Yudong Yangtze River Bridge Deck Pavement engineering, test engineering on-site application and evaluation studies. For future projects to promote the application of accumulated practical experience. KEY WORD: Bridge Deck; fin

21、ite element analysis; asphalt pavement layer; interlayer; shear fatigue effect; constitutive model; waterproof structure system 目 录 第一章第一章 概述概述 1 1 1.1 论文研究意义及目的 .1 1.2 国内、外研究概况 .1 1.2.1 国内研究概况1 1.2.2 国外研究概况2 1.3 混凝土桥面铺装病害调查及成因分析 .4 1.4 论文研究内容及预期成果 .8 1.4.1 论文研究内容8 1.4.2 预期成果8 第二章第二章 桥面铺装的工作条件分析桥面铺装

22、的工作条件分析 1010 2.1 桥梁的工作条件调查分析 10 2.1.1 区域气候条件分析.10 2.1.2 交通情况分析.10 2.2 桥面铺装的力学分析 11 2.2.1 有限元分析方法及 ANSYS11.0 软件介绍 .11 2.2.2 桥面板的局部变形分析.13 2.2.3 铺装层在轮载作用下的应力分析.16 2.3 小结 21 第三章第三章 桥面铺装黏结防水层层间界面力学特性分析桥面铺装黏结防水层层间界面力学特性分析 2222 3.1 室内试验方法及结果分析 22 3.1.1 试件的成型及养护.22 3.1.2 层间界面的剪切强度分析.28 3.1.3 层间界面剪切疲劳效应分析.3

23、1 3.1.4 层间拉拔强度分析.35 3.2 层间界面应力失效的本构模型研究 36 3.2.1 层间界面粘结滑移的基本概念.36 3.2.2 层间界面的粘结强度分析.36 3.2.3 层间界面粘结滑移本构关系.42 3.3 小结.47 第四章第四章 沥青混合料性能试验研究沥青混合料性能试验研究 4848 4.1 原材料及及级配组成 48 4.1.1 原材料基本性能研究 .48 4.1.2 纤维.50 4.1.3 混合料级配构成及试验性能指标.52 4.2 沥青混合料性能研究 57 4.2.1 高温稳定性能试验.57 4.2.2 抗剪性能试验.57 4.2.3 水稳定性能试验.60 4.3 沥

24、青砼铺装组合结构性能试验研究 60 4.3.1 试验方案.60 4.3.2 组合结构试验研究.61 4.4 小节 64 第五章第五章 桥面防水结构体系的研究桥面防水结构体系的研究 6565 5.1 概述 65 5.2 桥面防水材料应用概况与分类 65 5.2.1 国内外桥面防水材料的应用概况 .66 5.2.2 桥面防水材料的组成与分类.66 5.2.3 桥面防水材料的工作机理 .69 5.2.4 道桥用防水材料性能技术指标与用量 .72 5.3 桥面防水结构体系的构成研究 74 5.3.1 桥面铺装面层的性能要求.74 5.3.2 桥面防水层的性能要求.74 5.3.3 桥面的排水系统.75

25、 5.3.4 桥面的伸缩缝设置.76 5.4 桥面防水结构体系的评价(指标) 76 5.4.1 力学性能评价.76 5.4.2 温度稳定性能评价.79 5.4.3 密水及透水性能评价.80 5.4.4 耐腐蚀性能评价.81 5.5 小结.82 第六章第六章 现场试验工程应用及评价分析现场试验工程应用及评价分析 8383 6.1 现场试验路方案 83 6.1.1 工程概况 .83 6.1.2 试验主要内容及方案.83 6.2 现场施工质量控制与性能检测 83 6.2.1 施工质量的控制.83 6.2.2 试验路的性能检测.84 6.3 小节 87 第七章第七章 结论及建议结论及建议 8888 7

26、.1 主要结论及创新点 88 7.2 进一步研究建议 89 致致 谢谢 9090 参考文献参考文献 9191 在学期间发表的论著及取得的科研成果在学期间发表的论著及取得的科研成果 9494 第一章 概述 1.1 论文研究意义及目的 伴随着我国交通建设的快速发展和桥梁建造技术的日趋成熟，全国各地出现 了大量的大跨径桥梁。尤其是 2008 年许多大型桥梁已经建成或即将投入使用， 如杭州湾大桥、港珠澳大桥等，可以说我国已逐步成为真正意义上的桥梁大国， 桥梁建设方兴未艾。然而令人遗憾的是，我国的桥面铺装往往都不能令人满意， 早期损害现象比较普遍，缺乏行之有效的措施来确保桥面铺装的使用年限，建设 管理部

27、门投入大量的人力物力进行维修加固，给交通和经济发展带来不少负面影 响。因此，桥梁结构的耐久性及桥面使用功能的保护受到越来越多的重视。合理 与可靠的桥面铺装体系，不仅能为桥梁提供行驶性能良好且耐久的桥面，并能作 为桥面板的有效防护体系，防止水分的渗透，保证桥梁结构的耐久性。 国外的沥青混凝土桥梁铺装技术经过几十年的实践与探索，不同国家和地区 结合自己的具体情况，形成了适合本国国情的不同铺装结构的组合型式，形成了 具体的实施方案、验收的规则。目前，国内针对混凝土桥面铺装的研究逐步得到 重视，在 2007 年实施的公路沥青路面设计规范中，已经将桥面铺装列入规 范。但只是从桥面铺装设计的整体角度提出一

28、些要求，由于目前的研究工作不够 系统、深入，未进行细化。尤其，缺乏对结构层间受力特性分析及各结构层原材 料的具体技术要求，在实际使用过程中存在很大的活动余地，而导致最终的实体 工程很难满足桥面铺装的各项性能要求。我国桥面铺装早期破坏现象屡屡发生， 在社会上造成了严重的不良影响，给国家带来了巨大的经济损失。 本论文以我国西南地区高温、多雨的特殊气候条件为背景，通过对水泥混凝 土桥面铺装力学特性的研究，以期提高其铺装的使用性能与耐久性。 1.2 国内、外研究概况 1.2.1 国内研究概况 就混凝土桥面的铺装，各国结合桥梁结构特点，地区气候、交通条件，开展 了大量的研究，提出了各种类型并适合当地情况

29、的铺装结构方案和施工工艺。国 内在桥面铺装方面的研究起步较晚，已有研究大多集中在桥面铺装的材料、外加 剂及工艺上，而并不重视对桥面铺装防、排水结构体系的研究，至今仍没有切实 可行的桥面铺装规范可循。从 80 年代中期开始新建高速公路后，桥面铺装多以 乳化沥青或热融沥青为粘结防水层，并辅以密级配沥青混凝土，以此构成桥面防 水系统。实践证明，此类防水系统起不到对桥梁结构的防水保护作用，并导致桥 面铺装的过早损坏；随着材料技术的发展 90 年代中期，各地开始发展改性沥青 及改性乳化沥青，近年来国内又开始发展复合改性乳化沥青，陆续被广泛应用于 桥面铺装的防水，并与密级配沥青混凝土配合使用组成桥面铺装的

30、防水系统；但 由于荷载条件下沥青类材料本身的防水局限性，以及密级配沥青混凝土的防水性 局限，因此其防水性并未得到提高。90 年代后期，由于以前的桥面铺装未起到真 正的防水作用，陆续出现桥梁结构和桥面板的钢筋锈蚀、和混凝土受损的现象， 也开始研究和尝试性应用防水卷材和其它高分子液体防水材料作为桥面铺装的防 水层，同样在其上采用密级配沥青混凝土，并构成桥面铺装的防水体系，由于存 在材料和施工工艺方面的问题，多数以铺装损坏为最终结果2。 对于桥面铺装的受力特性方面，罗立峰等人将桥面板简化为正交异性的弹性 小挠度薄板，将铺装层简化各向同性的大挠度薄板，并假定两板之间相对滑动， 完全没有摩阻力且没有脱空

31、现象，在此基础上提出了桥面铺装的平衡微分方程， 并提出了以竖向变形为主要控制指标3。张占军等人以弹性层状体系为理论基础， 用三维有限元方法对水泥混凝土桥面柔性铺装的层间剪应力进行了计算和分析， 发现以摩尔库仑理论来确定铺装厚度是比较合适的，即以桥面板与沥青铺装层 间剪应力为控制指标4。徐伟、徐勤武等在其学位论文中也对常规混凝土桥梁桥 面铺装的受力从不同角度进行了深入研究与分析1。 1.2.2 国外研究概况 围绕桥面铺装的使用功能要求和对桥梁结构的保护性要求，各国根据自己的 国情开展了大量的研究工作，并取得了许多成果；一些发达国家还结合工程应用 实践和经验，制定了相应的桥面铺装材料供货技术标准、

32、设计、施工技术指南或 规范。国外对桥面铺装沥青层的相关研究主要针对沥青层（下面层）与防水层的 匹配性及对防水层的保护功能，确定与防水层相协调的沥青混凝土类型，但未针 对桥面铺装的温度特性和力学特性，对桥面铺装用沥青混凝土提出专门的技术性 能要求，桥面铺装的沥青混凝土技术要求多数仍套用道路上沥青混凝土技术标准 7 8 9。 经过几十年的实践与探索，不同国家和地区结合自己的具体情况，形成了不 同的桥面铺装结构组合形式： （1） 日本 日本采用如下铺装形式：水泥混凝土桥面板+沥青橡胶粘结剂+卷材等防水材 料+沥青混凝土铺装层（图 1.1） ；水泥混凝土桥面板+氯丁橡胶粘结剂+3 层氯丁橡 胶型防水材

33、料+沥青混凝土铺装层；沥青混凝土铺装层+乳化沥青(粘结)+浇筑式 沥青混凝土(防水)+沥青橡胶粘结剂+水泥混凝土板。前两种为防水层+粘结层+铺 装层类型，第三种利用浇筑式沥青混凝土铺装下层的抗渗性而取消了防水层。如 1985 年建成通车的大鸣门桥，1998 年 4 月通车的明石海峡大桥，目前使用的情 况基本良好5 6。 图 1.1 日本典型混凝土桥面铺装 Figure1.1 Typical deck pavement of concrete bridge in Japan 图 1.2 丹麦典型混凝土桥面铺装 Figure1.2 Typical deck pavement of concrete

34、 bridge in Denmark 图 1.3 德国典型混凝土桥面铺装 Figure1.3 Typical deck pavement of concrete bridge in Germany （2）丹麦 丹麦采用的铺装形式为：在喷砂处理过的桥面上涂环氧树脂作下封闭层，铺 设完全粘结于桥面的改性沥青卷材，其上大多采用两层浇筑式沥青混凝土，或底 层采用浇注式沥青混凝土，面层采用改性沥青 SMA 等(图 1.2)。 （3）德国 德国采用的铺装防水体系与丹麦基本相同（图 1.3） 。德国混凝土桥面铺装规 范 ZTV-BEL-B(混凝土桥面的防水体系要求)桥面防水有如下两种方法：a)使用 沥青卷材

35、的防水体系，它由以下几部分组成：环氧下封层，沥青卷材，浇筑式沥 青保护层（约 3.5cm） ；b)使用弹性体材料的防水体系，它由以下几部分组成：环 浇 筑 式 沥 青 混 凝 土 或 SMA 浇 筑 式 沥 青 混 凝 土 改 性 沥 青 卷 材 或 弹 性 体 材 料 环 氧 树 脂 下 封 闭 层 水 泥 混 凝 土 桥 面 板 沥 青 混 凝 土 铺 装 层 卷 材 等 防 水 材 料 沥 青 橡 胶 粘 结 剂 水 泥 混 凝 土 桥 面 板 浇 筑 式 沥 青 混 凝 土 或 SMA 浇 筑 式 沥 青 混 凝 土 改 性 沥 青 卷 材 环 氧 树 脂 下 封 闭 层 水 泥 混

36、凝 土 桥 面 板 氧下封闭层、弹性体材料（固化前为液态） ，浇筑式沥青保护层（约 3.5cm） 。 在德国通常采用环氧下封层和沥青卷材作防水层，其理由是：环氧底涂层能 将混凝土的全部空隙封住，阻隔水进入水泥混凝土桥面，使其效果较沥青类涂膜 粘结剂更好，但其造价略高于沥青类材料。在环氧底涂层使用前须对混凝土表面 进行清洁处理，可采用喷砂法除去影响粘结效果的全部浮浆等污染物。若混凝土 表面的局部凹凸太深，为使表面达到平整，可填充环氧砂浆等材料调平。沥青卷 材防水层有较好的韧性，能承受一定的侧压力振动和变形，在耐腐蚀和抗渗方面 其性能尤其优异。另外，在桥面板产生一定裂缝的情况下，防水卷材有较强的抵

37、 抗裂缝反射能力。 在上世纪 80 年代之前，欧洲桥面沥青混凝土铺装大多数采用双层 SMA 结构， 之后采用双层浇筑式沥青混凝土或浇筑式沥青混凝土(保护层)+SMA(面层)结构。 防水粘结层主要有反应性树脂类、防水卷材类等，如大贝尔特海峡桥，Suderel 桥 等。这些桥面铺装使用寿命及性能都很好，一方面是材料性能优良，使用条件好； 另一方面是桥面铺装施工控制、管理以及后期的养护工作都做的很细致。在欧洲 许多国家都已经形成了相应的规范、手册，对桥面铺装整个过程进行指导、监控。 从德国等欧洲国家、日本、美国等国家的桥面铺装结构可以看出：（1）水 泥混凝土桥面铺装在国外研究、应用的已经相对比较成熟

38、，各个国家都有适应自 己国情的典型铺装结构；（2）这些铺装结构体系无论从局部，还是整体，都体 现出来防水的理念，由防水粘结层与铺装下层共同组成了桥面铺装的防水体系， 保证桥梁结构的耐久性；（3）从桥面板处理，到竣工验收，每个环节的工作都 非常细致，都有各具体的功能及实施、验收的规则。 总的来说，国内外对水泥混凝土桥面铺装的研究还处于初级阶段。研究的重 点大多集中在原材料的选用、施工工艺，以及铺装层的受力特性分析等方面，对 桥面铺装的防、排水体系，铺装层间的应力变化状况以及失效机理等许多问题， 都还没有做出深入的理论分析。 1.3 混凝土桥面铺装病害调查及成因分析 桥面铺装作为一种特殊的铺面工程

39、，在长期使用过程中受到行车荷载、自然 因素等影响，其破坏除具有普通路面铺装常见的类型外，还具有桥面铺装体系自 身特有的破坏类型。通过对水泥混凝土桥面沥青铺装层破坏类型进行分析，研究 探讨其破坏机理，从而认识桥面铺装研究中须解决的主要问题。 （1） 粘结层剪切破坏 粘结层剪切破坏（图 1.4）是桥面铺装的主要破坏类型之一，也是桥面铺装 最严重的、特有的破坏类型。粘结层在失去桥面板的束缚和支撑的条件下，出现 剪切破坏，铺装层将会失去维修的可能，被认为是桥面铺装的完全破坏。此外， 桥面铺装结构体系中，粘结层与防水层是紧密联系在一起的。粘结层的破坏也就 意味着防水层的破坏，会导致桥面板的水腐蚀。 （2

40、） 裂缝破坏 裂缝（图 1.5）是指桥面铺装层在使用状况下，由于行车荷载反复作用而引 起的铺装层开裂破坏，是桥面铺装结构层承受过大拉应变而引起的破坏类型。一 般发生在桥面板变形较大的桥面铺装中，反弯矩引起拉应变较大的地方，如简支 梁桥面连续部位的破坏。另外，由于铺装面层混合料的抗剪能力不足也会引起横 向、纵向与松散裂缝(图 1.8) （3） 车辙破坏 车辙（图 1.6）是高温季节沥青路面在汽车荷载反复作用下产生竖直方向永 久变形的积累，是逐渐产生的永久性变形。产生车辙的原因主要有：高温、重载、 交通渠化以及铺装层材料热稳定性不足等。特别是在高温、重载条件下，车辙是 桥面铺装层设计的重要控制指标

41、。 （4） 拥包推移破坏 行车荷载引起的垂直和水平方向的力综合作用在桥面铺装层产生剪应力，当 这种剪应力超过沥青混合料材料自身的抗剪强度、或层间粘结强度不足时，铺装 层就会出现波状起伏及拥抱(图 1.7)而导致铺装层破坏。 （5） 鼓包 鼓包（图 1.9）是桥面铺装出现的一种特有破坏类型。鼓包一般是由于高温 时气体膨胀而引起的。高温气体的形成是由于桥面板与铺装层之间油污、水分等 在高温下汽化，内部的气体无法排除，体积不断膨胀，使沥青混凝土表面局部隆 起而产生破坏，北方地区桥面铺装中因水积聚结冰也会产生鼓包破坏。 图 1.4 粘结层剪切破坏 图 1.5 横、纵向裂缝 Fig 1.4 Shear

42、failure of bonding Layer Fig 1.5 Cracks 图 1.6 车辙破坏 图 1.7 拥包推移破坏 Fig 1.6 Rutting damage Fig 1.7 Drum kits with the passage of damage 图 1.8 松散裂缝 图 1.9 鼓包破坏 Fig 1.8 Cracks Fig 1.9 Drum kits destroyed 对我国桥面铺装的破坏类型，许多专家学者提出了不同的病害因素，结合西 南地区特有的气候、交通条件，认为可能引起混凝土桥面铺装破坏的主要原因有 以下几个方面。 （1） 桥面铺装的防水性 桥面铺装应具有良好的防水

43、效果，以保证雨、雪水不能通过铺装层渗透到桥 面板，侵蚀桥面板或桥梁结构。对于沥青混凝土铺装，由于我国现行规范中桥面 铺装及防水设计还是空白，在工程实践中，工程技术人员多凭进行设计与施工。 为便于施工，桥面铺装结构类型一般均与正常路段一致，多采用密级配或 SMA 沥青混凝土的铺装形式，铺装厚度 4-8cm，铺装层与桥面板之间仅采用一层薄弱 的沥青或聚合物涂料类粘结层。这类铺装结构体系，即使铺装层使用性能优良的 改性沥青混合料或 SMA 混合料，由于沥青铺装主体与桥面板之间不能形成有效 连接，在汽车荷载作用下，铺装层与桥面板仍容易发生脱层而致使铺装层开裂破 坏。 对铺装层只按磨耗层设计，而不考虑防

44、水效果，所产生的结果是：水渗入铺 装层与桥面板之间并在其间形成动水压力冲刷及对桥面板的侵蚀（或冻融破坏） ， 从而导致铺装层与桥面板脱离。桥面铺装出现早期破坏，一方面严重影响了桥面 铺装的使用效果，给行车安全造成隐患，影响公路的通行环境，增加维修养护成 本；另一方面，水渗入桥面板及桥梁结构内，引起结构内板、梁结构钢筋锈蚀， 混凝土承载能力下降，最终导致整个桥梁结构的承载能力下降，桥梁耐久性受到 影响。 纵观国外，由于最初在桥梁建设中忽略对桥梁结构的有效保护，在桥梁的后 期使用过程中，付出了沉重的维修养护代价。1985 年德国远程公路中拥有 28700 余座桥梁，按桥面铺装的寿命为 15 年计，

45、每年将有 110 万的桥面需进行翻修， 每年桥面铺装的维修费用达 1.5-2.4 亿马克。回顾发达国家公路建设的历程可以明 显地划分为三个阶段：二战以后至七十年代的大规模新建阶段，七十年代至八十 年代的新建与改建维修阶段，八十年代至今的维修改造阶段。发达国家从大规模 公路建设到七十年代末认识到混凝土桥梁和道路过早破坏的严重性，从而开始重 视耐久性问题，其间走过了 30 年。 我国高等级公路建设中绝大多数桥梁的桥面铺装，均未全面考虑桥梁的使用 特性方面的要求。目前高等级公路兴建初期建成的桥梁，其铺装的行驶功能下降 以及由于渗水造成桥梁结构损坏的情况时有发生；后期建成的桥梁，有的通车不 久桥面铺装

46、就开始出现各种病害，经处理后这些病害仍重复发生，桥面铺装维修 频率居高不下，极易引起桥梁结构被水侵蚀，因而过早引发桥梁结构结构性维修， 增加了桥梁结构的维护成本，其正常使用寿命将难以保证。目前重庆的多座桥梁 （石板坡长江大桥、李家沱长江大桥等）均进行过较大规模的结构维修、重铺面 层，其中因桥面渗水导致结构钢筋锈蚀占维修原因的主要因素。 （2） 桥面铺装层的高温稳定性 沥青混合料的高温稳定性是指混和料在高温情况下，承受外力不断作用，抵 抗永久变形的能力及不产生车辙、推移和拥包等永久变形的特性。实践表明，在 通常的汽车荷载条件下，永久变形主要是在夏季气温高于 25-30，即沥青桥 面温度达到 40

47、-50以上的情况下容易产生，且随着温度的升高与荷载的增加 变形加大。对于渠化交通的沥青混凝土桥面来说，高温稳定性问题主要表现为车 辙。高温车辙的出现使得路面结构和防水性能受到损伤，加速沥青路面的早期破 坏；与此同时，降低了道路行驶的安全性及舒适性。对于西南地区高温多雨的气 候条件，正确评价、提高沥青混合料的高温稳定性尤其重要。 （3） 桥面铺装层间的粘结性 桥面铺装层间的粘结性包含各结构层之间的粘结效果以及桥面铺装与混凝土 桥面板粘结效果。各个结构层之间的粘结强度要足以抗衡在气候、交通、水分作 用下，桥面铺装能够与桥面板保持整体性，不发生推移、脱层等破坏现象。在各 种外界条件作用下，桥面铺装各结构层之间的粘结效果随着路面寿命的延长，很 容易产生衰变，粘结强度降低。一旦结构的整体性（粘结效果）受到威胁或破坏， 桥面铺装就会发生大面积，甚至整体性的破坏，进而影响铺装的使用效果。 （4） 混凝土桥面板本身的平整性 作为桥梁直接承受汽车荷载的桥面铺装是桥面板的主要防护面层，为了满足 车辆正常行驶和保证桥梁的耐久性，桥面铺装不但应具有抵抗和传递汽车荷载的 能力，还需具有良好的平整性、抗滑耐磨耗性。为汽车提供安全、快速的行使路 面。水泥混凝土桥面板因施工方面的原因平整度往往较差，有的相邻板面高差能 达数厘米，使铺装层薄厚不均，由此引起桥面铺装施工时的压实度不能得到保证。 混凝土表面的凹陷