第2章
桥面组合结构特点

2.1 复合强劲型桥面铺装整平层结构

2.1.1 研究背景

桥面铺装整平层内设置的钢筋网的主要作用是避免混凝土因收缩变形而开裂，提高桥面铺装整平层整体性。但是由于钢筋网片作业面积大，并且预制主梁安装平整度差，因此会导致钢筋网片无法安装在桥面铺装整平层中间，钢筋网片“沉底”，不仅无法避免桥面铺装整平层混凝土收缩变形，而且会在主梁和桥面铺装整平层间形成“隔离层”，桥面铺装整平层与主梁无法全面积紧密结合，同时，浇筑混凝土体量小、混凝土输送和浇筑困难，从而加剧了桥面铺装整平层开裂破坏，如图2-1所示。

提高桥面铺装整平层整体性能、延长寿命，是提高沥青混凝土面层使用寿命的重要保证。基于钢筋网片施工困难、实际工程中钢筋网片对桥面铺装整平层质量贡献不大的现实，提出了取消钢筋网片、提高桥面铺装整平层强度和与主梁及沥青混凝土面层间的层间结合力，形成共同受力的桥梁结构，即复合强劲型桥面铺装整平层结构技术。

2.1.2 主要技术问题

2.1.2.1 复合强化的整平层新型结构体系

根据桥面铺装施工和使用现状，开发整平层新型结构体系，取消钢筋网片，发展低收缩高韧性整体强度高的整平层，提出界面强化连接技术措施，确保界面可靠连结。根据整平层混凝土性能要求，发展复合外加剂进行减缩、增韧、防裂，掺混杂纤维，研究制备低收缩高韧性混凝土，提高整平层整体强度，并提出合理的养护技术措施。

2.1.2.2 界面连接强化技术

研究剪力键设置方式、与主梁界面状况对界面连接力学性能的影响，提出与主梁界面强韧化技术措施；研究高黏高弹改性沥青的制备方法，结合适量碎石撒布，形成防水黏结应力吸收层，增强与沥青混凝土界面连接、阻止裂缝向面层反射。

2.1.2.3 施工工艺与质量控制技术

通过工程应用总结提升，提出桥面铺装层整平层施工工艺与质量控制技术措施，包括混凝土制备、运输、浇筑、振捣与养护、切缝等，为提升工程质量提供技术支撑。

2.1.3 主要技术成果

2.1.3.1 复合强劲型桥面铺装整平层的结构体系

提出的采用整体强度高、收缩量低、韧性好的整平层，整平层与梁体的界面连接层、整平层与沥青混凝土面层连接的应力吸收连接层，共同组成了新型的复合强劲整平层结构体系，如图2-2所示。

1）组成结构特点

（1）整平层：采用低收缩高韧性混凝土，整体强度高、收缩量小、抗裂性与弯曲柔韧性好。

（2）与主梁界面连接层：主梁顶面设置马蹄形柔性剪力键，既增强了整平层与主梁的连接强度，又提高了整平层混凝土整体协同工作性能；主梁顶面经充分保水浸透、清洁除尘处理，保证了界面无软弱层，避免干缩分层，提高了界面黏结能力。

（3）与面层沥青混凝土黏结层：整平层顶面铺设防水应力吸收层，增强与沥青混凝土的连接性能，并阻止裂缝向面层反射。

2）技术优势

（1）取消了钢筋网片，避免因主梁顶面积水、污物难以清理而形成软弱层，削弱界面连接。

（2）采用直径为8mm的马蹄形柔性剪力键，避免了剪力键复位时折断。

（3）采用界面黏结复合强化技术，层间结合可靠，提高了整平层新型结构体系的整体协同工工作性能。

2.1.3.2 整平层混凝土配合比设计

提出了掺加减缩增韧新外加剂、控制混凝土水泥用量、掺入多锚点钢纤维混凝土技术和采用厚型塑料薄膜及时覆盖养护的技术，满足了整体强度更高、收缩量更低、韧性更好的整平层混凝土性能要求，见表2-1。

1）减缩增韧外加剂

（1）减缩型外加剂。以环氧化合物和烷基聚氧乙烯醚为外加剂减缩组分，其亲水基团与水分子相互吸引溶于水，憎水基团与水分子相互排斥，降低毛细孔中水的表面张力，从而减小收缩量。试验表明：掺加减缩剂后明显减少了混凝土的收缩量，90d收缩率降低33.3%；与聚丙烯腈纤维复掺后，效果更加明显，90d收缩率降低47.6%。

（2）增加混凝土韧性。以具有超长分子链的硅氧烷和聚醚基团为外加剂增韧组分。随增韧组分增加，C—S—H胶凝聚合度和分子链增加，且加强了C—S—H胶凝层间的连接，混凝土弯曲韧性明显提高（图2-3）。

2）掺混杂纤维

（1）纤维种类的优选：与聚丙烯纤维相比，聚丙烯腈纤维具有密度大、分散性与亲水性好、抗拉强度与弹性模量更高、延伸率与耐老化性优、比表面积与根数多、与混凝土握裹力强等特点，因此桥面铺装整平层混凝土应采用聚丙烯腈纤维；多锚点带压痕的粗短型钢纤维，表面有明显压痕，具有与混凝土基体黏结强度高、耐磨性好、分散性好、不易结团等特点（表2-2）。

（2）混杂纤维混凝土力学性能：对比单掺钢纤维、聚丙烯腈纤维与混掺纤维的弯曲韧性，混杂纤维混凝土试件初裂荷载、初裂挠度与弯曲韧性指数均更高，柔韧性更好（表2-3）。疲劳荷载应力比分别取0.6、0.7、0.8，拟定了3组不同类型纤维混凝土的疲劳试验，结果显示混杂纤维混凝土试件破坏时疲劳次数更高，抗疲劳性能更好（表2-4）。

3）控制水泥用量

利用研究提出的复合多功能减水剂，掺加聚丙烯腈纤维与多锚点型钢纤维，掺加粉煤灰等矿物掺和料，采用基于额定粉体材料的密实骨架堆积法进行配合比设计，合理选用水胶比制备强度高、收缩小、抗渗与耐磨性好的整平层混凝土（表2-5、表2-6）。

4）整平层的覆盖养护

整平层混凝土浇筑后立即覆盖厚型塑料薄膜保湿养护，以抑制混凝土表面的水分蒸发，控制混凝土塑性开裂，提高耐久性能（图2-4）。

塑料薄膜技术要求：必须能整体覆盖施工铺装宽度，且厚度一般为0.08~0.15 mm，具体要求见表2-7。

2.1.3.3 界面连接强化结构构造技术

整平层结构的使用寿命，不仅取决于本身的整体强度、收缩量、韧性，同时也取决于整平层与梁体和沥青混凝土面层的连接强度。本节提出的在梁体设置柔性马蹄剪力健，清洗和浸透梁体表面后再及时浇筑混凝土的技术，增强了整平层与梁体的界面连接力；同时，在整平层顶面设置防水黏结应力吸收层，保证沥青混凝土与整平层的连接力。

1）整平层与主梁界面的连接构造

提出了梁顶埋设柔性剪力键、界面清洁除尘与保水浸透技术，揭示了剪力键形状和间距、梁体与整平层界面情况对整平层力学性能的影响规律。

（1）无剪力键：主梁顶表面与整平层结合的抗拉、抗折、抗弯强度的能力强弱顺序为主梁顶面界面保水浸透>主梁顶面干净干燥>主梁顶面局部有积水>主梁顶面局部有泥沙；主梁顶面的界面情况，对于层间组合强度、养护早期抗压强度影响较小，主梁顶面连接界面有泥沙、积水时，对界面连接强度影响较显著。因此，主梁顶面的界面应清洁除尘、洒水浸透而不能有积水（图2-5）。

（2）有剪力键：主梁顶面的连接界面干净、浸透状态下，主梁顶面连接界面设置剪力键的组合结构抗压、抗拉、抗折与抗弯强度，均比不设置剪力键的组合结构强度高；马蹄形闭合剪力键对主梁顶面连接界面强度的贡献均大于L形开口剪力键。同时，设置不同剪力键的间距试验研究表明，剪力键间距为500mm时的抗折强度较300mm时高（图2-6）。

因此，提出采用 ϕ 8马蹄形剪力键，间距50cm×50 cm（图2-7），增强铺装层整体受力性能及与梁体黏结性能；梁体顶面用水冲洗清洁和浸透（图28），保证结合面间无软弱层，确保新混凝土与梁体间结合紧密。

（3）疲劳试验验证：车辆荷载作用下铺装层表面出现的拉应力容易引起铺装破坏，通过模型试验，论证了新型整平层结构的疲劳性能，试验加载时铺装层处于弯拉受力区，加载示意与测试现场如图2-9所示。

采用界面连接强化的整平层结构疲劳寿命均超过200万次，比采用钢筋网构件的疲劳寿命大很多，且马蹄形剪力键对提高疲劳寿命的贡献略大于L形剪力键（表2-8）。

另外，从表2-9可以看出，主梁顶面的马蹄形剪力键间距为400~1 000 mm时，复合强劲型桥面铺装整平层结构的疲劳寿命大于200万次，间距越大，复合强劲型桥面铺装整平层结构的疲劳寿命降低，且间距超过500 mm时，疲劳寿命明显降低。因此，主梁顶面的马蹄形剪力键间距不宜超过500 mm。

2）整平层与沥青混凝土面层界面的连接构造

采用橡胶类改性剂制备高黏高弹改性沥青，在整平层顶面洒铺高黏高弹改性沥青量为2.2~2.5kg/m ² ；同时，在整平层顶面已经洒铺的高黏高弹改性沥青面上，再及时撒布颗粒粒径为9.5~13.2 mm、撒布量为14~16kg/m ² 的碎石，从而在整平层与沥青混凝土面层间形成防水黏结应力吸收层，该应力吸收层的剪切强度大于1.47 MPa、拉拔强度大于0.61 MPa，形成了加强的面层连接结构构造（图2-10），有效避免层间连接界面开裂。

模型试验测试（图2-11）成果表明：①混凝土板破坏时，沥青混凝土底面的换算应力为0.415 MPa，应力吸收层底面的换算应力0.934MPa，该应力吸收层降低应力幅达到2.25倍，既降低了应力集中，又阻止了裂缝向沥青混凝土面层发展；②采用高黏高弹应力吸收层的铺装结构，沥青混凝土底面开裂的疲劳次数为30500次，无应力吸收层时的疲劳次数为6760次，提高抗疲劳次数4倍以上，应力吸收效果优良。

2.1.3.4 施工工艺与质量控制技术

通过工程应用总结，建立了桥面铺装整平层施工工艺。

1）主梁顶面的界面处理

清理主梁顶面、提前1h用水浸透顶面并不得积水，将梁体顶面剪力键钢筋复位（图2-12）。

2）混凝土拌合质量控制

在正式生产前，测定砂石含水量，标定计量设备，验证配合比，满足要求后进行生产。按拟定的投料顺序投放原材料，拌合3 min左右，检测工作性能，满足要求后出料运输到现场（图2-13）。

3）混凝土浇筑

混凝土从运输车里放出后直接摊铺，从低处向高处浇筑，用振平梁提浆振平，低洼处及时补料、找平，严禁事后用水泥浆体填补（图2-14）。整平后严禁再次人工抹平、收光。

4）混凝土养护、切缝

（1）抹平后在5 min内用宽幅、厚型薄膜覆盖养护，养护时间不宜小于4d。

（2）整平层混凝土浇筑后70~80h内完成应沿桥墩墩顶处切缝，横桥向切缝缝深为20 mm、缝宽为3 mm（图2-15）。

2.1.4 主要工程应用

桥面铺装整平层复合强化技术从2010年9月在雅西高速公路冕宁连家湾大桥实施以来，经过近一年的监测、观测和总结，2011年先后在雅西高速公路、广南高速公路近10 km桥梁上推广应用。2013年，在遂广高速公路、遂西高速公路上近30km桥梁上推广应用。根据推广应用的深入研究和制定的四川省地方规范，2017年，在江津习水古蔺高速公路等工程上应用。推广应用表明，开发的复合强劲型桥面铺装整平层技术，不仅工序工艺简单、质量控制环节少，而且结构体系完整、整体质量好、使用效果良好。近10年来的使用表明，没有发现任何病害和维修工作，效果很好。技术成果主要应用工程详见表2-10。

2020年以来，该项技术成果已经在四川峨汉高速公路、四川资铜高速公路、四川抢险救灾桥梁和危旧桥梁改造升级工程中推广应用，推广应用桥梁工程总里程已经超过100km。 XeQ8+FhlVYJN1MXrB0cLGv9n5lq6RiODthd46Vhs++swEEmUhbkuEaUBc/8y1Z0s