本文是一篇工程硕士论文，本研究提出了斜向预应力桥面铺装结构、设计、施工及质量检查与验收成套技术，具体包括：1．建立了斜向预应力桥面铺装结构力学模型； 2．提出了斜向预应力桥面铺装结构设计方法； 3．针对斜向预应力桥面铺装开发了相关施工设备，优化了工艺流程，确保了工程品质；
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
随着我国基建水平不断大踏步向前发展，公路混凝土梁桥得到了广泛应用，对其使用性能的要求也越来越高，尤其是直接影响行车平稳舒适性、安全耐久性的桥面铺装结构。由于桥面铺装结构往往处于复杂的使用环境条件下，因此其除了应具有重量轻、不透水性、耐磨性、平整性等特性外、还应具有良好的挠曲性以及一定的抗形变稳定性等力学特性。
近年来，公路交通流量不断攀升，重载货运汽车越来越多，桥面铺装结构裂缝、坑槽、车辙等各类病害问题易发、频发，严重影响交通通行能力以及行车舒适安全性等，重要交通运输通道或枢纽路段较严重的桥梁铺装病害问题甚至直接导致经济社会效益下降，因此桥面铺装结构出现的早期病害问题已受到社会广泛关注。
裂缝作为混凝土结构物常见的质量通病，在混凝土桥面铺装层也不例外。混凝土早期开裂病害严重影响结构使用性能，若出现在混凝土铺装层，在动车荷载及雨雪低温天气等自然因素作用下，铺装层受渗水破坏效应明显，在没有裂缝修补等干预措施条件下，铺装层破坏会进入“开裂-渗水-加速开裂-加速渗水”的恶性循环，进而导致桥面铺装层混凝土受侵蚀而松散，并发展为坑槽，钢筋受侵蚀强度降低或断裂，工程耐久性及投资效益显著下降。
桥面铺装不但涉及桥梁专业方面的知识，同时也涉及道路专业方面的知识。桥梁工程设计环节、施工环节往往不对混凝土桥面铺装层进行受力计算，但随着对混凝土桥面铺装层早期病害问题的重视程度不断提高，国内外交通运输工程领域科研专家、学者已对此开展了大量研究，并取得了一定成果，但对于提高混凝土桥面铺装层强度，抑制早期开裂引发的病害仍没有经济适用性较好的方案。因此，有必要进一步探索研究提出投资少、耐久性强、抑制早期开裂等病害效果好的混凝土桥面铺装结构及对应材料。
1.2 国内外研究综述
1．国外研究现状
不同国家从本国公路交通实际情况出发，综合考量桥梁工程铺装结构使用性能，开展了大量科研探索，取得了许多成果。部分发达国家通过实践积累的经验，确定了桥梁工程铺装结构类型以及从材料指标到设计、施工、检测的系列技术标准或规范要求等。.
德、法、日、美等国较早地开展了对桥面铺装结构研究，颁布的相关技术规范属于经验性标准，其中就有对桥梁工程铺装结构的设计方法，包括铺装结构的组合、厚度设计及对应原材料等，这些也都是建立在材料性能试验分析结果的基础上。
国外研究人员对交通荷载作用下桥梁铺装结构受力，以及设计理论、方法开展了大量研究。美国加州大学圣迭戈分校的 Fseible 和 C.T.Latham[1,2]对采用加铺全厚式沥青混凝土的桥面铺装结构提升或恢复旧桥面板承载力的研究中，采用弯曲和非线性滑动模型，分析计算铺装层受力性能。日本的 Tatsuo Nishizawa[3]用剥离单元和三棱体单元分析正交异性板桥的受力特性。
此外，国外在桥面铺装层防水研究方面也开展了大量工作，并将部分成果纳入技术规范。“美国联合道路研究计划”一九九五年的一份桥面防水报告中显示[4]：美国在上世纪 50 年代后开始高度重视桥梁工程在使用中混凝土桥面受侵蚀的病害问题，造成这一严重问题的主要因素为混凝土桥面重渗入水和抗冻盐，并在垂直荷载反复作用下侵蚀破坏越来越严重。美国的 P.Martinelli[5]桥面铺装层沥青混合料厚度大于 12cm 时，行车荷载产生的剪应力不会对桥面防水层产生破坏。美国的 Novak J R[6]研究认为防水层与铺装面、桥面之间的接合强度基本都能满足设计交通量及荷载作用，但防水层抗渗性往往在面层施工后会明显降低。
第二章 水泥混凝土桥面铺装层的现状及存在的问题
2.1 混凝土桥面使用现状
通过对西安市长安区 143 座桥梁使用现状调查发现，存在病害问题桥梁数量占调查桥梁的五分之一左右，其中桥面铺装层病害问题导致桥梁使用性能严重下降的桥梁数量约占 6％。
1．常宁宫滈河特大桥
常宁宫滈河特大桥位于 X227 县道上，于 2012 年 10 月建成通车。桥梁桩号 K2+133，跨径组合为 12×40m+26×30m 箱梁，墩柱结构为双柱式、U 型桥台。桥长 1267m，单幅桥宽 12m。桥面铺装为沥青混凝土。设计荷载等级为公路－I 级。左幅桥面铺装病害检查结果见表 2.1 以及图 2.1-图 2.18。
2.2 桥面铺装的病害类型及原因分析
2.2.1 桥面铺装层病害表现形式
1．平整度差
桥梁铺装层平整度差，导致行车起伏颠簸明显，舒适性差，并且铺装层承受的冲击荷载大，易疲劳破坏，使用耐久性降低。
2．铺装层裂缝
桥梁混凝土铺装层在重载或较大交通流作用下，易出现混凝土板断裂、局部破碎等病害，而开裂产生的缝隙往往从纵向接缝及横向接缝交叉处约呈斜 45º发育，后期发展成为纵向接缝附近不规则断裂及边部破损。桥梁工程上部采用预制钢筋混凝土梁板，施工时由于梁板拼装部位后期浇筑混凝土，无论是从接合部施工条件以及养护条件而言，都处于承载力薄弱环节，该部位易产生铺装层纵向开裂。此外，铺装层厚度也与开裂病害具有密切关系，较厚的桥梁铺装层受力特点更接近于路面结构，抗疲劳耐久性强；反之，在行车荷载作用下，易受弯拉疲劳破坏，进而导致开裂病害。
2.2.2 桥面铺装的破坏特征
通过桥梁铺装层病害调查结果表明，主要病害包括：
1．桥面铺装层横桥向开裂
该类病害普遍存在与桥梁伸缩装置垂直方向的 0.5 米至 2 米之间，并且以梁板支座中心位置居多，主要成因为交通荷载冲击作用下铺装结构边部破损，并在桥梁支座上部负弯矩效应下导致铺装结构横向裂纹，在交通荷载反复作用下进一步发育为横向开裂病害。而大跨径桥梁由于跨中挠曲度往往较大，在交通荷载反复作用下也易导致该类病害发生。
2．沿梁板接缝纵向开裂
小跨径或中跨径桥梁梁板本身的抗弯刚度较大，而垂直方向位移较小。在横桥方向由于梁板刚度小，梁板之间通过湿接缝及铺装结构共同传递横向受力，湿接缝作为桥梁上部结构受力薄弱环节主要承受抗剪作用。在交通荷载反复作用下，小跨径或中跨径桥梁较易顺着梁板接合部位纵向开裂，双向通行的桥梁中线附近位置纵向开裂病害更加明显。
第三章 斜向预应力桥面铺装结构受力分析 ......................................... 15
3.1 桥梁概况及计算模型 ............................................ 15
3.1.1 桥梁概况 ..................................................... 15
3.1.2 计算目的 .......................................... 15
第四章 斜向预应力桥面铺装结构设计方法 ............................................. 29
4.1 斜向预应力桥面铺装层构造设计 .............................. 29
4.1.1 斜向预应力桥面铺装推荐结构 ........................................... 29
4.1.2 预应力筋的间距和角度 ...................................... 29
第五章 斜向预应力桥面铺装施工技术研究 .................... 38
5.1 项目概况 ............................................ 38
5.2 斜向预应力桥面铺装设计方案 ......................................... 38
5.3 斜向预应力桥面铺装施工工艺研究 ............................... 39
第五章 斜向预应力桥面铺装施工技术研究
5.1 项目概况
本研究试验段依托 G312 商丹二级公路改一级公路工程项目，项目起点位于陕西省蓝小公路商洛出口方向收费站，终点位于丹凤县资峪桥，是 G312 的重要组成部分，也是商洛市“一体两翼”建设规划的重点环节，对促进商洛地区矿产、旅游资源开发，推动经济高质量发展具有深远意义。项目采用一级公路设计标准、双向四车道，新建桥涵汽车设计荷载采用公路-Ⅰ级标准，新建桥梁 5189 米/30 座（单幅）、涵洞 103 道、天桥81 米/1 座，旧桥加固利用 2147 米/24 座（单幅），路线全长 53.746km，新建 9.739km，改扩建 44.007，批复总概算约为 14.1 亿人民币。该项目是陕西省公路建设探索改革传统管理模式背景下，首次采用设计施工总承包模式进行建设管理、首次采用政府工作总承包模式进行征地拆迁和环境保障的公路建设项目。
第六章 主要结论及进一步研究建议
6.1 主要结论
1．建立了斜向预应力桥面铺装结构力学模型，通过对预应力桥面铺装对其结构影响分析可知，其结构刚度有较大提升，结构受力性能有较大改善，桥面挠度减少，行车舒适性提升。
2．随着斜向预应力桥面铺装层厚度的增加，结构自重效应不断增大，桥面铺装预应力对结构产生的有利影响不断被削弱，当预应力桥面铺装层厚度超过 14cm（预应力 3）时，结构自重的影响将会超过预应力的影响，从而对结构产生不利作用，故推荐采用的预应力桥面铺装层厚度不大于 14cm。
3．铺装层厚度采用推荐值（14cm）时，考虑桥面铺装层参与受力后，主梁弯矩效应最大减少 14.24%，剪力效应最大减少 16.09%；主梁短期作用应力最大减少 28%，长期作用应力最大减少 21%；挠度最大减少 37.6%。自振频率较铺装层不参与受力时有明显提升，说明斜向预应力桥面铺装对结构刚度提升明显，对主梁受力性能有较大的提升作用。
4．斜向预应力桥面铺装层厚度取值最小值为 12cm（布置斜向预应力筋构造要求），最大值为桥面铺装层结构自重对箱梁结构跨中正弯矩的影响超过预应力效应的影响，对于不同的桥型跨径应对铺装层厚度进行计算（背景桥为 14cm）。
5．提出斜向预应力桥面铺装结构细部构造设计及设计标准，结构设计方法及流程。
6．研发斜向预应力桥面铺装相关施工机具，包括移动式碎石撒布机等。
7．提出了斜向预应力桥面铺装施工技术，给出了施工工艺、施工流程以及施工注意事项，并提出质量检验和验收标准。
8．首次在 G312 商丹二级公路改一级公路工程项目高桥大桥进行斜向预应力桥面铺装试验段的铺筑，通过分析模拟的 6 种工况条件下的荷载试验，表明实体工程刚度满足使用性能要求，与理论分析相吻合。
参考文献（略）