天津地區(qū)鋼橋面鋪裝應用現(xiàn)狀調(diào)查

□文/孫欽林

我國修建的大部分大跨徑懸索橋和斜拉橋幾乎均采用正交異性鋼橋面和瀝青鋪裝作為橋面系[1]。鋼橋面鋪裝是我國公路建設的一個熱點和難點問題。我國對鋼橋面鋪裝的研究起步較晚，初始階段基本是引進和學習國外的鋪裝技術為主[2]。在引進過程中，有收獲也有教訓，甚至出現(xiàn)部分橋梁橋面鋪裝通車后不久即出現(xiàn)較為嚴重的疲勞開裂、高溫車轍、粘結(jié)層失效或脫層、橫向推移和擁包等病害，有的橋梁橋面鋪裝已進行多次翻修重建，嚴重影響通車功能并產(chǎn)生不良的社會影響[2～3]。

近年來，大跨徑鋼橋面鋪裝技術的研究受到國內(nèi)學術界和工程界的高度重視，已投入大量人力和物力對鋼橋面鋪裝進行深入研究并取得積極成果，工程應用反饋效果良好。本文調(diào)研各類鋼橋面鋪裝在天津各重點工程中的應用情況，總結(jié)經(jīng)驗教訓并提出改進橋面鋪裝性能的建議。

鋼橋面鋪裝的類型及受力特性

從減輕荷載和行車舒適性方面考慮，鋼橋面一般采用薄層瀝青混凝土鋪裝層，具有重量輕、高粘結(jié)性、不透水等特殊性能[1]。橋面鋪裝一般由防銹層、粘結(jié)層、瀝青鋪裝層構(gòu)成，直接鋪筑于正交異性板鋼橋面之上。目前，鋼橋面鋪裝瀝青混合料可分為4大類，以德國和日本為代表的高溫拌和澆注式瀝青混凝土；以英國為代表的瀝青瑪蹄脂混凝土；以美國為代表的環(huán)氧樹脂瀝青混凝土及德國、日本近期采用的SMA改性瀝青。按瀝青混合料鋪裝結(jié)構(gòu)又可分為3大類，即同質(zhì)單層、同質(zhì)雙層和異質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)[1，4]。

正交異性鋼橋面鋪裝層典型的破壞形式主要有鋪裝表面的裂縫、車轍及粘結(jié)層的剪切破壞[5]。因此鋪裝層表面最大拉應力、鋪裝層與鋼板間的最大剪切應力及鋪裝表面的最大撓度成為鋪裝層受力的控制指標。

橋面鋪裝除了要求滿足普通瀝青混凝土路面的基本要求外，還應具有與正交異性鋼橋面板的結(jié)構(gòu)特點及使用條件相適應的技術性能。包括足夠的強度和恰當?shù)膭偠?；良好的變形協(xié)調(diào)性；良好的抗疲勞性；較好的高溫穩(wěn)定性和抗剪能力；良好的抗裂性能；與鋼板粘結(jié)牢固。

天津地區(qū)鋼橋面鋪裝調(diào)查

西河橋

西河大橋[6]主要跨越子牙河及子牙河南北兩條道路，主橋采用48.5 m+115 m+48.5 m自錨式懸索橋。該橋橋面鋪裝采用了澆注式瀝青混凝土并在鋪裝中加入了SMA結(jié)構(gòu)層。在澆注式瀝青混凝土中加入一定的添加劑，用以改善瀝青鋪裝的耐久性、反滲透性以及抗老化性能。

富民橋

富民橋[7]為獨塔空間索面自錨式懸索橋，橋塔為獨柱，主跨主纜錨于主梁兩側(cè)，邊跨主纜錨于地錨，形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。該橋設計的環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層包括厚度為60～80μm環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層+27.5 mm上層環(huán)氧瀝青混凝土+環(huán)氧瀝青粘結(jié)層+27.5 mm下層環(huán)氧瀝青混凝土。

該橋采用的國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混凝土是在多組分新型環(huán)氧瀝青基礎上，通過對確定配合比例的國產(chǎn)環(huán)氧瀝青進行混合料目標配合比設計，確定了礦料的級配范圍、混合料的最佳油石比以及高溫固化溫度、時間等參數(shù)；然后，通過試驗與進口環(huán)氧瀝青混凝土相比較，確定的適合國產(chǎn)多組分環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝的施工工藝。

大沽橋

大沽橋[8]位于天津市和平區(qū)與河北區(qū)交界處的海河上，全長154 m，其中主橋長106 m，系下承式系桿拱。大沽橋采用雙層環(huán)氧瀝青混合料的鋪裝方案，鋪裝層厚度為5 cm。該橋所采用的環(huán)氧瀝青由環(huán)氧樹脂A和石油瀝青加固化劑B組成。固化劑與瀝青的相容性很好，無分離現(xiàn)象。

組分A是由雙酚A和表氯醇經(jīng)反應得到的液態(tài)雙環(huán)氧樹脂，不含稀釋劑、軟化劑或增塑劑，也不含無機填料、其他污染物或不溶物質(zhì)。組分B是一種由石油瀝青和環(huán)氧樹脂固化劑組成的勻質(zhì)合成物，不含不可溶物質(zhì)和污染物。按其在鋪裝層中用途不同，可配制成粘結(jié)層材料和結(jié)合料。粗集料采用清潔、干燥、不含風化顆粒、無雜質(zhì)、近立方體顆粒反擊式破碎的玄武巖。鋪裝施工期間，在粘結(jié)層的施工、級配控制、瀝青混凝土的攤鋪與碾壓等關鍵環(huán)節(jié)加強了質(zhì)量控制，取得了良好效果。

響螺灣開啟橋

開啟橋不同于懸索橋或斜拉橋，其鋼橋面鋪裝層和粘結(jié)層的層間剪切應力等會隨著橋梁開啟角度的變化而呈復雜的分布。響螺灣開啟橋[9]主梁為鋼箱梁結(jié)構(gòu)，橋面系采用正交異性鋼橋面板。主梁采用雙葉立轉(zhuǎn)式開啟，最大開啟角度85°，雙葉開啟段跨徑76 m，橋跨屬大懸臂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式新穎獨特。橋面鋪裝材料擬采用環(huán)氧瀝青混凝土，鋪裝厚度擬為30 mm。

針對立轉(zhuǎn)式開啟橋特點，專門采用三維有限元軟件ANDA對橋面鋪裝層在主梁結(jié)構(gòu)開啟過程中的力學性能進行了數(shù)值分析并與未開啟時承受車輛荷載作用下的鋪裝力學特性做了比較，以期為開啟橋橋面鋪裝體系的設計與施工提供理論依據(jù)。分析結(jié)果表明開啟角度最大時，鋪裝層最大剪應力達到最大值，比剛開啟時增加了50%。

泰達大街京山橋

泰達大街京山橋[3]鋼橋面瀝青鋪裝層采用9 cm雙層式高粘度改性瀝青鋪裝。下面層采用5 cm改性瀝青AC-20C，上面層采用4 cm改性瀝青SMA-13。由于SMA的瀝青用量較普通瀝青混合料大，在SMA中摻加0.3%的木質(zhì)素纖維，使自由瀝青得到控制，再考慮到天津地區(qū)冬季氣溫較低，在SMA中摻加適當比例的晴綸纖維以提高混合料的低溫抗裂性能。晴綸纖維對改善SMA混合料路用性能的作用，見表1。

表2 SMA瀝青摻和晴綸纖維性能試驗結(jié)果

改進鋼橋面鋪裝性能的措施

鋼橋面鋪裝層的主要功能是在為車輛提供平穩(wěn)的行駛路面，這就要求鋪裝層具有足夠的強度及耐久性、耐磨性、抗滑性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及防滲透能力。

將橋面鋪裝與鋼橋面板二者作為一個整體來考慮，優(yōu)化橋面板厚度及U肋形式。由于鋼橋面板與橋面鋪裝是一個相互搭配和相互影響的體系，因此二者的合理厚度搭配，對鋪裝層的性能至關重要。

有效降低橋面鋪裝層溫度，改善橋面鋪裝層溫度作用條件[10]。鋼橋面鋪裝層內(nèi)溫度場變化較路面溫度場變化更為劇烈，溫度條件更為苛刻，加之瀝青混合料是溫度敏感性材料，在高溫條件下，鋼橋橋面鋪裝層容易發(fā)生早期破壞。因此在進行鋼橋橋面鋪裝層設計時，應更加注意考慮高溫問題。

結(jié)語

（1）本文調(diào)查了天津地區(qū)不同橋型鋼橋橋面鋪裝的應用情況。一些自主研發(fā)或改進的橋面鋪裝瀝青已得到廣泛應用并且取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。表明目前已經(jīng)逐步擺脫長期依賴進口橋面鋪裝瀝青的狀況。

（2）鋼橋面鋪裝的研究理論與方法，包括材料設計與結(jié)構(gòu)設計是一項復雜的系統(tǒng)工程。在科學研究及工程設計中，應將鋼額橋面板的結(jié)構(gòu)參數(shù)、環(huán)境條件及鋪裝層的參數(shù)綜合考慮，進行優(yōu)化設計。

（3）隨著天津地區(qū)，尤其是濱海新區(qū)新一輪基礎設施建設的推動，必將有力促進適合天津地區(qū)環(huán)境條件的鋼橋面鋪裝的不斷發(fā)展和更新。

[1]張健康，胡光偉，俞先江，等.大跨徑鋼橋面鋪裝體系關鍵技術研究進展[J].交通運輸工程與信息學報，2008，6（2）：12-21.

[2]楊 進，葉 奮，賈曉陽.大跨度鋼橋面瀝青面層鋪裝研究[J].城市道橋與防洪，2007，（4）：110-112.

[3]黃 衛(wèi).大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝設計[J].土木工程學報，2007，40（9）：65-77.

[4]劉沐宇，曹玉貴，丁慶軍.新型鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的力學性能分析[J].華中科技大學學報（城市科學版），2008，25（4）：23-26.

[5]錢振東，羅 劍，敬淼淼.瀝青混凝土鋼橋面鋪裝方案受力分析[J].中國公路學報，2005，18（2）：61-64.

[6]劉 卓，孫 華.澆注式瀝青混凝土鋼橋面鋪裝技術[J].天津建設科技，2005，15（1）：46-48.

[7]韓振勇，蔣學奎，劉 躍，等.天津富民橋鋼橋面國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝技術[J].橋梁建設，2008，（5）：71-74.

[8]劉 云，錢振東，程 剛.天津大沽橋鋼橋面鋪裝的設計與施工[J].交通運輸工程與信息學報，2005，3（4）：94-100.

[9]于立群，郭洪宗，隋洪瑞，等.天津響螺灣開啟橋開啟過程橋面鋪裝動態(tài)響應分析[J].公路工程，2009，34（2）：65-68.

[10]逯彥秋，陳宜言，孫占琦.改善鋼橋面鋪裝層高溫作用的有效措施[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2009，41（7）：115-119.