钢桥面铺装病害特点及设计要点分析

公路交通科技 应用技术版
钢桥面铺装病害特点及设计要点分析
白海涛， 王端宜
（ 华南理工大Leabharlann 交通学院， 广东 广州 ５１０６４１）
摘 要： 文章分析了钢桥面铺装病害特点， 分析了国内外钢桥面铺装基本情况， 并分析了不同铺装材料的特点及
应用情况， 对我国钢桥面铺装情况及病害特点进行了详细分析， 总结了钢桥铺装设计必须考虑的因素及我国钢桥
我 国 的 钢 桥 面 铺 装 材 料 初 期 以 双 层 ＳＭＡ 为 主 ， 但 双 层 ＳＭＡ 方案在 世 界 其 他 国 家 应 用 较 少 ， 近 年 开 始 应 用 环 氧 沥 青 及 浇 注 式 沥 青 混 凝 土 铺 装 材 料 ， ２００４ 在 年 安庆长江大桥 钢 使 用 浇 注 式 沥 青 混 凝 土 上 加 铺 ＳＭＡ 铺 装 方 案 。 我 国 初 建 的 钢 桥 桥 面 板 相 对 较 薄 ， 为 １２ｍｍ 厚 ， 最 近 新 建 钢 桥 桥 面 板 厚 度 已 经 提 高 到 １４ｍｍ 或 １６ｍｍ。
面铺装的特殊要求， 为钢桥面铺装设计提供了参考。
关键词： 桥面铺装； 正交异性钢桥面； 沥青混凝土； 病害
中图分类号： Ｕ４４３．３３
文献标识码： Ｂ
钢桥面铺装目前是我国公路建设中的一个热点、难 点问题， 严重钢桥面铺装早期破坏情况影响大跨径桥梁 交通功能发挥。有必要对钢桥面铺装研究进行相关的总 结分析， 本文对国内外钢桥面铺装进行了分析， 为钢桥 面铺装设计提供参考。
３ 钢桥面铺装材料研究进展
３．１ 浇注式沥青混凝土桥面铺装研究进展 随着交通荷载的增加， 对桥面铺装高温性能的要求
不 断 提 高 ， 单 纯 添 加 ＴＬＡ 的 改 性 沥 青 在 一 些 环 境 已 经 不能够满足要求， 目前已开始完全采用聚合物改性沥青 作 为 胶 结 料 或 聚 合 物 改 性 沥 青 与 ＴＬＡ 沥 青 混 合 作 为 沥 青玛蹄脂胶结料。由于聚合物改性沥青玛蹄脂不仅具有 优良的高温性能， 也具有良好的低温性能， 聚合物改性 沥青玛蹄脂可以作为钢桥面铺装防水层、保护层或磨耗 层。但是聚合物改性材料对加热比常规材料更敏感， 过 高温度或长时间加热能够导致改性剂产生变化， 降低或 改变改性沥青胶浆性能。如果聚合物改性沥青粘度过 高， 浇注式施工难度很大， 这也是聚合物改性沥青玛蹄 脂路用性能与施工性能之间需要平衡的矛盾。 ３．２ 环氧沥青沥青混凝土发展
１ 我国钢桥面铺装状况
１．１ 我国钢桥面铺装使用状况 随着我国公路建设发展， 我国已建成及即将建成的
大跨径正交异性桥面板钢桥已有 ２０ 多座 ， 我国从 １９８０ 年代开始修建正交异性桥面板钢桥， 对正交异性钢桥面 铺装的研究最早开始于广东马房桥。在此期间铺装层主 要采用密级配 ＳＭＡ， 并从南京长江二桥开始采用环氧沥 青混凝土作用铺装材料， 从江阴大桥开始采用浇注式沥 青混凝土。
美国正交异性钢桥面铺装表现差异较大， 有的表现 优良， 有的表现较差， 在很大程度与钢桥面的刚度、重 载交通数量和比例， 及铺装类型和铺装层厚度相关， 尤 其近年交通荷载显著增加， 对钢桥面铺装性能提出了更 高的要求。环氧沥青铺装在美国的钢桥面铺装中应用非 常广泛， 浇注式沥青混凝土在美国桥面铺装应用较少。 ２．５ 台湾地区钢桥面铺装状况
台湾部分钢桥面铺装效果不理想， 有部分出现车辙 及脱层病害。台湾地区钢桥面桥面铺装目前所面临的问 题：（ １） 大部分桥梁位于交通枢纽， 在铺面需要进行维修 时很难封闭交通， 甚至没有替代道路， 对交通形成很大 的冲击；（ ２） 由于台湾地区砂石短缺， 兴建中的快速道路 或重要的联络桥多为钢桥， 传统沥青混凝土是否适用于 钢桥面有必要进行研究；（ ３） 由于钢桥面的刚度比混凝土 桥面板小得多， 承受载重车时变形较大。
日本钢 桥 面 铺 装 的 研 究 工 作 始 于 ２０ 世 纪 ５０ 年 代 ， 日 本于 １９５６ 年引进、发展来自德国 的 Ｇｕｓｓａｓｐｈａｌｔ 技 术 规范， 开始研究将这种技术应用在钢桥面铺装工程。在 １９７７ 年 ３ 月 制 订 了 “ 本 州 四 国 连 络 桥 桥 面 铺 装 基 准 ”， 以本四连络桥有关的 调 查 研 究 成 果 为 基 础 ， 在 １９８８ 年 版的沥青铺装纲要中公布了一般桥面铺设的设计、施工 技术的标准。
（ １） ＳＭＡ 桥面铺装材料研究 我 国 钢 桥 面 铺 装 采 用 ＳＭＡ 铺 装 方 案 以 来 ， 主 要 在 两个方面有明显提高： 改性沥青性能的改善提高。随着 高粘度改性沥青技术发展， 其性能均能达到 ＳＨＲＰ 分级 的 ＰＧ８２－ ２２ 或 ＰＧ８２－ ２８ 级 。通 常 采 用 木 质 素 纤 维 作 为 ＳＭＡ 混合料的稳定剂， 也有研究表明有机合成长纤维对 ＳＭＡ 混 合 料 的 热 稳 性 、 疲 劳 开 裂 性 、 抗 水 损 害 等 性 能 有所提高。但 双 层 ＳＭＡ 钢 桥 面 铺 装 出 现 一 些 较 严 重 的 车辙、开裂、推移等早期病害， 使用寿命约为 ３￣５ 年。 而目前 ＳＭＡ 所 采 用 的 沥 青 材 料 基 本 接 近 最 高 等 级 ， 其 施工温度也基本达到了极限温度， 如何进一步改善和提 高这两种铺装材料性能也是研究人员面临的技术难题。 （ ２） 浇注式沥青混凝土 我国大陆应用浇注式沥青混凝土桥面铺装是从 １９９９ 年 建 成 的 江 阴 长 江 大 桥 开 始 的 ， 铺 装 层 为 单 层 ５０ｍｍ 的 浇 注 式 沥 青 混 凝 土 ， 采 用 重 交 ＡＨ－ ７０ 沥 青 ＋ ＴＬＡ 湖沥青调制的改性沥青， 主要是借鉴英国的沥青玛 蹄脂的基础上， 采取了一些改进措施， 但其高温稳定性 较难满足使用环境要求。而基本相同铺装方案在香港青 马大桥表现良好。 通 过 ＳＢＳ 改 性 沥 青 掺 加 ＴＬＡ 的 复 合 改 性 措 施 或 单 独采用聚合物改性沥青来提高浇注式沥青混凝土的高温 稳定性， 但这种改性沥青的粘度较高， 施工温度需要提 高到 ２４０℃， 可能会造成 ＳＢＳ 改性沥 青的老化， 降低改 性效果， 目前这种改性沥青浇注式沥青混凝土的高温稳 定性、疲劳性能是否适合我国的气候、交通环境还需要 进一步考验。 （ ３） 环氧改性沥青混凝土 我国环氧沥青作为路面材料在国内研究起步较晚， 同济大学在上世纪 ９０ 年代对环氧沥青 进 行 了 较 系 统 研 究。但目前国产环氧沥青性能与国外产品还有差距。我 国也有必要自主研发性能优良的环氧沥青， 以满足工程 建设需要。 ２０００ 年南京长江二桥钢桥面铺装应用美国 ＣｈｅｍＣｏ 公司成品环氧沥青， 其后在润扬大桥， 江阴长江大桥， 湛江海湾大桥、佛山平胜大桥等钢桥面铺装中应用环氧 沥青混凝土， 并在江阴长江大桥铺装维修中应用日本环 氧沥青。
１９６７ 年 ＣｈｅｍＣｏ 环氧沥青混合料首次用作美国 Ｓａｎ Ｍａｔｅｏ－ Ｈａｙｗａｒｄ 大桥正交异 性钢桥面铺装层。自此以后 环氧沥青铺装材料在美国、加拿大的正交异性桥面上得 到 广 泛 的 应 用 。 美 国 ＣｈｅｍＣｏ 环 氧 施 工 温 度 为 １１０ ￣ １２１℃， 施工时间为 ４５￣９０ｍｉｎ。
桥名
建成时间
第一次大修
第二次大修
马房大桥
１９８４
１９９２
２００１
西陵长江大桥 虎门大桥
江阴长江大桥 汕头礐石大桥 厦门海沧大桥 军山长江大桥
１９９６ １９９７－ ５ １９９９－ ．９
１９９９ １９９９ ２００１－ １０
１９９７ １９９８－ １２
２００３ ２００４ ２００２ ２００４
２００３－ １１ ２００４ ２００６
术标准经过 ３０ 余年的发展， 在 １９９２ 年制定较系统的钢 桥面铺装标准。随着交通荷载及新材料发展， 近年德国 钢桥面铺装技术也在不断完善和发展， 尤其是近年随着 轴载、交通量增加， 德国桥面铺装出现一些病害， 相关 部门开始着手研究进一步的解决措施。 ２．２ 荷兰钢桥面铺装状况
目前荷兰有 ８０ 多 座 正 交 异 性 桥 面 板 钢 桥 ， 其 钢 桥 面铺装主要采用沥青玛蹄脂混凝土。在 ２０ 世纪 ７０ 年代 前正交异性钢桥面铺装很少出现问题， 但是在此后荷兰 及其他国家的正交异性钢桥面铺装病害问题发展的非常 快， 出现了车辙、开裂、滑动脱层等病害， 主要可归纳 为以下原因： 交通量增加、车辆轴载增加、新型轮胎增 加 （ 如超级单轮） 、轻型桥面结构应用、缺少有力规范。 因 此 在 １９７０ 以 后 开 始 研 究 其 他 类 型 的 沥 青 桥 面 铺 装 ， 如热碾压型沥青混合料， 改性沥青混合料等。荷兰 Ｄｅｌｆｔ 科技大学 Ｍｏｌｅｎａａｒ 教授提出“正交异性钢桥面铺装设计 新思想”， 其核心思想是钢桥面 铺装设计应结 合 钢 桥 面 铺装的受力特点进行铺装材料设计分析， 而不是直接套 用路面材料性能规范和经验。 ２．３ 日本钢桥面铺装技术发展情况
纵向推移、开裂等病害； 浇注式沥青混凝土桥面铺装也 出现早期车辙、开裂损坏， 环氧沥青桥面铺装目前表现 较好。
图 １ 钢桥面铺装病害主要表现 对钢桥面铺装使用状况调研表明， 钢桥面铺装病害
主要表现（ 见图 １） 。即主要表现为铺装层的 层间抗剪强 度、抗疲劳开裂、高温稳定性还达不到钢桥面铺装的要 求。随着改性沥青高温性能的提高， 目前一般改性沥青
日本主要桥面铺装结构一般为下面层采用 ３０￣４０ｍｍ 浇注式沥青混凝土， 磨耗层采用 ３０￣４０ｍｍ 沥青混凝土， 一般不采用单独的防水层， 只是在清理后的钢桥面上涂 布溶剂型粘结层。 ２．４ 美国钢桥面铺装发展情况
美国自 １９６７ 年开始引入正交异性桥面板结构形式， 桥面板及桥面铺装设计规范主要是参考借鉴德国相关规 范。
１２４ ＧＯＮＧＬＵ Ｊ ＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪ Ｉ ＹＩＮＧＹＯＮＧ ＪＩＳＨＵ ＢＡＮ
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１９６７ 年美国学者 Ｍｅｔｃａｌｆ 对环氧沥青 桥 面 铺 装 材 料 进行模拟疲劳对比试验， 试验数据表明环氧沥青混凝土 抗疲劳性能明显优于普通沥青混凝土， 该试验开始了环 氧沥青铺装在美国广泛应用。