南京地區環氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝病害分析及養護措施

李 丹，余 健，章登精

(1.江蘇省南京重大路橋建設指揮部，南京210031;2.江蘇省南京長江第二大橋有限責任公司，南京210006;3.江蘇省南京重大路橋建設指揮部，南京210031)

環氧瀝青混凝土鋪裝技術在國內于2000年首次用于南京長江二橋，解決了以往橋梁建成后不久出現的大面積推擠、車轍等破壞的問題。2005年該技術再次被用于南京長江第三大橋鋼橋面鋪裝。目前南京長江二橋通車已10 a，南京長江三橋也通車近5 a，鋼橋面鋪裝使用整體狀況良好。

南京長江二橋和三橋都是國家高速公路網、國道主干線在南京結點上的重要過江通道。南京二橋南汊大橋主橋為雙塔雙索面五跨連續鋼箱梁斜拉橋，橋梁跨徑布置為 58.5+246.5+628+246.5+58.5=1 238m，主跨628m;南京三橋主橋為五跨連續雙塔雙索面鋼塔鋼箱梁斜拉橋，橋梁跨徑布置為63+257+648+257+63=1 288m，主跨648m。均采用雙向六車道高速公路標準，設計行車速度100km/h，設計荷載汽車—超20級、掛車—120。鋼箱梁采用正交異性板流線型扁平鋼箱梁，鋼橋面鋪裝的行車道采用“2.5 cm+2.5 cm”的雙層環氧瀝青混凝土方案，鋪裝上下層之間、鋪裝下層與鋼橋面板之間均用環氧瀝青作為粘結層。具體結構如圖1所示。其中南京長江三橋按照20%的車輛超載30%的條件，進行橋面鋪裝設計驗證。

圖1 環氧瀝青混凝土鋪裝結構Fig.1 Pavement structure of epoxy asphalt concrete

南京長江二橋2001年通車后年日均交通量9800輛 (絕對數，以下同)，2009年日均交通量49 300輛，日均交通量年遞增 19.7%。從 2001-2002年度，按照“禁止軸載超50%的車輛過橋”的原則進行了超限車輛管理;因超限車管理系統問題，實際限制了“軸載超50%的車輛”中的約30%車輛通過大橋;2004年二橋公司股權轉讓后，取消超限車管理，2007年實現計重收費 (見表1)。

表1 2007年二橋過往車輛超載情況統計表 輛Tab.1 Statistics of Overload on the No.2 bridge in 2007

南京三橋2005年通車，06年日均交通量 (絕對數)12 200輛，2009年日達均交通量20 000輛，日均交通量年遞增17.9%，未設超限管理，實施計重收費。

表2 2007年三橋過往車輛超載情況統計表 輛Tab.2 Statistics of Overload on the No.3 bridge in 2007

1 鋪裝病害基本情況

南京地區鋼橋面鋪裝的病害以裂縫為主，也有少量鼓包和硬傷，其中裂縫病害占總病害的96.7%。

1.1 鼓 包

鼓包病害一般是由于殘留在鋪裝層內部的水，高溫形成水汽體積膨脹而導致的;鼓包也是對于密級配瀝青混凝土鋼橋面鋪裝最常見的一種病害表現形式。

環氧瀝青混凝土鋪裝鼓包病害一般是由于施工時的非人為因素 (諸如汗水、雨、露水等)而導致［1］。鋪裝層存在內部不連通空隙，空隙率很小(〈3%)，高溫下水逐漸變成水汽無法揮發到鋪裝層外，體積膨脹使得局部頂起，形成鋪裝層表面的“隆起”現象［2］。隆起的鋪裝層部分在車輛荷載的反復作用下很容易被壓碎，從而形成表面的不規則裂紋。二橋通車第一年出現多處鼓包病害，三橋因采用側喂料機施工工藝后未出現此類病害［3］。

按照鼓包發展的不同形式和表現出來的外觀形態，鼓包病害可劃分以下幾個階段。

(1)初期隆起。鼓包初期表現出來的是表面的圓形小范圍內的微微隆起現象，如圖2所示。鋪裝層被頂起，此處的鋪裝層脫離鋼板或下層基礎(視病害根源所在位置而定)的支撐，從而形成視覺上明顯的高差。初期隆起開裂現象出現后，如果不及時進行處理，就會發展成為更為嚴重的中期裂縫擴展。

圖2 鼓包與坑洞病害Fig.2 Drum kit and hollow hole

(2)中期裂縫擴展。初期隆起的鋪裝層部分在行車荷載的循環作用下迅速發展為裂紋，最為明顯的特征除了“隆起”頂端的放射分布裂紋繼續擴展以外，就是在初期“隆起”的圓形范圍的根部出現圓形裂紋，并有逐漸閉合的趨勢。該裂紋是“隆起”的鋪裝層部分在喪失支撐后被車輛荷載壓“塌陷”而導致的。

(3)完全破壞階段。如果鼓包病害發展到表面塌陷，鋪裝層所出現的裂縫，在行車荷載產生的壓力作用下，水從開裂鋪裝層處下滲到鋪裝層內部，導致鋼板銹蝕。整個鼓包區域混合料破壞，最終出現坑洞。坑洞的出現是鼓包病害處理不及時的必然結果。

1.2 裂 縫

包括縱向裂縫和短小方向各異的微裂紋 (不包括鼓包位置的微裂縫)，縱向裂縫最長達15～20m;微裂紋長度小于20cm，如圖3所示。

圖3 裂縫病害Fig.3 Crack defect

(1)微裂縫。微裂縫是非結構性受力裂縫，出現的位置并非是室內力學分析的最不利位置(應力或應變最大點)。裂縫出現極為不規則，且裂縫的間距也不固定。從裂紋發展的速度而言，速度極為緩慢。一般認為該裂縫跟施工工藝和施工控制不成熟有關。二橋出現的微裂縫發現于通車第2年，位于鋪裝面層的部分施工接縫兩側;三橋未發現微裂縫。

(2)縱向裂縫。縱向裂縫一般是結構性受力裂縫，有兩類:一類是因疲勞而產生的裂縫，一類是因結構及荷載原因引起的破壞裂縫。常常出現在正交異性鋼橋面板鋪裝層的最大拉應力位置，位于梯形加勁肋肋頂和縱隔板頂的鋪裝層表面附近區域。

1.3 表面小坑

一類是使用期間過往車輛上掉落硬物的沖擊損傷 (即外傷)，一類是施工留下在鋪裝表面的低強度雜物被汽車磨除，一般表現為凹坑。

外傷是指環氧瀝青混凝土鋪裝層由于過往車輛上硬物掉落鋪裝表面對鋪裝表面的沖擊與破損，或由于車禍等問題導致的硬物在鋪裝層表面形成的劃痕。二橋、三橋均出現多起此類病害。

三橋鋪裝施工第一次使用側喂料機，采用橡膠傳送帶，在長期高溫的作用下橡膠帶有老化剝落的情況，雖然在施工過程中有專人對剝落的橡膠塊進行清理，但是仍有極少部分會殘留在鋪裝層中。通車以后此處會形成薄弱點而產生小坑洞，如圖4所示。

圖4 硬傷病害Fig.4 Mishap defect

2 鋪裝病害分析對比

鋼橋面鋪裝的病害問題已經越來越突出，不少橋梁已直接影響橋梁的正常運營。國內鋼橋面鋪裝常見病害 (見表3)主要有六大類:①剪切滑移、脫層;②車轍;③推擠、擁包;④鼓包、坑槽、剝落破壞;⑤裂縫;⑥泛油、光面的輪跡帶或輪印。前三類病害為國內早期鋼橋面鋪裝常見致命的病害，成因分析見表3。以南京地區采用的環氧瀝青橋面鋪裝技術，很好地克服了前三類病害和第六類病害。南京地區環氧瀝青橋面鋪裝中所出現的病害，主要是第五類裂縫，第四病害也少有出現。

二橋鋼橋面第一次采用環氧瀝青混凝土鋪裝技術，出現的較為典型病害，按時間先后分別是:鼓包、微裂紋、表面小坑和縱向裂縫。

鼓包病害最早出現在二橋施工期 (2000年9月份開始施工，10月22日完成攤鋪)，起因是運料車直接行駛攤鋪車道聯結層上進行卸料，而貨車的車況參差不齊，時而出現滴水或漏油情況，使得水滴或其他高溫易汽化的液體被埋入混凝土體內。施工初期經驗不足、氣溫較高，出現鼓包較多;后期在運輸環節上針對性加強措施，氣溫也較低，鼓包也相對較少。在混凝土強度增長過程中發現的鼓包，采用排除水分等措施進行了修復;在混凝土養護期以后發現的鼓包，二橋通車前后都針對性地進行修補，仍以排除水分修補鼓包引起的層間聯結失效為主要目的。三橋2005年施工，研制了側喂料機，避免了料車對施工質量的直接影響，同時健全了施工管理細節，未出現鼓包病害。

二橋微裂紋病害分布于施工兩側，位于行車道中間位置 (非輪跡帶位置)，初期未作修補，也沒有明顯發展，形狀不規則，以橫橋向為主，早期發現的僅有部分段落存在。成因是鋪裝施工終壓階段，壓路機急停轉向所致。三橋施工期間，加強了施工碾壓管理，過程中發現類似裂紋，據此要求專項管理。

二橋縱向裂縫首次于2006年秋季被筆者發現，發現時裂縫上口已成圓弧狀。位于行車道縱隔板附近，該位置后期發現局部結構失效。疲勞試驗表明，常溫5kN荷載作用下疲勞壽命超過2 000萬次(花山玄武巖，二橋試件)，常溫8kN荷載作用下疲勞壽命不足200萬次 (花山玄武巖，三橋試件)。裂縫產生可以確認為高應力下的疲勞裂縫。三橋局部段落在2007年也發現縱向裂縫，該段落因暴雪災害曾大量積壓重型車輛和積雪。

表3 國內鋼橋面鋪裝常見病害Tab.3 Common defects in Steel deck pavement

續表

3 鋪裝病害養護措施

3.1 日常養護

日常養護主要是排水通道的清理和橋面清掃，可防止橋面積水導致抗滑性能下降，防止碎石或金屬物體被重車碾壓形成小坑。

3.2 運營初期溫度監測及灑水降溫

二橋環氧瀝青混凝土鋪裝的設計溫度為-15℃～60℃。考慮日照輻射作用下，表面溫度近70℃，2001年高溫期按照氣溫35℃以上灑水降溫并進行了溫度監測 (部分溫測結果見表4)。交通量驟增后，放棄了灑水降溫養護。溫度監測顯示灑水后，溫度可以降低近10℃。

3.3 鼓包病害養護

3.3.1 早期鼓包

修補目標是修復鼓包底部界面。養護期對突起鼓包在界面處理完畢后，采用加溫壓重措施消除突起。修補材料:低粘度材料YBL粘結劑材料和LSQ47環氧樹脂。LSQ47環氧樹脂主要強度指標:粘度 0.295 Pa·s(23℃)，拉伸強度 16.3 MPa，延伸率71%，常溫配置，固化時間短。

先在鼓起范圍的鋪裝層表面錐刺3～4個小孔，錐刺深度以達到鼓起底層位置，用熱吹風機將熱空氣鼓吹入鼓包鋪裝層內部，待鼓包內濕氣充分干燥并待溫度冷卻后即可進行灌縫處理。用注射器或專用裂縫灌注儀，按照從最低位置的錐刺孔灌注粘結料的原則進行灌注，待臨近錐刺孔內有YBL粘結劑滲出后，用橡膠皮堵孔，如此往復，直至最高位置的錐刺孔內粘結劑滲出為止，最后用灌縫料將裂縫密封，待YBL灌縫料固化后即可開放交通。

表4 南京二橋鋼橋面鋪裝溫度測量部分成果 (夏季)Tab.4 Temperature measurements of pavement in the No.2 bridge(summer)

3.3.2 中晚期鼓包

對惡化后鋪裝層的中晚期鼓包病害，可以根據鼓包范圍根部的裂縫閉合情況確定鼓包病害的嚴重程度，再根據不同的嚴重程度選擇采用灌縫密封處理還是開挖回填處理。

對于使用期間出現的嚴重中晚期鼓包開裂病害，按坑洞回填處理。

3.4 裂縫病害養護

3.4.1 修補材料

方案1:選擇一種低粘度，但強度值與原環氧粘結料相當的灌縫材料進行修補。擇優選擇YBL粘結劑作為環氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝層的裂縫修復材料。YBL86技術指標:粘度 0.075 Pa·s(23℃)，拉伸強度42.5 MPa，斷裂延伸率5.4%，常溫配置，固化時間4h。

方案2:根據不同的裂縫寬度，選用表5中的修縫劑加以修復。

表5 修縫劑技術指標 (23℃)Tab.5 Technical indexes of repair joint agent

方案3:將環氧樹脂+固化劑+酒精 (為溶劑)按照一定的比例調勻后，直接涂抹在裂紋(縫)的表面進行封閉

3.4.2 施工工藝

應選擇在連續烈日暴曬后進行，并避免高溫時分進行灌注;灌注前應清除裂縫內部的油污等影響粘結強度的雜質;若有油污，先用肥皂水進行刷洗，待日后烈日暴曬干燥后再進行灌縫處理。這些措施是為了灌縫材料在沒有到達裂縫底部時，不會因反應劇烈而導致粘度過大無法下滲，其修補情況如圖5所示。

圖5 部分病害修補情況Fig.5 Repair status of partial defects

裂縫周邊若存在明顯的唧漿現象，應先用切縫機對裂縫進行拓寬，處理好內部破碎顆粒及水分后，按坑洞病害處理。

3.5 坑洞病害養護

3.5.1 小坑洞修補

方案1:先將小坑洞內清理干凈，再將環氧樹脂+固化劑+酒精+集料按照一定比例調配后直接填入小坑洞內，最后人工進行夯實。

方案2:先用鋼絲刷與鬃毛刷將凹坑內的浮動顆粒與灰塵清除干凈，然后預埋細質集料，與臨近鋪裝層表面齊平，再將YBL86粘結劑灌入凹坑內，待粘結劑完全固化后即可開放交通。

方案3:用高強度Ⅳ型修復劑+冷拌混合料修補。修復Ⅳ型材料技術指標 (23℃)技術指標:粘度 0.43Pa·s50℃ (23℃)，拉伸強度 3.9MPa，斷裂延伸率180%，馬歇爾強度78.5 kN，流值31.0(0.1mm)。

3.5.2 大坑洞修補

是指直徑大于50cm的大坑洞以及狹長刮擦外傷坑洞的修補。

方案1:冷補法。用A型高強粘結劑+Ⅴ型純樹脂添加劑+冷拌混合料修補。采用容量為500～800 kg，加熱范圍250℃的小型滾筒拌合機進行機械拌和混合料，同時匹配小型手扶式壓路機，對修復鋪裝部分進行壓實處理。修復Ⅴ型添加劑技術指標:粘 度 0.23 Pa·s50℃ (23℃)， 拉 伸 強 度2.9MPa，斷裂延伸率 180%，馬歇爾強度 63.7 kN，流值38.2(0.1mm)h。修復 A 型粘結劑技術指標粘度 1.03Pa·s50℃ (23℃)，粘度 0.53(Pa·s，50℃)拉伸強度 7.83MPa，斷裂延伸率1200(%，23℃)，馬歇爾強度 63.7 kN，流值38.2(0.1mm)。

方案2:熱補法。環氧瀝青聯結層+環氧瀝青混合料。

4 幾點體會

病害的長期觀測及病害修補后的觀測表明，環氧瀝青混凝土鋼橋面的合理養護和病害修補方案至關重要。

(1)鋪裝的日常巡檢應高度重視，可以及時發現病害，便于制定可靠的修補方案;

(2)鼓包病害的處理要及時，早處理可以避免發展為坑洞;要嚴禁把初期鼓包 (病害范圍尚未確定)挖除，直接按坑洞修補。

(3)不是所有的裂縫都會發展為引起鋪裝破壞的病害，很多裂縫不修補也不會發展;要根據裂縫的寬度、深度及位置，是否存在唧漿現象，客觀分析并對裂縫進行分類，科學制度處理方案。

(4)坑洞修補應盡量采用熱補法，特別是大于20cm×20cm的坑洞應禁止用強度小于原鋪裝的材料修補。

(5)各類病害修補工作要嚴禁在雨季、低溫條件下進行，除部分裂縫修補外宜選擇高溫、干燥季節施工。

［1］于 力，童義和，俞 健.南京長江第二大橋鋼橋面鋪裝的養護管理［J］.公路交通科技，2006(3):105-107.

［2］李國芬，侯彥明，朱華平.瀝青混凝土橋面早期病害原因分析［J］.森林工程，2007，23(2):62-64.

［3］章登精.南京長江第三大橋環氧瀝青橋面鋪裝工程［J］.公路，2007(9):21-23.