BRT專用車道站臺段鋼橋面鋪裝的一種解決方案

肖 春，陳鵬飛，王文建

（1.中恒工程設計院有限公司，四川 成都 610017；2.中國市政工程西北設計研究院有限公司成都分公司，四川 成都 610017）

0 引言

快速公交系統（BRT）是一種高品質、高效率、低能耗、低污染、低成本的公共交通形式，充分體現以人為本，構建和諧社會的發展理念。自第一條BRT線路于2005年在北京開通以來，至2017年底我國已有35個城市的BRT系統已相繼開通或在建中。BRT專用車道位于車站段的定點停車位具有車輛輪壓大、荷載作用位置相對集中等特點，夏天時若鋪裝層的高溫動穩定性不足將在定點停車位處形成剪切推移、車轍等病害，且鋼橋面鋪裝病害出現得比混凝土橋面更早且更嚴重[1]。

常見的鋼橋面鋪裝有雙層改性SMA、澆筑式瀝青混凝土（GA10）+高彈SMA、環氧瀝青混合料（EA）三種[2]，同時也有在鋼橋面鋪裝修補時采用聚氨酯混凝土[3-4]或灌注式PRC+SMA的案例。本文以貴陽市中環路作為工程背景，提出了四種BRT專用車道站臺段鋼橋面鋪裝的方案，經檢驗最終的實施方案可滿足工程需求，為國內外的類似工程提供參考。

1 工程背景

1.1 工程簡介

貴陽市中環路（原名1.5環）全長29 km，包括新建南埡路、黔春大道、朝陽洞路和改建利用現狀東二環、北二環道路組成，是貴州省第一條采用高架快速路+快速公交的城市道路。中環路全線通行BRT車輛，共計24個BRT站點，其中黔靈村站、嘉潤路站、黔江路站、沙沖路站、玉廠路站五個站臺位于鋼箱梁上。中環路的鋼結構橋梁均采用鋼箱梁，最大跨徑55 m，橋面系統采用常規的正交異型板，頂板厚度16 mm，鋼橋面總鋪裝面積約35 500 m2。

根據工期要求，中環路于2016年12月20日開通，該工程鋼箱梁最晚要于2016年11月底施工完畢，留給鋼橋面鋪裝施工的時間不足20 d。貴陽市11月的月平均氣溫為11℃，12月的月平均氣溫為5.9℃，鋪裝施工時氣溫較低，也是決定鋼橋面鋪裝方案的一個控制因素。

根據不同的使用要求，將鋼橋面鋪裝分為一般段鋪裝與站臺段鋪裝。一般段包括社會車道及BRT專用車道非站臺區，一般段鋼橋面鋪裝總厚度為80 mm，主要結構組成為38 mm高彈改性瀝青SMA-13+38 mm高彈改性瀝青SMA-13+4 mm（緩沖層+防水黏結層）；站臺段為BRT專用車道的站臺區，需專門進行設計。

1.2 常用的鋼橋面鋪裝

目前世界上最常用的鋼橋面鋪裝方式有以下三種：

（1）雙層改性SMA。雙層SMA在較重的交通荷載環境下容易產生病害，如武漢軍山大橋、廈門海滄大橋、西陵長江大橋等都產生了較多的病害，其高溫穩定性不高。由于此方案在成都二環路鋼箱梁修補過程中表現不良[5]，故該工程不采用此方案。

（2）澆筑式瀝青混凝土（GA10）+高彈SMA。澆筑式瀝青混凝土鋪裝在國內經過眾多工程的實際檢驗，質量優良，較少發生病害。但其高溫穩定性不足，在成都二環路高架橋BRT站區已出現了嚴重破壞，故該工程不采用此方案。

（3）環氧瀝青混合料（EA）。環氧瀝青混合料的綜合性能比較優良，耐腐蝕性能較好，車轍動穩定度較高[6]。可分為溫拌式與熱拌式：溫拌式的弱點是施工時必須嚴格控制，少許的水分就會導致鋪裝層嚴重鼓包，并且在攤鋪后必須保證有足夠長的養護期以確保環氧瀝青混凝土能夠基本完成固化；熱拌式由于出料溫度高，可去除水分，顯著減少或避免鋪裝層鼓包開裂的病害，且養護周期短。

2 鋪裝方案比選

2.1 設計原則

BRT專用車道站臺段鋼橋面鋪裝方案設計原則如下：

（1）盡量采用成熟可靠、性能穩定、有成功案例的方案。

（2）需綜合考慮工期、造價、供貨條件等因素，同時保證可實施性。

2.2 設計方案

筆者在分析了成都二環路高架橋BRT專用車道站臺段鋼橋面鋪裝破壞原因的基礎上，得出了橋面層的高溫動穩定度不足是導致鋪裝層破壞的主要原因的結論[1]。針對貴陽市中環路的具體條件，提出了如下鋪裝方案：

方案一：溫拌式環氧瀝青混合料。

方案二：熱拌式環氧瀝青混合料。

方案三：聚氨酯混凝土。

方案四：灌注式+SMA。

2.2.1 方案一：溫拌式環氧瀝青混合料

以美國ChemCo System公司為代表的溫拌式環氧瀝青混合料由組分A（環氧樹脂）與組分B（一種由石油瀝青和固化劑組成的勻質合成物）組成，組分A與組分B混合后即開始發生化學反應而形成一種不可逆的、高溫不熔化的固化物。在70℃、0.7 MPa輪壓下，通過調整骨料集配、改善瀝青性能等方法，動穩定度可達18 375次/mm[7]。

混合料出料溫度為110～130℃，養生周期較長，需30～45 d[2]。由于溫拌式環氧瀝青混合料出料溫度過低，對施工過程中遇到的水分，如工人的汗水甚至空氣濕度大產生的水氣都沒有辦法揮發出去，水氣包裹在混合料里面，早期在綜合作用下容易產生“鼓包”病害。因此對原材料、施工環境、工藝等要求相當高，施工時必須嚴格控制，少許的水分就會導致鋪裝層嚴重鼓包，直接影響橋面鋪裝的壽命[8]。

據不完全統計，ChemCo環氧瀝青混合料自2000年至2010年12月在我國應用于約18座鋼橋面鋪裝，因其施工要求苛刻，施工控制難度相當大，使得其完全成功率僅16.7%[9]。

2.2.2 方案二：熱拌式環氧瀝青混合料

以日本良園商事株式會社代理的KD（原為日本大有株式會社代理的TAF）為代表的熱拌式環氧瀝青混合料養生周期短（3～7 d）、高溫施工（出料溫度為170～185℃），可去除水分，顯著減少或避免鋪裝層鼓包開裂的病害[2]。

熱拌式環氧瀝青混合料在沿江高速公路跨錫澄高速公路的江陰峭嶇橋、江陰大橋鋼橋面鋪裝大修工程（中間車行道）、連云港疏港通道橋等工程中得到應用，其后在珠江黃埔大橋北汊橋、虎門大橋、廣州東沙大橋、湛江海灣大橋維修工程等鋼橋面鋪裝中得到應用。自2004年至2010年12月TAF環氧瀝青在我國應用于7座鋼橋面鋪裝，整體上表現較好，僅虎門大橋由于高溫、重載、薄鋼板等因素存在病害[9]。

2.2.3 方案三：聚氨酯混凝土[3-4]

彈性混凝土的工程性能介于普通水泥混凝土（剛性）和瀝青混凝土（柔性）之間，具有比普通水泥混凝土重量輕、韌性高、抗裂性好、吸收能量多、隔熱、隔聲、減震能力強等優點。聚氨酯彈性混凝土是眾多彈性混凝土中的一種，其70℃動穩定度可達150 000次/mm。主要用于修補工程，尚未有大規模進行鋼橋面鋪裝的案例。

2013年針對成都二環路BRT高架橋鋼箱梁瀝青鋪裝出現的病害，對一部分站臺段出現的問題采用聚氨酯混凝土進行修補，方案如圖1所示。聚氨酯彈性混凝土含有三組分，首先將組分A（預聚體）與組分B（固化劑）倒入容器中攪拌約30 s，然后緩慢加入組分C（骨料），用高速剪切機攪拌2～3 min，直至所有骨料攪拌均勻。聚氨酯混凝土表面光滑，需在其表面進行刻槽以保證防滑效果。

部分站臺處鋪裝經聚氨酯混凝土處理后，聚氨酯混凝土面層出現脫落現象，且修補后與原橋面鋪裝之間存在高差且呈繼續擴大趨勢[5]，經重新修補后，整體效果不錯，如圖2所示。

2.2.4 方案四：灌注式+SMA

反應性灌注式混凝土采用灌注式施工工藝，在常溫下施工，向大孔隙混合料中灌注反應性樹脂內材料。大空隙內反應性樹脂類材料形成連續結構，具有優異的耐疲勞性能，且能夠完全封水，避免水分對鋼橋面鋪裝的影響。

圖1 方案三橋面鋪裝結構圖

圖2 成都二環路成仁路公交站（2016年8月）

灌注式混凝土PRC-10采用大空隙（20%左右）混合料級配成型OGFC骨架基體，然后灌注改性環氧樹脂，完全填充OGFC的空隙，改性環氧樹脂形成連續狀態，使得該材料具有良好的抗疲勞開裂性能，同時灌注膠為反應性材料，固化反應完成后具有較高的強度。

灌注式混凝土綜合了環氧瀝青混凝土高強度和澆筑式瀝青混凝土空隙率低的優點，具有如下特點：

（1）具有接近于0的空隙率從而具有優良的防水作用。

（2）具有環氧瀝青混凝土的高強度，避免形成車轍。

（3）具有比環氧瀝青更強的柔韌性，適應鋼板變形。

該鋪裝方案結構組成為38 mm高強度改性瀝青SMA-13+40 mm灌注式反應性樹脂瀝青混凝土PRC-10+2 mm防水黏結層（見圖3）。

圖3 方案四鋪裝構造

贛州大橋及永川長江大橋亦采用圖3的鋪裝構造，使用至今無其他病害，完整良好（見圖4、圖5）。

圖4 2012年在贛州大橋局部修補

圖5 2014年重慶永川長江大橋鋼混結合段

2.2.5 方案比較

對各方案進行方案比選，結果見表1。

表1 方案比較表

從技術成熟度及相關案例角度，方案一、方案二均有較大規模的使用案例，且在《公路鋼橋面鋪裝設計與施工技術規范》（總校稿）均有對應的相關內容；方案三、方案四均只應用于局部維修，處于試驗階段，尚無大規模應用案例，且設計、施工缺相關規范支持。

方案一具有對施工溫度要求高、對施工工藝要求極高、養護周期長等不利點，最終質量不易保證；方案二具有養護周期短、對施工要求不高等優點，且不需要專用設備，具備可實施性。經業主組織專家會評審后，最終采用方案二作為實施方案。

3 鋪裝實施方案

3.1 設計要求

站臺段鋼橋面鋪裝總厚度為80mm，主要結構組成為38 mm熱拌式環氧瀝青混合料EA-10+38 mm熱拌式環氧瀝青混合料EA-10+4 mm（防水黏結層）[10]，如圖6所示。

圖6 實施的鋪裝方案

BRT大容量公交車載客多、載重大，站臺段定點停車位置極易出現車轍及剪切推移病害，為延緩、降低病害出現的時間及程度，站臺段鋼橋面鋪裝組合結構的高溫抗車轍性能、界面連接性能、抗疲勞性能須滿足如下要求：

（1）車轍動穩定度要求。要求由鋪裝面層+黏層+鋪裝下層+緩沖層組成的組合結構在70℃下的車轍動穩定度不小于15 000次/mm。

（2）界面連接性能要求。要求在25℃條件下，由鋪裝下層+緩沖層+防水黏結層+鋼橋面板組成的組合結構，鋪裝下層與鋼橋面板之間的界面剪切強度設計值不小于2.4 MPa，界面黏結強度設計值不小于1.2 MPa。

（3）疲勞強度。要求對由鋪裝面層+黏層+鋪裝下層+緩沖層+防水黏結層+鋼橋面板組成的組合結構，采用三點加載疲勞試驗對鋪裝結構的疲勞性能進行評價，在三點加載下組合結構試件的疲勞次數不小于120萬次。

3.2 施工要求

鋪裝材料的各項性能指標、施工中的控制指標等均滿足設計及相關規范要求。2016年12月，在較短時間內完成了BRT車站段的鋼橋面鋪裝施工，為工程的按期通車打下了堅實的基礎（見圖7）。

圖7 熱拌式環氧瀝青混凝土施工現場

3.3 使用效果

貴陽市BRT系統于2016年底試運營，經歷了一整個寒暑周期的考驗，于2017年9月中旬對鋪裝效果進行考察，效果良好，如圖8、圖9所示。

圖8 黔江路站鋪裝（2017年9月）

圖9 黔靈村站鋪裝（2017年9月）

4 結語

本文針對BRT專用車道站臺段鋼橋面對鋪裝層動穩定性要求高的問題提出了四種可行的鋪裝方案，并結合在貴陽市中環路中的實踐，所得的主要結論如下：

（1）提出了可采用溫拌式環氧瀝青混凝土、熱拌式環氧瀝青混凝土、聚氨酯混凝土、灌注式+SMA四種方案。

（2）根據貴陽市中環路BRT車站段鋼橋面鋪裝的具體要求，對以上各方案進行比選，并選取熱拌式環氧瀝青混凝土作為實施方案。從運營結果來看，效果良好。