上海長江大橋主橋鋼橋面鋪裝維修方案對比分析

楊媛媛，蘇 凱，程 斌

［1.上海城投公路投資（集團）有限公司，上海市 200335；2.上海城投研究總院，上海市 200031；3.上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院，上海市200240］

0 引 言

上海長江大橋建成通車于2009 年10 月31 日，起于隧道長興島登陸點，沿地面橫穿長興島并從東北部跨越長江口北港水域，直至崇明島陳家鎮。上海長江大橋全長16.63 km，主橋為雙塔雙索面全漂浮鋼箱梁斜拉橋，為雙向六車道，設計時速為100 km/h，是上海到崇明越江通道南隧北橋的重要組成部分。

該橋橋面行車道鋪裝原結構如圖1 所示，主橋行車道采用5.5 cm 厚雙層國產環氧瀝青混凝土（EA-10）鋪裝，下面層3 cm、上面層2.5 cm；緊急停車帶采用5.5 cm 厚雙層澆注式瀝青混凝土（GA-10）鋪裝。半幅環氧瀝青鋪裝層寬度為12 m，澆注式瀝青混凝土鋪裝寬度為4.15 m[1]。

圖1 上海長江大橋鋼橋面行車道鋪裝原結構

上海長江大橋自建成通車以來，已運行12 a，期間因重載交通、江面氣候潮濕等影響，鋪裝出現了一定的病害情況，因此于2013 年和2017 年進行了兩次規模較大的鋪裝維修工程。其中，第二次維修取得了較好的效果，目前鋪裝總體運行狀況良好，未再出現明顯病害。本文將對上海長江大橋使用期間的兩次鋪裝維修采用的方案進行對比分析，包括兩次方案所針對的病害情況、方案內容和方案實施效果評價等[2-6]。

1 第一次維修方案研究及分析

1.1 病害情況

至2013 年中，上海長江大橋鋼橋面鋪裝開始出現一系列路面病害，首先發生了鼓包現象，隨后在低溫季節主橋面開始開裂且裂縫快速發展，并出現坑塘，如圖2 所示。在所有車道中，上行三車道出現的坑塘現象最為嚴重。此外，在2013 年4 月雨季前后橋面開始出現金屬銹跡。期間原施工單位對該橋面鋪裝病害處采取了注漿、裂縫封閉、修補等措施，但橋面病害發展情況依舊存在。

圖2 2013 年橋面裂縫和坑塘情況

1.2 維修方案

針對上行三車道鋪裝出現較重病害的情況，原施工單位于2013 年9 月專門對上行三車道進行了維修。采用熱拌環氧瀝青混凝土，鋪裝結構采用5.5 cm單層式鋪裝，替換了原先的雙層環氧瀝青混凝土（EA-10）鋪裝結構，如圖3 所示。

圖3 第一次維修采用的鋪裝結構

1.3 實施效果

上行三車道經過第一次維修后，總體效果不盡如人意。根據2016 年現場調查結果顯示，上行三車道已出現較多的裂縫、推移等病害，有多處位置經小范圍修補后又產生了新的裂縫，如圖4 所示。

圖4 2016 年上行三車道鋪裝損壞情況

2 第二次維修方案研究及分析

2.1 病害情況及分析

至2016 年，上海長江大橋鋼橋面鋪裝的各類病害情況較先前又有所發展。在上行車道中，三車道的上坡段發生了較為嚴重的開裂、鼓包損壞，一、二車道也有一定的開裂、修補等病害。下行的三條車道均出現了較為嚴重的損壞，主要病害類型包括裂縫、坑洞（部分坑洞內環氧瀝青層間的黏層清晰可見）、修補等損壞，近中跨位置鋪裝沿輪跡開裂情況較為嚴重，如圖5 所示。

圖5 2016 年下行車道鋪裝損壞情況

根據現場鋪裝情況調查、養護維修記錄、交通情況和相關的工程經驗，鋪裝損壞主要原因如下：

（1）重載、超載交通大量重復作用。根據上海長江大橋2016 年某時段的交通數據（見表1、表2）分析得出，中大型貨車在上行三車道的日交通量最大，其中約四分之一貨車軸重超過100 kN，軸重超過設計要求（140 kN）的比例近10%，遠超過其他車道。這是上行三車道損壞速度比其他車道要快的主要原因。

表1 上海長江大橋2016 年某時段各車道平均交通流量數據

表2 上海長江大橋2016 年某時段車輛軸載比例 單位：%

（2）黏層失效。根據現場維修翻挖的情況，發現黏層厚度偏大，部分黏層厚度達到2 mm，超過了0.5 mm 的設計厚度，此外部分黏層材料未完全固化，使黏層材料松軟、發黏、無強度，導致黏層失效，進而產生脫層，引發了鋪裝面層各類病害。

（3）日常缺陷損壞維修不當。原施工單位針對鼓包現象進行了注漿處理，但由于材料及工藝制約，導致了注漿料與鋪裝層無法黏結、注漿料厚薄不均等問題，且部分滲透水仍蓄存于鋪裝內，造成水損害。

（4）鋪裝內存在蓄水。三車道與緊急停車帶間縱向接縫脫開，加上大橋所處位置氣候潮濕，在裂縫處滲水，而緊急停車帶不透水，導致三車道鋪裝層間蓄水，在高溫和交通荷載作用下加速了層間剝離，最終使鋪裝結構整體性衰變。

2.2 維修方案

針對上海長江大橋鋼橋面原始鋪裝使用至第7a出現的各類損壞，于2016 年組織開展了鋪裝維修方案設計，并于2017 年進行了維修工程。

基于對鋪裝損壞原因的調查分析，該鋪裝維修方案的設計重點為：（1）對重載交通有一定的適應性和耐受性；（2）確保瀝青鋪裝層層間及與鋼板之具有良好的層間結合能力；（3）確保鋪裝結構具有良好的抵抗高、低溫變形能力；（4）確保鋪裝體系具有良好的隨同工作性；（5）減少和控制水的影響。

為滿足上述設計要點，對多種典型鋪裝材料和結構方案進行比選，最終確定使用澆注式瀝青混凝土+SMA 的柔性鋪裝方案。鋪裝維修結構具體方案如下：

（1）行車道：采用總厚度為6.5 cm 澆注式瀝青混凝土+SMA 鋪裝方案，黏層使用改性乳化瀝青（PCR），防水黏結體系采用甲基丙烯酸甲酯，結構方案見表3。

表3 第二次維修行車道鋪裝結構

（2）緊急停車帶：將原鋪裝上層2.5 cm 澆筑式瀝青混凝土銑刨，改為3.5 cm SMA，黏層使用改性乳化瀝青（PCR），下層保留原鋪裝的3.0 cm 澆注式瀝青混凝土及防水體系，結構方案見表4。

表4 第二次維修緊急停車帶鋪裝結構

為確保維修實施效果，現場施工中采取了一定的技術手段和措施，包括：（1）在不損傷鋼板的前提下，對原鋪裝和環氧黏結層進行了徹底清理；（2）在鋼板拋丸除銹后4 h 內進行新防水黏結層施工，防止新銹斑產生。（3）通過專用機械嚴格控制鋪裝標高和厚度、攤鋪速度和溫度。

2.3 方案評價

大橋經2017 年10 月鋪裝維修工程完成至今已有3 a，鋪裝應用效果良好。根據2020 年底的現場回訪情況，如圖6 所示，該橋面鋪裝狀態完好，未出現開裂、鼓包、唧漿等路面病害。

圖6 2020 年底鋼橋面鋪裝情況

此外，根據3 a 內對橋面平整度的定期檢測情況見表5，橋面平整度系數（IRI）均未超過 2 m/km，鋪裝平整狀態優良。

表5 2017-2020 年鋼橋面鋪裝平整度情況

3 維修方案對比分析

從大橋的后續使用情況來看，第二次維修的效果明顯優于第一次。通過對比，兩次維修的區別主要體現在以下方面：

（1）維修規模：第一次維修僅對上行三車道進行翻修、改變鋪裝材料和結構，其他車道則維持原結構不做維修，因此相鄰車道材料性能和結構存在差異，相互黏結效果不佳，協同性差，導致縱向裂縫產生。此外，其他車道鋪裝既有裂縫的發展也會影響到已修復的上行三車道，使該車道重新產生病害。而第二次維修對整個鋼橋面鋪裝進行了徹底翻修，確保了鋪裝的整體性，避免了因為鋪裝材料與結構差異導致的協同性問題。

（2）鋪裝體系：第一次維修受現場交通、維修時間和局部施工條件等限制，采用的5.5 cm 單層環氧瀝青混凝土鋪裝單層厚度偏大難以壓實，影響鋪裝質量；而第二次維修則采用了澆注式瀝青混凝土+SMA 的雙層鋪裝結構，避免了單層鋪裝結構使用同種材料導致的高溫穩定性和低溫抗裂性較差問題，同時充分發揮了兩種材料的優勢，使鋪裝結構具備了良好的抗疲勞、隨從工作性、超載適應性、恒載增加較少、對原結構受力體系影響較少等優點。

（3）黏結體系：第一次維修并未完全解決黏結體系失效的問題，導致鋪裝性能后續進一步惡化；而第二次維修對鋼板表面原有黏結層進行了清理，并采用新的防水黏結體系和層間黏結體系，改善了鋪裝與鋼板及兩層鋪裝間的黏結性能，避免了因黏層失效導致的各種病害。

4 結 論

本文基于病害情況、維修方案、實施效果等方面，對上海長江大橋主橋鋼橋面鋪裝的兩次較大規模的維修情況進行了梳理，通過對比分析，總結了第一次維修方案存在的問題以及第二次維修方案的成功經驗，可為國內其他大橋鋼橋面鋪裝維修方案設計與實施提供一定的參考。

基于兩次維修的實施效果和技術方案對比分析可知，在國內重載交通日益嚴重的現狀下，對鋼橋面鋪裝材料和結構體系的選擇應考慮其對重載交通的適應性，同時應嚴格控制黏結體系的施工精度，提高層間及鋪裝與鋼板間的黏結體系質量，以確保整個鋪裝體系的工作性能和耐久性，減少各類病害和后續的日常維修。