淺析鋼橋面鋪裝

易幼秋 王大明

摘 要：本文結(jié)合實(shí)際工程分析鋼橋面鋪裝材料的基本特性，簡(jiǎn)要介紹鋼橋面鋪裝常用材料，并分析常見(jiàn)鋼橋面鋪裝方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最后介紹常見(jiàn)鋼橋面鋪裝的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：橋梁工程; 鋼橋面鋪裝; 鋪裝材料; 鋪裝優(yōu)缺點(diǎn); 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U443.31? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-3315（2021）12-161-003

自大跨度橋梁建設(shè)以來(lái)，具有架設(shè)方便、跨越能力強(qiáng)、工業(yè)制造程度高等優(yōu)點(diǎn)的鋼箱梁橋在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。鋼橋面鋪裝是鋼橋梁工程的一部分，鋼橋梁跨徑越大，鋪裝的變形協(xié)調(diào)性要求越高，大跨徑橋梁建設(shè)施工難度越大。鋼橋面鋪裝層的作用是保護(hù)鋼橋面板，為車輛提供行駛條件，一般由防銹層、保護(hù)層、粘結(jié)層及磨耗層等構(gòu)成。因鋼橋面架設(shè)的環(huán)境及其自身材料和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，致使鋼橋面承受的荷載比一般道路路面多變、復(fù)雜，如風(fēng)載、鋼板面與鋪裝材料的溫度差異、鋼板局部變形等。故鋼橋面鋪裝的強(qiáng)度要求更高，其疲勞耐久性及鋼板與鋪裝協(xié)同工作等性能要求更好。車輛直接在鋼橋面鋪裝上行駛，鋼橋面鋪裝的質(zhì)量直接影響到司乘人員的舒適性、安全性和整座橋梁的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和投資效益。

1.鋼橋面鋪裝材料應(yīng)具備的基本特性

正交異性鋼橋面板構(gòu)造復(fù)雜、受力形式特殊，且正交異性鋼橋面板蓋板的下部縱、橫加勁肋兩個(gè)方向的剛度及變形的差異都非常顯著，而蓋板的剛度小、變形大，所以鋼橋面鋪裝的變形協(xié)調(diào)能力需要足夠好，才能使鋼橋面板與鋪裝共同協(xié)調(diào)工作，滿足其耐久性要求;如果鋼箱梁橋面防腐不到位，很容易生銹、腐蝕;在車輛、氣候、車輛漏油等綜合因素的作用下，鋪裝層的強(qiáng)度會(huì)嚴(yán)重下降，從而導(dǎo)致各種路面病害[1]，如車轍、松散、坑槽等。

因此，鋼橋面鋪裝材料需要具備以下基本特點(diǎn)：

（1）強(qiáng)度高、自重輕。橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)，要求其主梁的厚度小、自重小，因鋼箱梁橋面板具備以上特點(diǎn)，故被廣泛應(yīng)用于橋梁工程中。若鋪裝厚度及自重過(guò)大，鋼橋承受荷載增加，鋼橋設(shè)計(jì)難度便增大[2]。因此鋼橋面鋪裝應(yīng)選用輕質(zhì)高強(qiáng)的材料。

（2）界面抗剪能力強(qiáng)。為避免在行車過(guò)程中鋪裝層與層之間，鋪裝層與鋼板之間出現(xiàn)層間推移破壞[3]，其不同材料的界面間的抗剪切能力需足夠強(qiáng)，這是鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

（3）優(yōu)異的水穩(wěn)定性和溫度敏感性。在濕潤(rùn)和干燥的連續(xù)循環(huán)作用下，粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度下降，骨料容易從粘結(jié)劑上剝落，造成路面的破壞，如坑洞、變形等。而在冬季，隨著氣溫的不斷下降，累積的溫度應(yīng)力達(dá)到鋼橋面鋪裝的低溫破裂溫度[4]，鋪裝路面表面出現(xiàn)裂縫，隨著雨水的進(jìn)入，會(huì)造成更多的病害。

（4）鋪裝需具有與鋼橋面板良好的協(xié)同工作能力。鋼橋面是一種柔性體系，剛度較小，在反復(fù)荷載作用下，其變形幅度大、頻率高[5]，而鋪裝相對(duì)剛度較大，彈性變形較小，為保證鋼橋梁鋪裝體系在其使用壽命下能夠正常運(yùn)行，鋼橋面鋪裝與鋼橋面板需有良好的協(xié)同工作能力，以避免疲勞作用下鋪裝層與鋼橋面板變形不協(xié)調(diào)而開(kāi)裂，從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的后期病害。

（5）耐久性優(yōu)。鋪裝層的耐久性越好，橋面鋪裝壽命與鋼橋結(jié)構(gòu)使用壽命的匹配度越高，維修次數(shù)越少。鋼橋面鋪裝組成復(fù)雜，破壞后維修難度大，影響交通。為減少維修次數(shù)和經(jīng)濟(jì)損失，鋪裝材料的耐久性能要求高。

（6）施工方便。因橋梁一般架設(shè)于江河之上，施工環(huán)境多變，鋼橋面鋪裝施工工藝尤為重要，且鋼橋面板為吸熱材質(zhì)，夏天溫度較高，冬季溫度較低，故其材料需便于施工。

2.常用鋼橋面鋪裝方案

鋼橋面鋪裝技術(shù)研究一直是一項(xiàng)世界性難題，因?yàn)槠洳牧蠈?duì)溫度敏感性、對(duì)疲勞開(kāi)裂有嚴(yán)格的要求，在與鋼板協(xié)同工作時(shí)，對(duì)協(xié)調(diào)變形、層間粘結(jié)有很高的要求，同時(shí)其施工條件也極為嚴(yán)格，而且運(yùn)作后對(duì)排水系統(tǒng)的要求也較嚴(yán)格[6]。我國(guó)對(duì)鋼橋面鋪裝技術(shù)的研究始于1995年，比美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)及日本晚二十多年。目前，世界上主要的鋼橋面鋪裝方案依照材料和施工方法差異進(jìn)行分類，有：改性瀝青SMA方案（德國(guó)、中國(guó)）;澆注式瀝青混凝土（GA、MA）方案（德國(guó)、英國(guó)）;環(huán)氧樹(shù)脂瀝青混凝土（EA）方案（美國(guó)、日本）;超高性能混凝土UHPC鋼橋面鋪裝體系（中國(guó)）。

3.常見(jiàn)鋪裝類型的優(yōu)缺點(diǎn)

改性瀝青[7]作為混合料的粘結(jié)劑，是在基質(zhì)瀝青的基礎(chǔ)上引入改性劑，經(jīng)過(guò)化學(xué)作用和加工而改良的瀝青，根據(jù)不同的性能要求，可在基質(zhì)瀝青中引入橡膠類聚合物、樹(shù)脂類聚合物或其余外摻劑。

澆筑式瀝青混凝土本質(zhì)上也是一種改性瀝青混合料，在控制鋼橋面鋪裝低溫抗裂、延性及防水性能方面具有良好的作用，其最大的特點(diǎn)是流動(dòng)性大，澆注式鋪裝的施工可以通過(guò)簡(jiǎn)單的攤鋪和平整來(lái)完成[8]，根據(jù)組成和工藝的不同，澆注式瀝青混合料可分為Mastic Asphalt（MA）和Guss Asphalt（GA）兩種類型。

環(huán)氧樹(shù)脂瀝青混凝土（EA）是由環(huán)氧樹(shù)脂瀝青結(jié)合料和級(jí)配要求合格的礦料，經(jīng)過(guò)加工工藝制成的熱固性混凝土材料。

超高性能混凝土UHPC是目前應(yīng)用較少的新型水泥基復(fù)合材料[9]，其具有優(yōu)良的強(qiáng)度、耐久性能和超高韌性，可以適應(yīng)多種工程需求。

常見(jiàn)鋼橋面鋪裝方案優(yōu)缺點(diǎn)如表1：

4.常見(jiàn)鋪裝類型應(yīng)用情況

雖然現(xiàn)階段SMA在中國(guó)廣泛用于鋼橋面鋪裝，但一直以來(lái)病害不斷，路面經(jīng)常需要維修，影響交通。隨后，中國(guó)引進(jìn)了澆筑式瀝青混凝土鋪裝技術(shù)，并應(yīng)用于臺(tái)灣新東大橋和高平大橋。同時(shí)，將MA+SMA路面結(jié)構(gòu)應(yīng)用于深圳灣公路大橋和昂船洲大橋，其應(yīng)用效果良好。目前國(guó)內(nèi)的澆筑式瀝青混凝土鋪裝技術(shù)多數(shù)采用GA+SMA路面結(jié)構(gòu)，如江陰長(zhǎng)江大橋、山東勝利黃河公路大橋以及安慶長(zhǎng)江大橋等。從南京長(zhǎng)江大橋開(kāi)始，我國(guó)鋼橋面鋪裝嘗試采用環(huán)氧瀝青混凝土，之后潤(rùn)揚(yáng)大橋北汊橋、潤(rùn)揚(yáng)大橋南汊橋及南京長(zhǎng)江三橋等也陸續(xù)采用環(huán)氧瀝青混合料進(jìn)行鋼橋面鋪裝。我國(guó)研發(fā)出UHPC鋪裝體系后，便應(yīng)用于鋼橋面的翻修及整座鋼橋面的鋪裝，目前各鋼橋面鋪裝應(yīng)用良好。表2-表5分別為四種常用鋼橋面鋪裝方案的實(shí)際工程應(yīng)用。

5.結(jié)論與展望

近年來(lái)出現(xiàn)了一些新型鋼橋面鋪裝材料，比如超高性能混凝土，其施工工藝相對(duì)單一，對(duì)設(shè)備和施工環(huán)境要求低。基于我國(guó)橋梁破壞的特點(diǎn)，相關(guān)學(xué)者提出了新的組合式鋪裝技術(shù)，簡(jiǎn)稱ERS鋪裝技術(shù)。在常溫條件下，性能發(fā)揮良好，且可在高溫作用下增強(qiáng)鋪裝材料和鋼板的粘結(jié)性能，防止外部車輪荷載造成鋪裝層間滑移。這些新型鋼橋面鋪裝技術(shù)有很大研究潛力，應(yīng)受到研究者的重視，使其在鋼橋面鋼鋪裝方面得到更為廣闊的發(fā)展與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張海濤，天津地區(qū)鋼橋面鋪裝選型原則，北方交通，2020（04）：第43-46頁(yè)

[2]盧輝與胡玲玲，幾種典型鋼橋面鋪裝類型的對(duì)比，科學(xué)技術(shù)與工程，2009.9（17）：第5234-5237+5251頁(yè)

[3]吳念.鐵路鋼橋面鋪裝材料現(xiàn)狀和前景分析，云南水力發(fā)電，2019.35（06）：第84-86頁(yè)

[4]明圖章，胡光偉，黃衛(wèi).鋼橋面鋪裝體系溫度應(yīng)力特性研究，上海公路，2006（04）：第41-44+5頁(yè)

[5]王體宏等.鋼橋面鋪裝技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展，石油瀝青，2020.34（01）：第46-49頁(yè).

[6]毛學(xué)功.鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)方案分析，城市道橋與防洪，2009（01）：第55-57+9頁(yè)

[7]郭偉堅(jiān).改性瀝青SMA在鋼橋面鋪裝工程的應(yīng)用，廣東公路交通，2002（01）：第24-27頁(yè)

[8]劉國(guó)昌.澆注式瀝青混凝土施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2021（03）：第120-122頁(yè).

[9]周尚猛，王偉.超高性能混凝土鋪裝體系在鋼橋面中的應(yīng)用，橋梁建設(shè)，2019.49（S1）：第20-25頁(yè)

[10]吳美艷，陳露一.超高性能混凝土的收縮特性試驗(yàn)研究，世界橋梁，2017.45（05）：第60-64頁(yè)