ES10復合結構在鋼橋面鋪裝養護中的可行性探究

劉智星

浙江交工高等級公路養護有限公司 浙江 杭州 310051

引言

舟山跨海大橋是舟山本島連接大陸的唯一陸路通道，起點為寧波市鎮海區蛟川樞紐，終點連接舟山市定海區雙橋街道，全長46.2km；中間橫跨金塘島、冊子島、富翅島、里釣島，包含金塘大橋、西堠門大橋、桃夭門大橋、響礁門大橋、岑港大橋五座跨海大橋，其中：響礁門大橋、岑港大橋為混凝土梁橋；金塘大橋主通航空段為雙塔斜拉橋，主橋為1210m鋼橋面，其余為混凝土橋面；西堠門大橋為雙塔懸索橋，主橋為2228m鋼橋面；桃夭門為雙塔斜拉橋，主橋為580m鋼橋面。

金塘大橋、西堠門大橋于2009年通車，桃夭門大橋、響礁門大橋、岑港大橋于2006年通車；時至今年，全線運行時間最長路段已達到15年，時間最短亦達到12年，橋面瀝青鋪裝層病害已逐步顯現且發展速率越來越快，尤其是三座鋼橋面鋪裝層，均出現了裂縫、坑洞、車轍等病害，其中以最早通車的桃夭門大橋鋼橋面鋪裝最為嚴重。

桃夭門大橋坐落于冊子島與富翅島之間，日均車流通行量為1.8萬輛，2019年舟山跨海大橋?；奋嚵拷饨?，大型槽罐車數量劇增，貨車占比達到歷史最高水平11%；桃夭門大橋鋼橋面鋪裝出現車轍、坑洞、裂縫等病害，嚴重影響行車安全及舒適度，路況指標不達標；鋼橋面鋪裝技術很多，目前國內主要有環氧類、瀝青類以及聚氨酯類鋼橋面鋪裝技術，但是各工作工藝均有優劣，我們根據舟山跨海大橋為及舟山與大陸的唯一通道無法斷流及長時間占道施工的通行特殊性，尋求一種能快速、有效、長久的鋼橋面鋪裝修復形式，以解決在高速養護施工中鋼橋面鋪裝修復時間窗口期短的難題[1]。

舟山跨海大橋鋼橋面建設初期均采用雙層環氧瀝青混凝土，環氧瀝青混凝土剛性較大，易出現剛性雞爪裂縫，逐步擴展到網裂坑洞；由于雙層環氧瀝青混凝土施工難度較大，養生時間較長，無法滿足通行高速的養護施工要求，因此2015年嘗試了雙層瀝青類結構修復，經過5年的運營，瀝青類病害的情況凸顯，車轍推擠層出不斷；對此我們需要探尋一種新的工藝，有效的匹配鋼橋面鋪裝層結構修復養護施工的特殊性。（如表1所示）。

表1 鋼橋面歷年養護形式及現狀分析

2 舟山跨海大橋典型病害類型有

2.1 疲勞開裂

由行車荷載和溫度變化的多次反復作用引起的瀝青鋪裝層的開裂破壞，是鋼橋面鋪裝的主要破壞類型之一。鋼橋面瀝青鋪裝層由正交異性鋼橋面板支撐，在車輛荷載作用下，正交異性鋼橋面板的變形導致縱向加勁肋、橫隔板（或橫向加勁肋）、縱隔板、主梁腹板等加勁部件與鋼橋面板焊接處成為高應力區，并在這些位置處的鋪裝層產生較大的負彎矩，即這些位置處的鋪裝層表面是拉應力或拉應變集中區。因此疲勞開裂首先出現在鋪裝層表面，然后逐漸向底面發展。在縱向加勁肋、縱隔板、主梁腹板頂部的橋面瀝青鋪裝層表面易出現縱向裂縫。在橫隔板（或橫向加勁肋）頂部的橋面瀝青鋪裝層表面易出現橫向裂縫，在橫隔板與加勁肋交匯處，鋪裝層表面易出現網裂。

2.2 車轍

車轍主要表現為鋪裝層表面輪跡處出現沉陷及側向隆起現象。鋼橋面瀝青鋪裝在長時間車輛荷載（包括交通量成倍增長、重載、超載、慢速行駛、渠化交通）的作用下，鋪裝層瀝青混合料的抗永久變形能力不足，易引起車轍病害。尤其在高溫時節，鋪裝層工作溫度高出氣溫20～30℃，鋪裝瀝青混合料體現出較強的黏塑性而表現出抗永久變形能力不足。此外，高溫時節黏結層材料強度大幅度降低，鋪裝層與鋼板間的抗剪切能力不足，易加速車轍的發展。

2.3 坑槽

早期裂縫若得不到及時有效的處理，不斷擴展后會形成坑槽。此外，鋼橋面瀝青鋪裝瀝青混合料的空隙率大、水穩定性不足等亦可能引發坑槽。

2.4 推移和壅包

鋼橋面瀝青鋪裝層與瀝青混凝土路面一樣，在受到較大的車輪垂直和水平荷載作用時，鋪裝表面會出現推移（或波浪）和壅包破壞。推移是瀝青混凝土的塑性流動滑移產生的，其特征為橫跨瀝青表面的波形起伏。壅包是鋪裝表面的局部隆起，成因是車輛荷載引起的重直和水平荷載的綜合作用使結構層內產生的剪應力超過材料的抗剪強度，同時也與行駛車輛的沖擊、振動等動力作用有關。

由于鋼橋面瀝青鋪裝是鋪設在導熱性好的鋼橋面板上，鋼橋面瀝青鋪裝層發生的壅包破壞，不僅會產生瀝青路面上常見的瀝青包，且會產生特有的高溫氣包。高溫氣包的形成是由于鋼橋面瀝青鋪裝體系內含的水分在夏季高溫下（鋼板的溫度可達到80℃）蒸發成氣體，鋼橋面瀝青鋪裝層為了防止雨水浸蝕鋼板一般采用致密型瀝青混凝土，更有甚者，如澆注式瀝青混凝土的空隙率達到零，因此鋪裝層內部的氣體無法泄出，這樣游動的氣體越聚越多，最終不斷膨脹，使瀝青混合料鋪裝層表面形成局部隆起。

2.5 黏結層失效或脫層

黏結層失效或脫層是鋼橋面瀝青鋪裝的主要病害類型之一，也是鋼橋面瀝青鋪裝特有的一種破壞類型。在行車荷載、溫度等共同作用下，鋼橋面瀝青鋪裝層與鋼板間存在較大的剪應力，引起較大的剪切變形，當鋪裝層與鋼板之間結合界面的黏結力差、抗水平剪切力較弱時，在水平方向便產生相對位移直至黏結層失效或脫層。

3 養護施工時間窗口期分析

鋼橋面鋪裝養護施工與新建施工不同在于施工時間的窗口期非常短，一旦原路面破碎打開，后續施工必須連續進行，發生堵車、警備任務、交通事故等特殊情況無法撤除，對社會影響大；因此對施工工藝要求嚴格，施工周期要可控，主要影響有以下幾個方面：

3.1 舟山跨海大橋單向每日大流量時段及周末潮汐流量影響

舟山跨海大橋每日進出島流量集中在13時至16時之間，桃夭門大橋主橋段位于最高點，雙向均為上坡路段，上橋前易發生擁堵；

普陀山風景區坐落于舟山，是浙江一日游及周末踏青的好去處，一到周末往來上香禮佛的游客絡繹不絕，形成了舟山跨海大橋特有的周六進島，周日出島的大流量特性，根據舟山跨海大橋大流量管理辦法，周六上行進島方向禁止施工，周日下行出島方向禁止施工，為鋼橋面鋪裝連續施工造成了困難。

3.2 鋼橋面鋪裝施工期間雨水影響

鋼橋面鋪裝施工中，由于下面層為鋼板，防銹是第一要務，因此不允許有雨水侵入，舟山跨海大橋處于海洋氣候條件下，時有陣雨，因此施工期間需要調查、收集歷年的同期天氣情況，以及近期的天氣預報情況。

受沿海地區夏季臺風影響、梅雨季節影響，施工時段應避開6～9月（6月為梅雨季節，7～9月臺風季節）。

3.3 海洋氣候早間露水影響

跨海大橋處于海面之上，每日凌晨升溫時隨著水蒸氣蒸發遇上低溫裸露的鋼橋面，形成水凝珠，進而形成大面積濕漉漉的橋面，對裸露的鋼板造成極大的影響，也影響后期環氧黏結層涂刷、環氧瀝青層的攤鋪；因此鋼橋面鋪裝的黏結層工藝、攤鋪工藝應避開夜間時段，直至太陽升起，露水蒸發后方可進行施工[2]。

4 環氧瀝青混凝土+高黏高彈SMA10瀝青混凝土雙層復合型結構修復鋼橋面鋪裝層

4.1 結構層形式的優勢

隨著交通流量和重載交通的增大，不少橋面鋪裝表面出現大面積的損傷破壞，主要的病害有：裂縫、坑槽、脫空、坑槽維修后的新舊界面開裂和再度破損等。故需要對其整體翻修，由于鋼橋面鋪裝的特殊性，需要考慮眾多因素，如：溫度、車流量、降雨量等，從源頭預防病害是重中之重。

從養護的角度講，雙層環氧鋪裝養護時間長，成本高昂，且工藝要求嚴格，不適用于交通極為擁堵路段的養護施工；雙層SMA，表面構造好，經濟型強，但抗疲勞較差，強度模量也不足，易產生車轍、推移；而澆筑式混凝土，高溫穩定性較差，抗車轍能力較弱，且層間嵌擠力不足[3]。

為滿足鋼橋面安全舒適行駛使用要求，一方面采用環氧鋪裝的高強度模量起到承載和防水作用，提高鋪裝層的耐疲勞性；另采用相對較粗的SMA-10來提高磨耗層的抗車轍能力和抗滑能力。

環氧瀝青混凝土+高黏高彈SMA-10瀝青混凝土的結構層形式，既滿足了鋼橋面板到瀝青面層剛性過度要求，又解決了環氧瀝青混凝土剛性太強易開裂的情況，面層通過SMA-10瀝青混凝土做完磨耗層，避免了通行車輛直接與環氧瀝青層接觸。

在下一輪養護維修過程中，給予了我們單層維修處理的條件，以避免二次銑刨再對鋼板造成傷害。

4.2 施工窗口期的控制

環氧+高黏高彈鋼橋面施工有兩個窗口期：

第一個窗口期為底層環氧防水層涂布24h后至72h內環氧瀝青混凝土層施工，需把握天氣、路況、車流等綜合因素的影響，精確控制攤鋪時間，確保每一車環氧瀝青混凝土在出廠3h內攤鋪完成。

第二個窗口期為環氧黏結層涂布24h后至72h內高黏高彈SMA10瀝青混凝土面層施工，該窗口期主要控制好環氧黏結層的養生時間，避免拉絲或完全固化。

5 結束語

鋼橋面鋪裝層的形式多種多樣，環氧瀝青混凝土+高黏高彈SMA-10瀝青混凝土的結構層形式的優勢在于：異層鋪裝結構，使得剛性過度呈階梯形式，逐漸由剛性過度到柔性路面，避免了直接剛柔結合的層間黏結問題；每一階段的施工窗口期可控，有利于在沿海地區海洋天氣多變的情況下進行施工；最后對下一輪養護施工提供了單層處理的條件，減少了后期養護的成本。