水泥混凝土橋梁環(huán)氧瀝青橋面鋪裝經(jīng)濟(jì)效益分析

張衛(wèi)華

(呂梁市交通運(yùn)輸局，山西呂梁 033000)

1 概述

環(huán)氧瀝青是一種高性能復(fù)合材料，它從根本上改變了瀝青的熱塑性性質(zhì)，使其成為熱固性材料。與傳統(tǒng)的改性瀝青相比，環(huán)氧瀝青具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性，因而賦予了很高的耐久性。環(huán)氧瀝青還具有很好的防水性及追從性。當(dāng)它用于橋面鋪裝時便大大延長了工程結(jié)構(gòu)的使用壽命。

然而，由于它是高性能材料，也就具有相對較高的價格。必然使得環(huán)氧瀝青橋面鋪裝的初期建設(shè)費(fèi)用有所提高。但是，環(huán)氧瀝青橋面鋪裝可大大延長橋面使用壽命，從全壽命期間對橋面鋪裝的經(jīng)濟(jì)效益分析來看，環(huán)氧瀝青具有可觀的直接和間接效益。同時還具有很好的社會效益。本文結(jié)合重慶“涪陵—豐都—石柱高速公路大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋(龍河大橋)”環(huán)氧瀝青橋面鋪裝實(shí)例，對環(huán)氧瀝青橋面鋪裝的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析與評價。

2 環(huán)氧瀝青橋面鋪裝的直接經(jīng)濟(jì)效益分析

2.1 建設(shè)階段的直接成本

2.1.1 環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝

在工程建設(shè)階段，橋面鋪裝的造價包括瀝青混合料的材料成本和橋面鋪裝施工費(fèi)用。對于大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋，橋面鋪裝層厚度采用3 cm環(huán)氧瀝青混凝土+4 cm改性瀝青混凝土結(jié)構(gòu)。由室內(nèi)試驗(yàn)和試驗(yàn)工程施工可知，環(huán)氧瀝青混合料的最佳油石比為6.1%，壓實(shí)密度為2.43 g/cm3，則環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層材料費(fèi)為3 300元/m3。

環(huán)氧瀝青混合料(HLH-13)橋面鋪裝的施工設(shè)備和施工工藝與通常的瀝青混凝土基本相同(溫拌型)。因此，環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝的施工費(fèi)可按常規(guī)瀝青混凝土路面的費(fèi)用進(jìn)行測算，包括:混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪碾壓，直接工程費(fèi)為 474元/m3(195元/t)。

環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層直接工程費(fèi):3 774元/m3。單位費(fèi)用為37.34元/(m2·cm)，3 cm 厚鋪裝層費(fèi)用為 112.02 元/m2(如表1所示)。

表1 復(fù)合式環(huán)氧瀝青橋面鋪裝直接工程費(fèi)(每平方米)

2.1.2 改性瀝青混合料橋面鋪裝

目前工程中常用的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)為4 cm SBS+6 cm瀝青混凝土，其中，4 cm SBS改性瀝青混凝土鋪裝層直接工程費(fèi)59.28元/m2，6 cm中粒式瀝青混凝土工程費(fèi)為76.03元/m2，橋面鋪裝的直接工程費(fèi)用為154.91元/m2(見表2)。

表2 常用瀝青混合料橋面鋪裝直接工程費(fèi)(每平方米)

通過兩種鋪裝結(jié)構(gòu)的費(fèi)用對比分析可以看出(見表3)，復(fù)合式環(huán)氧瀝青鋪裝層工程費(fèi)是常用鋪裝結(jié)構(gòu)的1.34倍，每平方米造價在207元左右，比常用結(jié)構(gòu)(約155元)多50元左右。

表3 兩種組合的橋面鋪裝直接工程費(fèi)對比表

2.2 使用維修階段的直接成本

在一個橋面鋪裝設(shè)計周期15年內(nèi)，環(huán)氧瀝青橋面鋪裝不需要進(jìn)行大修和罩面，而常用普通瀝青混凝土橋面鋪裝按8年～10年大修1次考慮。常用瀝青混凝土橋面鋪裝使用維修階段大中修工程費(fèi)用見表4。

表4 橋面鋪裝大中修費(fèi)用表(鋪裝厚度10 cm)

2.3 橋面鋪裝全壽命期直接成本分析

建設(shè)階段和運(yùn)營維修階段合計直接成本見表5(不含日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用)。

表5 兩種鋪裝結(jié)構(gòu)全階段直接成本表

由表5可知，在整個建設(shè)和使用階段，復(fù)合式環(huán)氧瀝青橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的直接經(jīng)濟(jì)成本是相對較低的;而常用的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)直接經(jīng)濟(jì)成本是環(huán)氧瀝青橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的1.54倍。

3 環(huán)氧瀝青橋面鋪裝的突出優(yōu)點(diǎn)

環(huán)氧瀝青的高效防水作用和較薄的鋪裝厚度，減少了水對橋梁結(jié)構(gòu)的危害并減輕結(jié)構(gòu)自重，從而對橋梁結(jié)構(gòu)起了保護(hù)作用，使橋梁的整體使用壽命得到延長。

3.1 延長橋面鋪裝壽命

根據(jù)調(diào)查分析，我國高等級公路的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)大多在通車后3年～5年出現(xiàn)推移、開裂、坑槽、松散等損壞現(xiàn)象，主要原因是鋪裝材料自身存在的缺陷，這是一個長期以來未能解決的難題。

1)延緩高溫車轍和推移變形破壞。

根據(jù)試驗(yàn)研究，環(huán)氧瀝青橋面鋪裝材料具有優(yōu)良的高低溫穩(wěn)定性和抗水損壞耐久性。環(huán)氧瀝青混合料60℃條件下動穩(wěn)定度達(dá)到45 000次/mm以上(70℃條件下達(dá)到15 000次/mm以上)。而常用的SBS改性瀝青混合料動穩(wěn)定度僅為3 000次/mm～5 000次/mm，環(huán)氧瀝青比改性瀝青高9倍～15倍。說明出現(xiàn)推移變形的時間至少可以延遲4倍～5倍，也就是說在設(shè)計使用年限內(nèi)不會出現(xiàn)車轍或推移變形。

2)減少車輛反復(fù)作用下的疲勞破壞。

環(huán)氧瀝青混合料在15℃條件下，荷載為6 kN時，疲勞次數(shù)30 000次未出現(xiàn)任何裂縫，荷載為18 kN時，疲勞次數(shù)為18 000多次，而AC改性瀝青混合料在6 kN時，疲勞次數(shù)僅為7 000多次。環(huán)氧瀝青混合料的疲勞壽命至少是改性瀝青混合料的5倍以上?？梢?，如果改性瀝青橋面鋪裝4年～5年出現(xiàn)疲勞開裂，則環(huán)氧瀝青橋面鋪裝在20年后才會出現(xiàn)疲勞開裂。

3)減少低溫條件下溫度應(yīng)力引起的裂縫。

－15℃時環(huán)氧瀝青混合料的彎曲應(yīng)變大于2 000με，－10℃時大于3 400με，而常用改性瀝青混合料在－15℃時的彎曲應(yīng)變只達(dá)到1 100με。環(huán)氧瀝青混合料的低溫收縮系數(shù)為1.74×10－5，改性瀝青混合料的收縮系數(shù)為3.36×10－5，環(huán)氧瀝青是改性瀝青的1/2左右?？梢?，環(huán)氧瀝青混合料低溫開裂的可能性比普通改性瀝青混合料小得多。環(huán)氧瀝青混合料在使用溫度范圍內(nèi)，不會產(chǎn)生低溫裂縫。

4)抵抗水損壞的能力。

大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，環(huán)氧瀝青混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強(qiáng)度比均優(yōu)于改性瀝青混合料。因此，環(huán)氧瀝青橋面鋪裝抗水損壞能力強(qiáng)于改性瀝青混合料。同時，采用高強(qiáng)的環(huán)氧瀝青粘結(jié)材料后，混合料與橋面板的粘結(jié)強(qiáng)度大于水泥混凝土的強(qiáng)度。環(huán)氧瀝青混合料空隙率小于3%，本身具有很好的防滲透性，再加上粘結(jié)層的抗?jié)B性，決定了環(huán)氧瀝青橋面鋪裝具有超強(qiáng)的抗水損壞能力。

3.2 對延長橋梁結(jié)構(gòu)壽命的貢獻(xiàn)

1)減輕恒載，延長結(jié)構(gòu)壽命。

使用環(huán)氧瀝青橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，可以減薄鋪裝層厚度，從而減輕橋梁恒載。按照7 cm的鋪裝厚度計算，比傳統(tǒng)的10 cm厚鋪裝減少3 cm，約減輕恒載72 kg/m2，以試驗(yàn)工程為例，按全橋總1 181 m橋面寬度21 m，全橋可減輕自重1 786 t。這樣一來，因恒載減小而提高了橋梁的承載能力，延長橋梁的使用壽命，從而帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

2)減少滲水，保護(hù)梁體結(jié)構(gòu)。

對橋梁結(jié)構(gòu)來說，水分的滲入，不僅破壞了鋪裝層的穩(wěn)定性，同時還威脅到梁體結(jié)構(gòu)的安全性。當(dāng)降水由鋪裝層滲透到梁體結(jié)構(gòu)時，就會引起鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼索的銹蝕，隨著時間的延長，鋼筋銹蝕逐漸嚴(yán)重，大大地降低了橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力。

3)減小活載對橋梁的沖擊作用。

平整耐久的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，病害少，無坑槽和修補(bǔ)面積，使得汽車行駛平穩(wěn)，減小了汽車荷載對橋梁的振動和沖擊力，起到了間接保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)的作用，提高了橋梁的使用安全性。

4 環(huán)氧瀝青橋面鋪裝的社會效益

優(yōu)良的橋面鋪裝，為使用者提供了一個優(yōu)良的服務(wù)水平。一方面提高汽車行駛速度，節(jié)約燃油，節(jié)省時間，另一方面，提高了駕乘者的乘坐舒適性。使得公路交通運(yùn)輸形象得到提高，將會獲得社會與公眾更多的好評。

同時，由于減少了維修養(yǎng)護(hù)的次數(shù)，也減少了因歷年無休止的維修給使用者帶來的不便與煩惱。還減少了由于維修而帶來的交通事故(據(jù)統(tǒng)計由于道路維修引起的交通事故每天都有發(fā)生)，也減少了因維修施工帶來的環(huán)境污染，保持了良好的交通運(yùn)輸秩序與和諧的社會環(huán)境。