沈陽(yáng)市鋼橋面鋪裝應(yīng)用

王曉偉

（沈陽(yáng)市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110015）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及交通整體規(guī)劃的需求，從20世紀(jì)90年代開始，我國(guó)的橋梁建設(shè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，建造了許多鋼箱梁橋，鋼橋面的鋪裝技術(shù)也走過(guò)了從引進(jìn)、消化、吸收到結(jié)合我國(guó)各地區(qū)具體情況創(chuàng)新的過(guò)程[1-2]。

沈陽(yáng)市也制定了《沈陽(yáng)市綜合交通規(guī)劃》與《沈陽(yáng)市快速路系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃》：沈陽(yáng)市快速路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)為“兩橫、兩縱、四環(huán)、十二射”的快速路系統(tǒng)。

據(jù)此沈陽(yáng)市開始大規(guī)模修建城市橋梁，主要有一環(huán)、二環(huán)、迎賓路、東陵路、北一路高架等?？缭綔喓蛹捌押拥臉蛄河袞|塔橋、長(zhǎng)青橋加寬、云龍湖橋、高坎橋、尚小斜拉橋等。

鋼橋由于自重輕、建造周期短、跨越能力大、適合工業(yè)化制造、便于運(yùn)輸安裝等優(yōu)點(diǎn)，其占比在2010年以后逐步增加，現(xiàn)已成為沈陽(yáng)市主要橋梁型式。這些年來(lái)沈陽(yáng)市也在積極探索適合本地區(qū)特點(diǎn)的鋼橋面鋪裝技術(shù)，有效提高鋼橋面鋪裝的使用性能與使用壽命。

1 鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)型式

1.1 正交異性鋼橋面

正交異性鋼橋面由橫隔板（梁）、縱向加勁肋及其共同支撐的橋面板組成，橋面結(jié)構(gòu)縱橫向的剛度不同，同一方向不同位置的剛度也存在差異。這些因素形成了正交異性橋面板的剛度及變形的不均勻性，對(duì)鋼橋面鋪裝性能提出了更高的要求。

正交異性鋼橋面是德國(guó)工程師于20世紀(jì)50年代發(fā)明的。因其具有自重輕、易于預(yù)制和安裝、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良的特點(diǎn)被鋼結(jié)構(gòu)橋梁廣泛應(yīng)用。目前沈陽(yáng)市建造的鋼箱梁橋的橋面板均為正交異性鋼橋面。

1.2 鋼橋面鋪裝組成

鋼橋面鋪裝是由不同功能材料共同組成的鋪裝結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通常由防腐層、防水黏結(jié)層、緩沖層、黏附層、磨耗層組成。防水黏結(jié)層具有防腐功能可不用防腐層。除磨耗層外，其余的各層也可統(tǒng)稱為界面功能層。

（1）防腐層：避免鋼板腐蝕。

（2）防水黏結(jié)層：避免水腐蝕鋼板并保證鋼板表面與緩沖層之間的可靠黏結(jié)。

（3）緩沖層：在鋼板與磨耗層之間形成一個(gè)保護(hù)過(guò)渡層。

（4）黏附層：提供磨耗層與緩沖層之間的可靠黏結(jié)。

（5）磨耗層：傳遞交通荷載，提供必要的平整性、抗滑構(gòu)造等，保證車輛行駛的舒適性及安全性。

1.3 鋼橋面鋪裝材料

1.3.1 鋪裝材料性能要求

鋼橋面鋪裝材料需要滿足以下基本要求：

（1）良好的適應(yīng)變形能力。能夠適應(yīng)車輛輪載作用下鋼橋面板較大的變形。

（2）良好的層間黏結(jié)性能。保證鋪裝層間及與橋面板的良好的結(jié)合，避免層間滑動(dòng)。

（3）良好的抗裂性能。避免及減少鋼橋面鋪裝承受拉應(yīng)力或拉應(yīng)變時(shí)易產(chǎn)生疲勞開裂。

（4）良好的高溫穩(wěn)定性。能夠有效地防止在高溫季節(jié)易發(fā)生的車轍、推移、擁包等病害。

（6）良好的防水性能。具有較高的抗水壞及密水性，保證鋼橋面不被水腐蝕。

（7）良好的平整性、抗滑性。減小車輛荷載對(duì)橋梁的沖擊及提高行車舒適性、安全性。

（8）良好的耐久性。保證在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，材料性能降低得不大，保證使用性能的要求。如：必須具備良好的水穩(wěn)定性、抗老化性和抗疲勞性能等。

1.3.2 鋼橋面鋪裝常用材料

界面功能層的材料主要有防腐漆、環(huán)氧樹脂（或合成樹脂）、改性瀝青、乳化瀝青等。下面主要介紹磨耗層材料。

1.3.2.1 澆注式瀝青混凝土

澆注式瀝青混凝土具有“三高”的特點(diǎn)。即礦粉含量高（20%～30%）、瀝青含量高（7%～10%）、拌合溫度高（220℃～260℃）。其具有以下特點(diǎn)：

6.加大名優(yōu)品種技術(shù)推廣和示范點(diǎn)建設(shè)力度，為新品種、新技術(shù)的推廣打下基礎(chǔ)。2018-2020年全省每年引導(dǎo)10家規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)轉(zhuǎn)型發(fā)展，為當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖戶示范漁業(yè)供給側(cè)改革基地。每年在每個(gè)示范基地舉辦養(yǎng)殖專題技術(shù)培訓(xùn)班2期，培訓(xùn)養(yǎng)殖戶100人次以上，全省每年培訓(xùn)養(yǎng)殖戶2000人次以上。

（1）自流成型，不用碾壓就能達(dá)到最終強(qiáng)度，避免因碾壓不足導(dǎo)致鋪裝層的損壞。

（2）不透水、不吸水，能避免水損害的發(fā)生，尤其是在北方嚴(yán)寒地區(qū)，能有效地減少除冰鹽對(duì)鋪裝的損害。

（3）孔隙率小，一般為1%左右。水分和其他物質(zhì)無(wú)法滲入其內(nèi)部，可減少其在使用過(guò)程中因接觸空氣、水、陽(yáng)光而產(chǎn)生的老化和脆化現(xiàn)象。

（4）瀝青含量高，因而具有較高的柔韌性，適應(yīng)反復(fù)彎曲及結(jié)構(gòu)層的隨從變形的能力高。

1.3.2.2 環(huán)氧瀝青混凝土

環(huán)氧瀝青混凝土是由環(huán)氧樹脂、固化劑與基質(zhì)瀝青經(jīng)化學(xué)改性所得的混合物。是一種熱固力學(xué)性能的材料，并且對(duì)溫度的敏感程度較低。其具有以下特點(diǎn)：

（1）其強(qiáng)度高，高溫性能好。

（2）其性能受成型時(shí)溫度、時(shí)間、濕度等因素變化的影響大。

（3）其配制工藝和施工工藝比較復(fù)雜。

（4）早期強(qiáng)度低，必須有足夠的養(yǎng)生期以確保環(huán)氧瀝青混凝土完成固化，達(dá)到使用強(qiáng)度。

（5）價(jià)格較高。

目前市場(chǎng)上使用較普遍的環(huán)氧瀝青可分為溫拌環(huán)氧瀝青（以美國(guó)為代表）和熱拌環(huán)氧瀝青（以日本為代表），我國(guó)同樣可以生產(chǎn)這兩種環(huán)氧瀝青。溫拌環(huán)氧瀝青對(duì)施工工藝要求嚴(yán)格，施工難度大；熱拌環(huán)氧瀝青施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，養(yǎng)生時(shí)間短，對(duì)集料干燥程度要求，以及對(duì)拌合設(shè)備要求相對(duì)較低。

1.3.2.3 改性瀝青SMA

改性瀝青SMA是熱拌、熱鋪的間斷級(jí)配骨架密實(shí)型瀝青混凝土。其具有以下特點(diǎn)：

（1）在材料組成上，SMA的主要特點(diǎn)是三多一少：粗集料含量多、礦粉含量多、瀝青用量多，細(xì)集料少，并需要摻有纖維穩(wěn)定劑以防止瀝青析漏。

（2）高溫穩(wěn)定性較好、低溫抗裂性較好、耐磨性及抗滑性較好。

（3）因SMA為間斷級(jí)配，要求骨料能真正形成接觸的骨架，對(duì)礦料級(jí)配設(shè)計(jì)和施工拌合質(zhì)量控制要求嚴(yán)格，施工攤鋪特別注重防離析的措施。

1.4 新型鋼橋面鋪裝

我國(guó)的技術(shù)研究人員在引進(jìn)消化、吸收、改進(jìn)國(guó)外優(yōu)秀的鋼橋面鋪裝體系的同時(shí)，也在積極創(chuàng)新，研究出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋪裝體系，現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹如下：

1.4.1 ECO改性聚氨酯混凝土橋面鋪裝

這種鋪裝體系是由寧波路寶科技實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司自主研發(fā)的一種“去瀝青”的全新的“單層”鋪裝技術(shù)體系。這種技術(shù)依托新型高分子改性聚氨酯材料良好的耐高溫性能、防水腐蝕性能、與集料的強(qiáng)粘附能力，能夠有效地解決車轍、疲勞、低溫裂縫、水損害、老化這五大典型病害。其具有以下特點(diǎn)：

（1）優(yōu)異的層間結(jié)合性能與力學(xué)性能指標(biāo)。

（2）卓越的抗高溫性能。

（3）優(yōu)異的隨從性及抗疲勞開裂性。

（4）高彈性模量，提高橋面剛度。

（5）良好的防水、防腐性能。

（6）超薄設(shè)計(jì)，最薄可到30 mm。

（7）常溫拌合、施工便捷、質(zhì)量可控

（8）2 h固化，快速通車。

1.4.2 UHPC鋼橋面鋪裝

超高性能混凝土，簡(jiǎn)稱UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也稱作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，UHPC具有超高的力學(xué)性能、優(yōu)異的耐久性、抗腐蝕性；由于摻入一定量的鋼纖維又具有優(yōu)異的韌性。它是過(guò)去三十年中最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料，實(shí)現(xiàn)工程材料性能的大跨越。

正交異性鋼橋面存在兩個(gè)主要難題，一是鋼橋面板的疲勞破壞；二是鋼橋面鋪裝易損壞問(wèn)題。為解決這兩個(gè)問(wèn)題，我國(guó)橋梁技術(shù)研究人員提出了在正交異性鋼橋面上鋪設(shè)薄層UHPC層，將鋼橋面轉(zhuǎn)變成組合橋面，極大提高了橋面板剛度，大幅降低了橋面板的應(yīng)力水平，大幅提高了鋼橋面抗疲勞壽命。能夠綜合解決鋼橋面的疲勞破壞和鋼橋面鋪裝易損壞的難題。而且組合橋面很薄，并不增加橋面鋪裝的總厚度，能夠適應(yīng)橋梁輕型化的要求。

目前我國(guó)生產(chǎn)制作UHPC鋼橋面鋪裝體系的主要有兩家公司：一是湖南大學(xué)邵旭東教授研發(fā)的超高性能輕型橋面組合結(jié)構(gòu)（STC）；二是中鐵大橋科學(xué)研究院研發(fā)的超高性能混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)。

2 沈陽(yáng)市鋼橋面鋪裝使用情況

隨著世界范圍的正交異性鋼橋面鋪裝技術(shù)的不斷發(fā)展及完善，在上世紀(jì)90年代形成了較完整的正交異性鋼橋面鋪裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，但鋼橋面鋪裝病害問(wèn)題并沒(méi)有得到很好解決。

我國(guó)開展正交異性鋼橋面鋪裝使用與研究已經(jīng)有二十余年，積累了一些成功的經(jīng)驗(yàn)，但總體上我國(guó)鋼橋面鋪裝病害問(wèn)題依然比較嚴(yán)重。典型鋼橋面鋪裝的使用效果總結(jié)如下：

（1）環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝表現(xiàn)差異較大，部分鋪裝表現(xiàn)較好，但有的鋪裝通車后不久就出現(xiàn)局部擁包開裂等病害，環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝方案在我國(guó)的長(zhǎng)期性能表現(xiàn)還需經(jīng)受進(jìn)一步時(shí)間的驗(yàn)證。

（2）雙層SMA熱碾壓型瀝青及澆注式瀝青混凝土鋼橋面鋪裝同樣也出現(xiàn)比較嚴(yán)重的車轍、開裂、推移等病害，部分鋪裝的使用壽命僅僅三至五年，如何進(jìn)一步改善和提高這兩種鋪裝材料性能是目前面臨的技術(shù)難題。

（3）下層澆注式瀝青混凝土+上層SAM鋪裝方案，部分工程橋面鋪裝也同樣出現(xiàn)車轍、開裂、推移等病害。

2.1 沈陽(yáng)市高架橋鋼橋面鋪裝使用情況

沈陽(yáng)市高架橋鋼橋面鋪裝主要采用雙層SMA鋪裝體系。這是因?yàn)槌鞘懈呒軜蛄撼d車輛沒(méi)有或較少，主要通行小汽車且SMA具有高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、耐磨性及抗滑性較好、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，從而選用了雙層SMA鋪裝體系。

沈陽(yáng)市從2012年左右開始在市內(nèi)高架橋梁鋼橋面上使用雙層SMA鋪裝體系已有8 a左右的時(shí)間，未發(fā)現(xiàn)其有較大的破損情況，僅有少量的橋面鋪裝出現(xiàn)擁包、推移、裂縫現(xiàn)象，總體使用情況良好。

2.2 沈陽(yáng)市跨河橋鋼橋面鋪裝使用情況

沈陽(yáng)市跨越蒲河、渾河的大跨徑橋梁的鋼橋面鋪裝主要采用了澆注式瀝青混凝土鋪裝、下層澆注式+上層SMA鋪裝、ECO改性聚氨酯混凝土橋面鋪裝及ERS橋面鋪裝。舉例說(shuō)明如下：

（1）沈陽(yáng)市尚小斜拉橋：其跨越沈陽(yáng)北部的蒲河，橋梁跨徑100 m，為獨(dú)塔單索面斜拉橋。根據(jù)澆注式瀝青混凝土具有良好的抗疲勞性、抗老化性、密水性、低溫抗裂性、變形協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)，其橋面鋪裝采用了澆注式瀝青混凝土鋪裝。在2008年竣工，使用時(shí)間已超過(guò)10 a，目前未發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝損壞，使用情況良好。

（2）沈陽(yáng)市東塔橋：其跨越沈陽(yáng)南部的渾河，跨徑為90 m+220 m+90 m自錨式懸索橋。根據(jù)澆注式瀝青混凝土具有良好的抗疲勞性、抗老化性、密水性、低溫抗裂性、變形協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)，并因澆注式瀝青混凝土的抗車轍性能和抗滑能力不足的因素及沈陽(yáng)市使用SMA的經(jīng)驗(yàn)，采用了下層澆注式+上層SMA鋪裝，以確保橋面的質(zhì)量。2018年初竣工。因使用年限短，對(duì)其橋面鋪裝的使用情況需進(jìn)一步觀察。

（3）沈陽(yáng)市長(zhǎng)青橋加寬橋：其為跨越渾河原長(zhǎng)青橋加寬的大跨徑連續(xù)鋼箱梁橋。為快速開放交通選擇了ECO改性聚氨酯混凝土橋面鋪裝體系。2018年末通車，因剛剛通車，對(duì)其橋面鋪裝的使用情況需進(jìn)一步觀察。

（4）沈陽(yáng)市高坎橋：跨越渾河位于沈陽(yáng)市四環(huán)路上，是一座四跨連續(xù)獨(dú)塔自錨式鋼箱梁懸索橋（48+180+180+48）m。其橋面鋪裝采用環(huán)氧瀝青混凝土。2013年竣工通車，幾年后出現(xiàn)了鋪裝損壞情況，使用效果不理想。

（5）丁香湖大橋：位于沈陽(yáng)市四環(huán)路上在丁香湖附近，是連續(xù)鋼箱梁橋。采用的是ERS橋面鋪裝。2013年竣工通車，目前使用效果良好。

3 結(jié) 語(yǔ)

沈陽(yáng)市鋼橋面采用的鋪裝涵蓋了常用的三種鋪裝體系，即雙層SMA、澆注式瀝青混凝土、環(huán)氧瀝青混凝土，對(duì)剛剛推出的鋼橋面鋪裝體系（ECO改性聚氨酯混凝土橋面鋪裝、UHPC鋼橋面鋪裝）中的ECO鋪裝體系也進(jìn)行了試驗(yàn)性的使用，這說(shuō)明沈陽(yáng)市的科研設(shè)計(jì)人員也在對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)鋼橋面鋪裝的使用進(jìn)行著積極的探索與研究。

從目前的使用效果來(lái)看，有良好的，也有不理想的：

（1）在沒(méi)有或少量重載的交通環(huán)境下，例如城市高架橋，雙層SMA及澆注式瀝青混凝土鋪裝的效果良好。

（2）在有大量重載的交通環(huán)境下，環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝的效果不理想。

（3）下層澆注式+上層SMA鋪裝及ECO改性聚氨酯混凝土橋面鋪裝由于沈陽(yáng)市使用時(shí)間短，目前無(wú)法得出結(jié)論，尚需進(jìn)一步觀察。

（4）就沈陽(yáng)市目前的鋼橋面鋪裝的使用情況看，還沒(méi)有完全形成適合沈陽(yáng)市的交通、氣候條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的鋼橋面鋪裝方案及體系。這就需要科研人員繼續(xù)努力研究探索，找到適合本地區(qū)特點(diǎn)的鋼橋面鋪裝方案及體系。