鋼橋面鋪裝病害成因分析及修復方法

陸明龍 湯蒙

摘 要：鋼橋優(yōu)點突出，在我國的橋梁中所占比重不斷提高。鋼橋面鋪裝的受力和變形比一般公路橋梁路面鋪裝復雜，使用早期容易出現(xiàn)病害。針對鋼橋面鋪裝病害問題，總結(jié)了國內(nèi)外常用的鋼橋面鋪裝材料，分析了鋼橋面鋪裝的常見病害及成因，并提出病害修復方法，為橋梁工作者提供參考。

關鍵詞：鋼橋面鋪裝；病害；成因；修復方法

0 引言

上世紀80年代以來，我國橋梁建設迅猛發(fā)展，鋼橋由于自重輕的優(yōu)點，成為大跨徑橋梁的首選。大跨徑鋼橋地處咽喉要道，交通量大，是重要的交通樞紐，然而其服役環(huán)境比一般的公路橋梁苛刻。鋼橋面鋪裝是橋梁建設中棘手的難題，在橋梁運營早期會出現(xiàn)車轍、開裂、推移、粘結(jié)層脫落等病害。如果這些病害得不到及時的修復處理，將會影響到行車的舒適性和安全性，從而影響到路面的整體使用功能。目前，我國大部分已建成的鋼橋使用功能不佳，除了少數(shù)采用新技術修的鋼橋以外，其他鋼橋面鋪裝都在不同程度上出現(xiàn)較多病害。因此，進行鋼橋面鋪裝研究，深入了解鋼橋面鋪裝病害及其成因，根據(jù)實際情況有針對性地采取相應方法修復鋪裝層，為以后的鋼橋建設提供理論依據(jù)，具有積極且深遠的現(xiàn)實意義。

1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1國外研究現(xiàn)狀

國外開展大規(guī)模橋梁建設已有較長的歷史，在鋼橋面鋪裝方面的研究也較早。國外發(fā)達國家依據(jù)理論和經(jīng)驗對鋼橋面板鋪裝進行設計，建成較多鋼橋，橋面鋪裝使用情況良好。鋼橋面鋪裝受自然環(huán)境和可變荷載作用影響大，受力和變形難以計算和預測，機理復雜。目前，國外主要研究鋪裝材料，通過改善材料來改善鋼橋鋪裝層的使用功能，但鋼橋面鋪裝層受自然環(huán)境影響較大，改善后的材料并不一定能適合特殊環(huán)境下的橋梁，研究的成果具有局限性。截止到現(xiàn)在，國外仍沒有系統(tǒng)的理論體系和設計方法。但專家學者們，已經(jīng)從著重研究鋪裝層材料逐漸轉(zhuǎn)移到關注鋪裝復合結(jié)構(gòu)體系的力學影響問題上，開始探索鋪裝層病害的修復規(guī)律。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)鋼橋的建設起步較晚，橋面鋪裝技術尚未成熟，研究水平還處于初期階段。據(jù)調(diào)查研究分析，我國已建成的鋼橋多數(shù)出現(xiàn)不同程度的損傷和病害，其中鋼橋面鋪裝局部病害出現(xiàn)較早，維修成本高，效果不理想。我國在鋼橋面鋪裝病害的修復中，缺乏高性能的材料和先進的技術設備，修復效果往往不如人意，修復后不久便出現(xiàn)二次病害。近年來，我國專家學者開展了很多關于鋼橋面鋪裝的研究。在鋼橋面鋪裝設計理論和方法、疲勞壽命、破壞趨勢、破壞原因等方面的研究取得較好成果。

2 常用鋼橋面鋪裝材料

由于鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)受力復雜，受環(huán)境和交通荷載影響大，決定了鋼橋面鋪裝材料與普通的路面鋪裝材料必然有所不同。德國對鋼橋面鋪裝研究較早，并發(fā)明了相應的鋪裝材料。隨后，歐美、日本等國家在材料上進行很多研究并付諸實踐和應用。目前世界上常用的鋼橋面鋪裝材料，主要有以下三種：

（1）改性SMA混合料（Stone Mastic Asphalt）。SMA是德國研發(fā)的一種鋪裝材料，最初SAM只用在普通公路橋梁的鋪裝，但由于其鋪裝在正交異性板上孔隙較大，不能與正交異性板形成良好的粘結(jié)，故普通的SMA經(jīng)過改善后形成改性SMA混合料。改善SMA混合料具有良好的韌性、耐久性、抗松散性以及防水性。我國廣東虎門大橋、上海蘆浦大橋等橋采用了該材料作為鋪裝材料。

（2）澆注式瀝青混凝土（Guss Asphalt Concrete）。澆注式混凝土是德國研發(fā)出來的，在日本得到大規(guī)模使用。采用澆筑式混凝土的鋪裝層具有良好的變形追從性，能與正交異性板緊密粘結(jié)在一起協(xié)調(diào)變形。而且其表面孔隙率很小，具有良好的防水性、耐久性， 抗風化老化能力強，施工操作簡便。但在高溫的環(huán)境作用下，穩(wěn)定性變差，很容易出現(xiàn)嚴重的病害。

（3）環(huán)氧瀝青混凝土（Epoxy Asphalt Concrete）。環(huán)氧瀝青混凝土源于美國，且在美國得到廣泛應用，具有許多良好的使用性能，是一種較為理想的鋼橋面鋪裝材料。但由于其制造工藝復雜，成型受溫度、濕度、時間影響較大，施工條件不易控制，成本高等缺點，質(zhì)量不能得到有效的控制。

3鋼橋面鋪裝常見病害成因分析

我國對鋼橋面鋪裝的技術研究較晚，經(jīng)驗不足，缺乏成熟的技術指導，已建成的鋼橋中較多出現(xiàn)鋪裝層病害。針對我國常見的鋼橋面鋪裝病害，進行病害成因分析，為改良鋪裝層性能和病害修復提供行之有效的參考經(jīng)驗。

我國的鋼橋面鋪裝在長時間惡劣的環(huán)境以及往復的交通荷載作用下，會出現(xiàn)車轍、開裂、推移、坑槽等較明顯的典型病害。

3.1 車轍病害成因分析

在高溫的環(huán)境作用下，鋪裝層散熱性能不好，熱量積累在鋪裝層使其溫度比外界環(huán)境高很多。在高溫的環(huán)境以及重載超載的作用下，鋪裝層瀝青混凝土因配合比設計以及瀝青性能的影響，粘結(jié)層強度不夠，抗變形能力不足，從而出現(xiàn)車轍病害。

3.2 開裂病害成因分析。

在車輛作用下，由于加勁肋的支撐作用，在荷載作用區(qū)域相鄰的縱向加勁肋頂部鋼橋面鋪裝表面會受到最大橫向拉應力，橫隔板頂部鋪裝表面也會受到最大縱向拉應力。當應力超過鋪裝層的抗拉強度時，就會引起鋼橋面鋪裝表面開裂。鋪裝層的抗疲勞性能和抗開裂性能不足，在循環(huán)荷載的作用下，會出現(xiàn)疲勞開裂。另外，由于鋼板與鋪裝層的溫度線膨脹系數(shù)不接近，在溫度變化時，變形不一致，也會導致鋪裝層出現(xiàn)開裂病害。

3.3 推移病害成因分析

推移病害主要與鋼橋面鋪裝的高溫穩(wěn)定性不好、抗剪能力不足、粘結(jié)性不良等因素有關。在高溫的環(huán)境下，鋪裝層與鋼板粘結(jié)不牢靠，在車輛加速和制動的區(qū)域，會出現(xiàn)局部推移病害。

3.4 坑槽病害成因分析

鋪裝層由于存在較大孔隙，抗松散性不好，在車輛荷載作用下，孔隙區(qū)域混合料剝落，造成鋪裝層出現(xiàn)坑槽。另外，受到汽車或外界重物沖擊作用的區(qū)域也會出現(xiàn)坑槽。

4 鋼橋面鋪裝病害修復方法

鋼橋面鋪裝出現(xiàn)病害時，如果不及時修復，將會加速病害的發(fā)展。因此，應用高性能的修復材料和采用有效的修復方法消除病害對橋梁的安全使用十分重要。針對我國鋼橋面鋪裝常出現(xiàn)的三種病害：車轍、開裂、推移，提出相應的修復方法。

4.1 車轍病害修復方法

車轍主要是由于鋪裝材料在高溫環(huán)境下穩(wěn)定性不良，抗變形能力減弱。在高溫和重載交通作用下，鋪裝層變形大而形成車轍。因此，對于車轍病害的修復，應當在設計時采用高溫穩(wěn)定性好的鋪裝材料，施工時調(diào)整瀝青混凝土級配，運營時控制超載車輛。

4.2開裂病害修復方法

開裂修復設計時可以采用抗裂能力強的混合料，提高正交異性板的剛度。對于小裂縫，可以采用灌漿法處理。將局部裂縫清除干凈后，灌注入EP308環(huán)氧瀝青修復材料，完全填充裂縫表面。EP308具有良好的修復性能，是一種新型的修復材料，修復對交通少干擾，能達到快速修復的效果。

4.3 推移病害修復方法

推移的原因是鋪裝層與鋼板的粘結(jié)不牢靠，推移病害修復方法有灌漿和挖補兩種方式。灌漿適合小面積的推移，鋪裝層與鋼板大范圍粘結(jié)不緊密需要到切縫機和風鉆等設備進行挖補修復。

5 結(jié)語

大跨徑鋼橋地處交通要道，鋼橋面鋪裝的病害會直接影響到行車的舒適性和安全性，以及橋梁的耐久性。鋼橋面鋪裝的質(zhì)量是鋼橋綜合質(zhì)量評價的重要指標。研究高性能鋪裝材料以適應惡劣的環(huán)境，研究高效的鋼橋面病害修復技術，為鋼橋鋪裝建設提供設計規(guī)范，是我國鋼橋鋪裝研究下一階段重要的方向。

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