雙層SMA 鋼橋面鋪裝病害及翻修施工措施

劉婷婷

（大成工程建設集團有限公司，福建 廈門 361000）

海滄大橋主橋為三跨連續(xù)全漂浮結構鋼箱梁懸索橋，橋面為12mm 厚正交異性鋼板。1999 年通車后，經過多年超載、重載、交通流量的快速增長、溫濕度環(huán)境和瀝青材料的疲勞老化作用，鋼橋面鋪裝出現多種病害，至今已經過3 次全橋翻修。翻修后鋼橋面鋪裝結構為環(huán)氧富鋅底漆+雙層環(huán)氧粘結層（撒碎石）+橡膠瀝青砂膠+35mm 改性瀝青SMA+ 玻纖格柵+35mm 改性瀝青SMA。2017 年鋼橋面重車道鋪裝的車轍、推移及坑槽情況比較嚴重，影響了橋面鋪裝的使用行性能，重車道采取局部翻修處理。文章針對2017 年海滄大橋鋼橋面鋪裝病害及翻修施工措施進行簡要的分析，以供參考。

1 雙層SMA 鋼橋面鋪裝病害及成因

1.1 鋼橋面鋪裝病害

海滄大橋東航道橋進島方向1K5+500 ～1K5+950段、出島方向1K5+150 ～1K5+850 段外側重車道，均出現了不同程度的車轍、推移、縱向裂縫和坑槽病害。出島方向位于西索塔附近重車道約150m 存在較明顯的“W”形車轍，車轍深1 ～2cm，寬約40cm，中間形成了較明顯的凹槽，兩側邊緣有明顯的隆起，且在隆起部位分布多條與凹槽平行的縱向裂縫，多呈連續(xù)發(fā)育。在重車道上的推移破擁包破壞其縱向變形影響10 ～40cm，產生推移之前周邊往往已出現橫向裂縫或斜向裂縫發(fā)展，橫向裂縫長達2 ～25cm?？硬墼谥剀嚨郎隙嗵幏植?，其大小深度不一，多數存在坑槽內松散的殘存集料裸露，集料瀝青膜剝落，有的在面層深度范圍內的集料已全部流失，出露鋼橋面板。其中部分較嚴重的病害已經局部挖除瀝青面層修補，修補段每20 ～30m 出現一處，平均每處約6m2，呈現一定的規(guī)律分布。最大修補段落長約35m，寬約2m，修補部位仍出現裂縫、車轍、推移等二次病害。

根據現場調查，各種病害形式在海滄大橋主橋鋼箱梁橋面除縱向裂縫在主車道有零星分布外，其余均分布在重車道位置，且靠近緊急停車帶一側。

1.2 病害成因

（1）車轍。海滄大橋鋼橋面鋪裝的“W”形車轍屬于典型的失穩(wěn)型車轍，主要由以下原因造成：①交通流量的大幅上漲，實際交通量15.3 萬輛/d，已達設計交通量的3 倍，單位時間內軸載作用次數增加，加快了瀝青混凝土鋪裝層永久豎向變形的產生。②夏季極端氣溫較高，當地7 月歷年最高氣溫39.2℃，且有逐年提高的趨勢，在太陽強輻射的影響下，普通道路瀝青混凝土上面層最高溫度可達55 ～63℃。由于密閉鋼箱梁的儲熱作用，鋼橋面瀝青鋪裝層的溫度更高達65 ～70℃。在高溫下，瀝青混合料中的瀝青黏度降低，對集料的膠質黏結作用減小，混合料的勁度模量降低，瀝青混合料在車輪荷載剪切應力產生剪切形變的反復作用下，逐漸橫向流動，被擠壓至輪跡的兩側，形成兩側隆起的失穩(wěn)變形。③許多重載、超載汽車車速較低，由于海滄大橋通行時段控制，重車短時段內集中通行，也造成一定的擁堵。在重車道上的渠化交通條件下，低車速和重軸載的疊加，超出了瀝青混合料所能抵抗的反復行車荷載產生的剪應力，失穩(wěn)性車轍迅速產生。

（2）推移。高溫、重載條件下，彎拉應力與橫向剪應力共同作用，超過了粘層的抗剪強度，產生破壞，造成瀝青混凝土鋪裝與鋼橋面板脫空。脫空后的鋪裝結構層在行車荷載水平分力的反復作用下，特別是重載、超載車輛緊急制動沖擊力作用下，出現瀝青混合料縱向嵌擠、推移，這種推移伴隨著周邊橫向裂縫及斜向裂縫的發(fā)展，一旦出現裂縫，推移破壞迅速發(fā)展，就會快速產生了隆起、擁包。

（3）坑槽。坑槽多發(fā)生在推移擁包以及裂縫發(fā)育嚴重的位置。當地春夏多雨，雨季時間長，存在臺風暴雨等惡劣氣候。推移擁包以及車轍隆起部位負彎矩區(qū)的裂縫等病害使得瀝青混合料空隙率增大，自由水在雨季得以自上而下并長期貯留在瀝青混合料孔隙中，在行車荷載作用下，形成動水反復沖刷，瀝青膜與集料的黏附性降低，逐漸脫落，混合料變得松散，逐漸被行車荷載帶離，飛散以致形成坑槽。

2 雙層SMA 鋼橋面鋪裝翻修方案

根據設計及現場調查，鋼橋面原雙層SMA 鋪裝病害及局部修補主要存在于重車道上，其余車道僅有輕微的縱向裂縫。由于雙層SMA 鋪裝工藝成熟、進度快、成本較低，因此局部翻修方案仍然采用挖除病害段落，重鋪高彈改性雙層SMA10 瀝青混凝土鋪裝層。鋼橋面鋪裝翻修結構如圖1 所示。

圖1 鋼橋面鋪裝翻修結構圖

3 翻修施工措施要點

3.1 環(huán)氧樹脂粘層涂布

有研究表明，在設計行車荷載下鋼橋面與粘層間剪應力不超過2MPa，而二階環(huán)氧樹脂粘層與鋼板的設計黏結強度大于3MPa，因此，粘層的破壞脫空有很大可能是重載、超載破壞作用或是施工不當，粘層的黏結強度未能有效增長至設計強度。病害區(qū)域的粘層、防腐底漆以加裝刮板的挖掘機刮除，人工清除干凈后，必須采用手動噴砂進行除銹與粗糙化處理。為保證粘層與鋼橋面間有良好的附著黏結力，鋼橋面的清潔度達到St2 級，噴砂粗糙度達到50 ～100um，才能進行粘層涂布。環(huán)氧樹脂黏結劑主劑和固化劑混合后，固化時間和可使用時間隨著溫度的升高而迅速降低，因此涂布環(huán)氧樹脂黏結劑時應保持20 ～30℃的適當溫度。噴涂結束應養(yǎng)生至微固化指干狀態(tài)，防止因推移和粘輪破壞粘層。環(huán)氧樹脂黏結劑可使用時間如表1 所示。

表1 封環(huán)氧樹脂黏結劑可使用時間

3.2 混合料生產

從導致鋼橋面鋪裝產生病害的主要因素如高溫、多雨、重載方面來說，鋼橋面鋪裝必須具有抗高溫變形、抗?jié)B水及車轍動穩(wěn)定度高的性能。高彈SMA 混合料是最適合的材料，而高彈改性瀝青、粗集料等材料性能和配合比的準確性是鋼橋面翻修SMA 混合料生產的控制要點。

（1）高彈改性瀝青應先試加工，并經性能檢測應合格方可使用，過程中應嚴格控制溫度：加工溫度控制在175 ～180℃，出料溫度180 ～190℃，貯存溫度不超過190℃。其技術要求如表2 所示。

表2 SMA-10 高彈改性瀝青技術指標

（2）SMA 混合料的粗集料要求采用堿性石料，常用玄武巖和輝綠巖。玄武巖存在微孔，表面較為粗糙，吸水率略大，與瀝青的黏附性有所增強，未摻加剝落劑條件下，相較輝綠巖水穩(wěn)定性略好。根據相關研究，行車荷載在瀝青混合料中最大的剪應力在距頂部約4cm處，即保護層頂部區(qū)域內。在重載條件下，保護層混合料作為主要承重結構的粗集料有更高的抗壓強度要求。由于當地使用的玄武巖密度大，相對輝綠巖壓碎值小，抗壓強度高，可以提高保護層混合料的抗變形和車轍能力，因此從提高磨耗層的抗?jié)B水和保護層的抗變形及車轍能力方面，粗集料應優(yōu)先選用玄武巖。粗集料應采用堅硬、耐磨的巖石軋制，顆粒形狀應近似立方體且需潔凈、干燥、無雜質,拌和時加熱至200 ～240℃。其技術要求如表3 所示。

表3 粗集料技術性能指標

（3）瀝青混合料在生產前應進行目標配合比設計和生產配合比設計，并對級配、油石比以及混合料性能進行檢驗，各項性能均需滿足設計及規(guī)范要求。當地夏季炎熱，鋼橋面鋪裝受極端高溫及晝夜溫差大的不利影響，尤應驗證混合料在70℃高溫時，抗車轍試驗動穩(wěn)定度不小于3000 次/mm。

3.3 混合料壓實

局部壓實度不足是鋼橋面鋪裝產生早期明顯車轍和坑槽的重要原因。鋼橋面板厚度薄，在碾壓荷載下變形較大。復壓階段，若采用雙鋼輪振動壓路，可能與鋼橋面板形成共振，造成混合料局部壓實不足，過大的激振力也可能造成混合料松散破壞。水平振蕩碾壓時，在壓路機垂直靜壓力與碾壓輪接觸面水平振蕩力的復合作用下，混合料揉壓密實，而垂直方向復合壓力基本與靜壓力相等，可以有效避免垂直方向的共振，碾壓效果均勻，不會造成鋼橋損壞。因此，復壓階段應優(yōu)先采用水平振蕩壓路機碾壓，為確保復壓質量，控制振蕩碾壓4 遍，復碾完成時鋪裝溫度應大于130℃。

4 結束語

雙層SMA 橋面鋪裝病害主要是由于鋼橋面板薄、變形大的特性與高溫多雨氣候以及重載行車的不利因素疊加造成。雙層SMA 瀝青混合料翻修施工需要加強幾個易產生病害的關鍵工序——粘層涂布、混合料生產、壓實的工藝控制，包括相關的材料選擇及性能檢驗、配合比級配計量準確、施工溫度控制、壓實方式等，避免施工不當造成的瀝青混合料的早期病害。海滄大橋重車道局部雙層SMA 鋼橋面鋪裝翻修兩年后，路面性能良好，沒有出現明顯病害。從海滄大橋鋼橋面鋪裝病害主要出現在局部重車道上，而其他行車道沒有明顯病害來看，重載超載是其中最主要的病害誘因，即便采用雙層SMA 翻修，在交通流量遠超設計的情況下，也需要較高頻次翻修（以海滄大橋為例，平均5 年翻修一次）。今后類似項目可以考慮以下措施：（1）限制超載行車，分流重載行車。（2）采用抗壓強度高的鋪裝結構如環(huán)氧瀝青混合料+改性瀝青SMA 或環(huán)氧瀝青混合料+環(huán)氧瀝青混合料。