上海長(zhǎng)江大橋主橋鋼橋面鋪裝維修方案對(duì)比分析

楊媛媛，蘇 凱，程 斌

［1.上海城投公路投資（集團(tuán)）有限公司，上海市 200335；2.上海城投研究總院，上海市 200031；3.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海市200240］

0 引 言

上海長(zhǎng)江大橋建成通車于2009 年10 月31 日，起于隧道長(zhǎng)興島登陸點(diǎn)，沿地面橫穿長(zhǎng)興島并從東北部跨越長(zhǎng)江口北港水域，直至崇明島陳家鎮(zhèn)。上海長(zhǎng)江大橋全長(zhǎng)16.63 km，主橋?yàn)殡p塔雙索面全漂浮鋼箱梁斜拉橋，為雙向六車道，設(shè)計(jì)時(shí)速為100 km/h，是上海到崇明越江通道南隧北橋的重要組成部分。

該橋橋面行車道鋪裝原結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主橋行車道采用5.5 cm 厚雙層國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混凝土（EA-10）鋪裝，下面層3 cm、上面層2.5 cm；緊急停車帶采用5.5 cm 厚雙層澆注式瀝青混凝土（GA-10）鋪裝。半幅環(huán)氧瀝青鋪裝層寬度為12 m，澆注式瀝青混凝土鋪裝寬度為4.15 m[1]。

圖1 上海長(zhǎng)江大橋鋼橋面行車道鋪裝原結(jié)構(gòu)

上海長(zhǎng)江大橋自建成通車以來(lái)，已運(yùn)行12 a，期間因重載交通、江面氣候潮濕等影響，鋪裝出現(xiàn)了一定的病害情況，因此于2013 年和2017 年進(jìn)行了兩次規(guī)模較大的鋪裝維修工程。其中，第二次維修取得了較好的效果，目前鋪裝總體運(yùn)行狀況良好，未再出現(xiàn)明顯病害。本文將對(duì)上海長(zhǎng)江大橋使用期間的兩次鋪裝維修采用的方案進(jìn)行對(duì)比分析，包括兩次方案所針對(duì)的病害情況、方案內(nèi)容和方案實(shí)施效果評(píng)價(jià)等[2-6]。

1 第一次維修方案研究及分析

1.1 病害情況

至2013 年中，上海長(zhǎng)江大橋鋼橋面鋪裝開(kāi)始出現(xiàn)一系列路面病害，首先發(fā)生了鼓包現(xiàn)象，隨后在低溫季節(jié)主橋面開(kāi)始開(kāi)裂且裂縫快速發(fā)展，并出現(xiàn)坑塘，如圖2 所示。在所有車道中，上行三車道出現(xiàn)的坑塘現(xiàn)象最為嚴(yán)重。此外，在2013 年4 月雨季前后橋面開(kāi)始出現(xiàn)金屬銹跡。期間原施工單位對(duì)該橋面鋪裝病害處采取了注漿、裂縫封閉、修補(bǔ)等措施，但橋面病害發(fā)展情況依舊存在。

圖2 2013 年橋面裂縫和坑塘情況

1.2 維修方案

針對(duì)上行三車道鋪裝出現(xiàn)較重病害的情況，原施工單位于2013 年9 月專門對(duì)上行三車道進(jìn)行了維修。采用熱拌環(huán)氧瀝青混凝土，鋪裝結(jié)構(gòu)采用5.5 cm單層式鋪裝，替換了原先的雙層環(huán)氧瀝青混凝土（EA-10）鋪裝結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。

圖3 第一次維修采用的鋪裝結(jié)構(gòu)

1.3 實(shí)施效果

上行三車道經(jīng)過(guò)第一次維修后，總體效果不盡如人意。根據(jù)2016 年現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果顯示，上行三車道已出現(xiàn)較多的裂縫、推移等病害，有多處位置經(jīng)小范圍修補(bǔ)后又產(chǎn)生了新的裂縫，如圖4 所示。

圖4 2016 年上行三車道鋪裝損壞情況

2 第二次維修方案研究及分析

2.1 病害情況及分析

至2016 年，上海長(zhǎng)江大橋鋼橋面鋪裝的各類病害情況較先前又有所發(fā)展。在上行車道中，三車道的上坡段發(fā)生了較為嚴(yán)重的開(kāi)裂、鼓包損壞，一、二車道也有一定的開(kāi)裂、修補(bǔ)等病害。下行的三條車道均出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的損壞，主要病害類型包括裂縫、坑洞（部分坑洞內(nèi)環(huán)氧瀝青層間的黏層清晰可見(jiàn)）、修補(bǔ)等損壞，近中跨位置鋪裝沿輪跡開(kāi)裂情況較為嚴(yán)重，如圖5 所示。

圖5 2016 年下行車道鋪裝損壞情況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋪裝情況調(diào)查、養(yǎng)護(hù)維修記錄、交通情況和相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)，鋪裝損壞主要原因如下：

（1）重載、超載交通大量重復(fù)作用。根據(jù)上海長(zhǎng)江大橋2016 年某時(shí)段的交通數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1、表2）分析得出，中大型貨車在上行三車道的日交通量最大，其中約四分之一貨車軸重超過(guò)100 kN，軸重超過(guò)設(shè)計(jì)要求（140 kN）的比例近10%，遠(yuǎn)超過(guò)其他車道。這是上行三車道損壞速度比其他車道要快的主要原因。

表1 上海長(zhǎng)江大橋2016 年某時(shí)段各車道平均交通流量數(shù)據(jù)

表2 上海長(zhǎng)江大橋2016 年某時(shí)段車輛軸載比例 單位：%

（2）黏層失效。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)維修翻挖的情況，發(fā)現(xiàn)黏層厚度偏大，部分黏層厚度達(dá)到2 mm，超過(guò)了0.5 mm 的設(shè)計(jì)厚度，此外部分黏層材料未完全固化，使黏層材料松軟、發(fā)黏、無(wú)強(qiáng)度，導(dǎo)致黏層失效，進(jìn)而產(chǎn)生脫層，引發(fā)了鋪裝面層各類病害。

（3）日常缺陷損壞維修不當(dāng)。原施工單位針對(duì)鼓包現(xiàn)象進(jìn)行了注漿處理，但由于材料及工藝制約，導(dǎo)致了注漿料與鋪裝層無(wú)法黏結(jié)、注漿料厚薄不均等問(wèn)題，且部分滲透水仍蓄存于鋪裝內(nèi)，造成水損害。

（4）鋪裝內(nèi)存在蓄水。三車道與緊急停車帶間縱向接縫脫開(kāi)，加上大橋所處位置氣候潮濕，在裂縫處滲水，而緊急停車帶不透水，導(dǎo)致三車道鋪裝層間蓄水，在高溫和交通荷載作用下加速了層間剝離，最終使鋪裝結(jié)構(gòu)整體性衰變。

2.2 維修方案

針對(duì)上海長(zhǎng)江大橋鋼橋面原始鋪裝使用至第7a出現(xiàn)的各類損壞，于2016 年組織開(kāi)展了鋪裝維修方案設(shè)計(jì)，并于2017 年進(jìn)行了維修工程。

基于對(duì)鋪裝損壞原因的調(diào)查分析，該鋪裝維修方案的設(shè)計(jì)重點(diǎn)為：（1）對(duì)重載交通有一定的適應(yīng)性和耐受性；（2）確保瀝青鋪裝層層間及與鋼板之具有良好的層間結(jié)合能力；（3）確保鋪裝結(jié)構(gòu)具有良好的抵抗高、低溫變形能力；（4）確保鋪裝體系具有良好的隨同工作性；（5）減少和控制水的影響。

為滿足上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)多種典型鋪裝材料和結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行比選，最終確定使用澆注式瀝青混凝土+SMA 的柔性鋪裝方案。鋪裝維修結(jié)構(gòu)具體方案如下：

（1）行車道：采用總厚度為6.5 cm 澆注式瀝青混凝土+SMA 鋪裝方案，黏層使用改性乳化瀝青（PCR），防水黏結(jié)體系采用甲基丙烯酸甲酯，結(jié)構(gòu)方案見(jiàn)表3。

表3 第二次維修行車道鋪裝結(jié)構(gòu)

（2）緊急停車帶：將原鋪裝上層2.5 cm 澆筑式瀝青混凝土銑刨，改為3.5 cm SMA，黏層使用改性乳化瀝青（PCR），下層保留原鋪裝的3.0 cm 澆注式瀝青混凝土及防水體系，結(jié)構(gòu)方案見(jiàn)表4。

表4 第二次維修緊急停車帶鋪裝結(jié)構(gòu)

為確保維修實(shí)施效果，現(xiàn)場(chǎng)施工中采取了一定的技術(shù)手段和措施，包括：（1）在不損傷鋼板的前提下，對(duì)原鋪裝和環(huán)氧黏結(jié)層進(jìn)行了徹底清理；（2）在鋼板拋丸除銹后4 h 內(nèi)進(jìn)行新防水黏結(jié)層施工，防止新銹斑產(chǎn)生。（3）通過(guò)專用機(jī)械嚴(yán)格控制鋪裝標(biāo)高和厚度、攤鋪速度和溫度。

2.3 方案評(píng)價(jià)

大橋經(jīng)2017 年10 月鋪裝維修工程完成至今已有3 a，鋪裝應(yīng)用效果良好。根據(jù)2020 年底的現(xiàn)場(chǎng)回訪情況，如圖6 所示，該橋面鋪裝狀態(tài)完好，未出現(xiàn)開(kāi)裂、鼓包、唧漿等路面病害。

圖6 2020 年底鋼橋面鋪裝情況

此外，根據(jù)3 a 內(nèi)對(duì)橋面平整度的定期檢測(cè)情況見(jiàn)表5，橋面平整度系數(shù)（IRI）均未超過(guò) 2 m/km，鋪裝平整狀態(tài)優(yōu)良。

表5 2017-2020 年鋼橋面鋪裝平整度情況

3 維修方案對(duì)比分析

從大橋的后續(xù)使用情況來(lái)看，第二次維修的效果明顯優(yōu)于第一次。通過(guò)對(duì)比，兩次維修的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）維修規(guī)模：第一次維修僅對(duì)上行三車道進(jìn)行翻修、改變鋪裝材料和結(jié)構(gòu)，其他車道則維持原結(jié)構(gòu)不做維修，因此相鄰車道材料性能和結(jié)構(gòu)存在差異，相互黏結(jié)效果不佳，協(xié)同性差，導(dǎo)致縱向裂縫產(chǎn)生。此外，其他車道鋪裝既有裂縫的發(fā)展也會(huì)影響到已修復(fù)的上行三車道，使該車道重新產(chǎn)生病害。而第二次維修對(duì)整個(gè)鋼橋面鋪裝進(jìn)行了徹底翻修，確保了鋪裝的整體性，避免了因?yàn)殇佈b材料與結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致的協(xié)同性問(wèn)題。

（2）鋪裝體系：第一次維修受現(xiàn)場(chǎng)交通、維修時(shí)間和局部施工條件等限制，采用的5.5 cm 單層環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝單層厚度偏大難以壓實(shí)，影響鋪裝質(zhì)量；而第二次維修則采用了澆注式瀝青混凝土+SMA 的雙層鋪裝結(jié)構(gòu)，避免了單層鋪裝結(jié)構(gòu)使用同種材料導(dǎo)致的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性較差問(wèn)題，同時(shí)充分發(fā)揮了兩種材料的優(yōu)勢(shì)，使鋪裝結(jié)構(gòu)具備了良好的抗疲勞、隨從工作性、超載適應(yīng)性、恒載增加較少、對(duì)原結(jié)構(gòu)受力體系影響較少等優(yōu)點(diǎn)。

（3）黏結(jié)體系：第一次維修并未完全解決黏結(jié)體系失效的問(wèn)題，導(dǎo)致鋪裝性能后續(xù)進(jìn)一步惡化；而第二次維修對(duì)鋼板表面原有黏結(jié)層進(jìn)行了清理，并采用新的防水黏結(jié)體系和層間黏結(jié)體系，改善了鋪裝與鋼板及兩層鋪裝間的黏結(jié)性能，避免了因黏層失效導(dǎo)致的各種病害。

4 結(jié) 論

本文基于病害情況、維修方案、實(shí)施效果等方面，對(duì)上海長(zhǎng)江大橋主橋鋼橋面鋪裝的兩次較大規(guī)模的維修情況進(jìn)行了梳理，通過(guò)對(duì)比分析，總結(jié)了第一次維修方案存在的問(wèn)題以及第二次維修方案的成功經(jīng)驗(yàn)，可為國(guó)內(nèi)其他大橋鋼橋面鋪裝維修方案設(shè)計(jì)與實(shí)施提供一定的參考。

基于兩次維修的實(shí)施效果和技術(shù)方案對(duì)比分析可知，在國(guó)內(nèi)重載交通日益嚴(yán)重的現(xiàn)狀下，對(duì)鋼橋面鋪裝材料和結(jié)構(gòu)體系的選擇應(yīng)考慮其對(duì)重載交通的適應(yīng)性，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制黏結(jié)體系的施工精度，提高層間及鋪裝與鋼板間的黏結(jié)體系質(zhì)量，以確保整個(gè)鋪裝體系的工作性能和耐久性，減少各類病害和后續(xù)的日常維修。