天津地区钢桥面铺装应用现状调查

□文/孙钦林

我国修建的大部分大跨径悬索桥和斜拉桥几乎均采用正交异性钢桥面和沥青铺装作为桥面系[1]。钢桥面铺装是我国公路建设的一个热点和难点问题。我国对钢桥面铺装的研究起步较晚，初始阶段基本是引进和学习国外的铺装技术为主[2]。在引进过程中，有收获也有教训，甚至出现部分桥梁桥面铺装通车后不久即出现较为严重的疲劳开裂、高温车辙、粘结层失效或脱层、横向推移和拥包等病害，有的桥梁桥面铺装已进行多次翻修重建，严重影响通车功能并产生不良的社会影响[2～3]。

近年来，大跨径钢桥面铺装技术的研究受到国内学术界和工程界的高度重视，已投入大量人力和物力对钢桥面铺装进行深入研究并取得积极成果，工程应用反馈效果良好。本文调研各类钢桥面铺装在天津各重点工程中的应用情况，总结经验教训并提出改进桥面铺装性能的建议。

钢桥面铺装的类型及受力特性

从减轻荷载和行车舒适性方面考虑，钢桥面一般采用薄层沥青混凝土铺装层，具有重量轻、高粘结性、不透水等特殊性能[1]。桥面铺装一般由防锈层、粘结层、沥青铺装层构成，直接铺筑于正交异性板钢桥面之上。目前，钢桥面铺装沥青混合料可分为4大类，以德国和日本为代表的高温拌和浇注式沥青混凝土；以英国为代表的沥青玛蹄脂混凝土；以美国为代表的环氧树脂沥青混凝土及德国、日本近期采用的SMA改性沥青。按沥青混合料铺装结构又可分为3大类，即同质单层、同质双层和异质双层结构[1，4]。

正交异性钢桥面铺装层典型的破坏形式主要有铺装表面的裂缝、车辙及粘结层的剪切破坏[5]。因此铺装层表面最大拉应力、铺装层与钢板间的最大剪切应力及铺装表面的最大挠度成为铺装层受力的控制指标。

桥面铺装除了要求满足普通沥青混凝土路面的基本要求外，还应具有与正交异性钢桥面板的结构特点及使用条件相适应的技术性能。包括足够的强度和恰当的刚度；良好的变形协调性；良好的抗疲劳性；较好的高温稳定性和抗剪能力；良好的抗裂性能；与钢板粘结牢固。

天津地区钢桥面铺装调查

西河桥

西河大桥[6]主要跨越子牙河及子牙河南北两条道路，主桥采用48.5 m+115 m+48.5 m自锚式悬索桥。该桥桥面铺装采用了浇注式沥青混凝土并在铺装中加入了SMA结构层。在浇注式沥青混凝土中加入一定的添加剂，用以改善沥青铺装的耐久性、反渗透性以及抗老化性能。

富民桥

富民桥[7]为独塔空间索面自锚式悬索桥，桥塔为独柱，主跨主缆锚于主梁两侧，边跨主缆锚于地锚，形成一个稳定的结构体系。该桥设计的环氧沥青混凝土铺装层包括厚度为60～80μm环氧富锌底漆+环氧沥青防水粘结层+27.5 mm上层环氧沥青混凝土+环氧沥青粘结层+27.5 mm下层环氧沥青混凝土。

该桥采用的国产环氧沥青混凝土是在多组分新型环氧沥青基础上，通过对确定配合比例的国产环氧沥青进行混合料目标配合比设计，确定了矿料的级配范围、混合料的最佳油石比以及高温固化温度、时间等参数；然后，通过试验与进口环氧沥青混凝土相比较，确定的适合国产多组分环氧沥青混凝土钢桥面铺装的施工工艺。

大沽桥

大沽桥[8]位于天津市和平区与河北区交界处的海河上，全长154 m，其中主桥长106 m，系下承式系杆拱。大沽桥采用双层环氧沥青混合料的铺装方案，铺装层厚度为5 cm。该桥所采用的环氧沥青由环氧树脂A和石油沥青加固化剂B组成。固化剂与沥青的相容性很好，无分离现象。

组分A是由双酚A和表氯醇经反应得到的液态双环氧树脂，不含稀释剂、软化剂或增塑剂，也不含无机填料、其他污染物或不溶物质。组分B是一种由石油沥青和环氧树脂固化剂组成的匀质合成物，不含不可溶物质和污染物。按其在铺装层中用途不同，可配制成粘结层材料和结合料。粗集料采用清洁、干燥、不含风化颗粒、无杂质、近立方体颗粒反击式破碎的玄武岩。铺装施工期间，在粘结层的施工、级配控制、沥青混凝土的摊铺与碾压等关键环节加强了质量控制，取得了良好效果。

响螺湾开启桥

开启桥不同于悬索桥或斜拉桥，其钢桥面铺装层和粘结层的层间剪切应力等会随着桥梁开启角度的变化而呈复杂的分布。响螺湾开启桥[9]主梁为钢箱梁结构，桥面系采用正交异性钢桥面板。主梁采用双叶立转式开启，最大开启角度85°，双叶开启段跨径76 m，桥跨属大悬臂结构，结构形式新颖独特。桥面铺装材料拟采用环氧沥青混凝土，铺装厚度拟为30 mm。

针对立转式开启桥特点，专门采用三维有限元软件ANDA对桥面铺装层在主梁结构开启过程中的力学性能进行了数值分析并与未开启时承受车辆荷载作用下的铺装力学特性做了比较，以期为开启桥桥面铺装体系的设计与施工提供理论依据。分析结果表明开启角度最大时，铺装层最大剪应力达到最大值，比刚开启时增加了50%。

泰达大街京山桥

泰达大街京山桥[3]钢桥面沥青铺装层采用9 cm双层式高粘度改性沥青铺装。下面层采用5 cm改性沥青AC-20C，上面层采用4 cm改性沥青SMA-13。由于SMA的沥青用量较普通沥青混合料大，在SMA中掺加0.3%的木质素纤维，使自由沥青得到控制，再考虑到天津地区冬季气温较低，在SMA中掺加适当比例的晴纶纤维以提高混合料的低温抗裂性能。晴纶纤维对改善SMA混合料路用性能的作用，见表1。

表2 SMA沥青掺和晴纶纤维性能试验结果

改进钢桥面铺装性能的措施

钢桥面铺装层的主要功能是在为车辆提供平稳的行驶路面，这就要求铺装层具有足够的强度及耐久性、耐磨性、抗滑性、高温稳定性、低温抗裂性及防渗透能力。

将桥面铺装与钢桥面板二者作为一个整体来考虑，优化桥面板厚度及U肋形式。由于钢桥面板与桥面铺装是一个相互搭配和相互影响的体系，因此二者的合理厚度搭配，对铺装层的性能至关重要。

有效降低桥面铺装层温度，改善桥面铺装层温度作用条件[10]。钢桥面铺装层内温度场变化较路面温度场变化更为剧烈，温度条件更为苛刻，加之沥青混合料是温度敏感性材料，在高温条件下，钢桥桥面铺装层容易发生早期破坏。因此在进行钢桥桥面铺装层设计时，应更加注意考虑高温问题。

结语

（1）本文调查了天津地区不同桥型钢桥桥面铺装的应用情况。一些自主研发或改进的桥面铺装沥青已得到广泛应用并且取得了较好的经济效益和社会效益。表明目前已经逐步摆脱长期依赖进口桥面铺装沥青的状况。

（2）钢桥面铺装的研究理论与方法，包括材料设计与结构设计是一项复杂的系统工程。在科学研究及工程设计中，应将钢额桥面板的结构参数、环境条件及铺装层的参数综合考虑，进行优化设计。

（3）随着天津地区，尤其是滨海新区新一轮基础设施建设的推动，必将有力促进适合天津地区环境条件的钢桥面铺装的不断发展和更新。

[1]张健康，胡光伟，俞先江，等.大跨径钢桥面铺装体系关键技术研究进展[J].交通运输工程与信息学报，2008，6（2）：12-21.

[2]杨 进，叶 奋，贾晓阳.大跨度钢桥面沥青面层铺装研究[J].城市道桥与防洪，2007，（4）：110-112.

[3]黄 卫.大跨径桥梁钢桥面铺装设计[J].土木工程学报，2007，40（9）：65-77.

[4]刘沐宇，曹玉贵，丁庆军.新型钢桥面铺装结构的力学性能分析[J].华中科技大学学报（城市科学版），2008，25（4）：23-26.

[5]钱振东，罗 剑，敬淼淼.沥青混凝土钢桥面铺装方案受力分析[J].中国公路学报，2005，18（2）：61-64.

[6]刘 卓，孙 华.浇注式沥青混凝土钢桥面铺装技术[J].天津建设科技，2005，15（1）：46-48.

[7]韩振勇，蒋学奎，刘 跃，等.天津富民桥钢桥面国产环氧沥青混凝土铺装技术[J].桥梁建设，2008，（5）：71-74.

[8]刘 云，钱振东，程 刚.天津大沽桥钢桥面铺装的设计与施工[J].交通运输工程与信息学报，2005，3（4）：94-100.

[9]于立群，郭洪宗，隋洪瑞，等.天津响螺湾开启桥开启过程桥面铺装动态响应分析[J].公路工程，2009，34（2）：65-68.

[10]逯彦秋，陈宜言，孙占琦.改善钢桥面铺装层高温作用的有效措施[J].哈尔滨工业大学学报，2009，41（7）：115-119.