重庆地区大跨径钢桥桥面铺装病害分析及对策

刘尧泽

(重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 400074)

0 引言

重庆其独特的地理位置、地形地貌和水文等自然条件，以及受到城市热岛效应的影响，沿长江两岸的河谷地区夏季“高温、高湿、少风”的特点天气。该地区夏季最高气温达42℃，桥面钢板随环境气温变化比较大，温度可以达到七八十度，桥面沥青铺装层就将面临着高温软化，容易出现诸如车辙、拥包、推移等热稳定性病害，道路维修和养护费用不断增加。

同时，全年降水充沛，日照严重不足，造成空气和路面湿度很大，因此该地区还属于我国的高湿区。沥青铺装层长时间受到地表水侵蚀作用，造成铺装层在行车荷载与温度应力综合作用下沥青混合料加速老化，引起路面产生疲劳裂缝、坑槽、剥落等水损害。

1 典型病害调查与分析

通过对重庆地区钢桥面铺装层的病害进行调研，并将一些典型破坏类型主要分为裂缝类、变形类、结构层类、松散类四种，具体统计结果如下表所示：[1][2][3][4][5]

1.1 裂缝类病害

1.1.1 纵向裂缝

在正常使用情况下，行车荷载和温度变化的多次反复作用，正交异性钢桥面板的变形导致纵向加劲肋、纵隔板、主梁腹板等加劲部件与钢桥面板焊接处成为高应力区，并在这些位置处的铺装层产生较大的负弯矩，铺装层表面应力集中区产生的拉应力或拉应变超过材料的极限拉应力或拉应变，因此开裂首先出现在基本与行车方向平行的外侧车道（行车道或重车道）铺装层表面，然后沿着纵桥向迅速扩展，向深度发展也较快。[6]钢桥面沥青铺装的纵桥向裂缝在各种铺装材料与铺装结构中均有出现，特别是在双层改性沥青SMA铺装结构中出现多且早。

1.1.2 横向裂缝

由于工作环境和受力模式的不同，在行车荷载和温度变化反复作用下，正交异性钢桥面板的变形导致在横隔板顶部的桥面铺装层表面会出现与路中心线基本垂直，缝宽不一，尤其集中在渠化交通的轮迹带的外侧重车道。该病害多以温缩裂缝为主，横桥向裂缝开裂时间晚相对较晚，裂缝扩展相对较慢，沿着轮迹带逐步向整个车行道延伸，由外侧（重车道）向内侧（快车道）延伸，裂缝两边的铺装层受到行车道方向上的水平力作用下，最终完成全断面开裂。

1.1.3 月牙形裂缝

一般是由于材料设计或施工存在缺陷，加之超载和重载交通环境下的行车荷载作用，沥青铺装层瞬间产生的拉应力变超过材料的极限拉应力，裂缝最初产生在距离桥台附近的渠化交通的轮迹带，并且一旦产生裂缝，裂缝发展极快，充分开裂的裂纹呈现“月牙形”。[6]月牙形裂缝主要出现在双层SMA结构、浇筑式沥青混凝土+SMA铺装结构以及浇筑式沥青混凝土铺装结构。

1.2 变形类病害

1.2.1 车辙

车辙包括两种类型：一方面是由于在车荷载反复作用下，铺装层内部材料流动产生横向变形引起的，特别是当材料高温稳定性不足时，沥青混合料表现出较强的粘塑性和流变性，抗永久变形能力不足，在外力作用下产生的不可逆的纵向沉陷称为失稳型车辙；另一方面是由于渠化交通和重载交通的条件下，上面层铺装材料在车轮反复磨损和自然环境作用下持续不断地侵蚀消耗产生的车道轮迹带称为磨耗型车辙磨耗型车辙。通常在浇注式沥青混凝土（GA）车辙特别严重，相对而言环氧沥青铺装层和改性SMA铺装层出现较少。[7]

1.2.2 拥包

在夏季高温的气候条件下，沥青层铺装在导热性好的钢桥面板上，沥青混合料吸热后快速升温，导致沥青铺装层抗剪切破坏能力迅速衰减，同时车行道还受到行驶车辆的冲击、振动荷载作用，在车辆竖直方向与水平方向受力共同作用下，让铺装层内产生的剪应力大于了铺装层抗剪强度，引起铺装层表面局部隆起的剪切变形，且表面一般没有纵桥向与横桥向裂缝。

1.3 结构层类病害

1.3.1 防水粘层破坏

经过防水粘层受到超高温度和冲击、振动荷载反复作用后，以及桥面渗水腐蚀主梁，导致钢桥面板与下铺层粘结力快速衰减或丧失，铺装层与桥面板受力不均衡，层间结合面的抗剪切能力太弱，受到过大的轮载水平力作用时，整个竖直面内铺装层大面积沿轮载水平力方向的滑移，防水粘层失效或破坏。

1.3.2 脱层(粘结层破坏)

由于铺装下面层和铺装上面层弹性模量差异较大，在受到较大的车轮水平荷载与竖向荷载共同作用时，铺装上面层与铺装下面层间存在较大的剪应力，当该剪应力超过层间结合面的容许剪应力时，铺装上面层在水平方向会产生相对位移，发生上，下铺装层之间粘结层失效或脱层。

1.4 松散类病害

该地区雨季时间长，沥青铺装层长期直接接触雨水，雨水会侵入沥青与骨料的接触面，在动水力的作用下，沥青混合料的水稳定性薄弱裹附表面，部分骨料与沥青混合料的粘结作用下降，在车辆荷载的作用下剥落，车辆行驶时将细碎的小块带走，逐渐形成坑槽。

2 钢桥面铺装结构设计要求

根据对钢桥面铺装应用情况调查和高温多雨地区的使用条件分析，提出了重庆地区大跨径钢桥面铺装设计要求。

2.1 沥青铺装层具有良好的抗车辙性能

重庆地区大跨径钢桥面铺装使用环境极端最高气温达42℃，桥面钢板温度可以达到七八十度，使得沥青铺装层温度显著高于普通路面面层的温度。[1]因此保证桥面沥青铺装层在重交通荷载作用下具有较高的高温稳定性，以便能延缓沥青铺装层车辙的出现。

2.2 沥青铺装层具有良好的抗疲劳性能

在重载交通荷载作用下，桥面铺装层要随同钢板产生较大变形，而产生这种大幅度的反复挠曲变形，使得沥青混凝土性能衰退，变形超出了沥青混凝土所能容许的变形范围，将产生反复弯曲应力而开裂。[1]铺装层结构设计要考虑沥青混合料的抗疲劳开裂性能。

2.3 钢板与铺装层之间具有良好的层间结合性能

在车辆荷载和温度应力综合作用下，沥青铺装层与钢板会产生不同的温缩变形，这使得各结构层之间产生较大的弯拉应力和剪切应力，并导致层间脱离。[3]因此沥青铺装层与钢板之间必须要提高粘结层的强度，使之具有良好的层间粘结力。

2.4 沥青铺装层对桥面板等钢结构应具有良好的保护作用

该地区年降雨量大，雨量充沛，气候潮湿，空气中水蒸汽极易导致钢板锈蚀，而降低铺装结构层的耐久性和桥梁钢结构的使用寿命。[1]因此，铺装体系要具备完善的防水性能，防水粘结层、铺装层的功能明确，对钢板的保护作用和防腐作用。

3 结语

本文总结了重庆地区钢桥面铺装层在受到高温高湿自然环境和超负荷的车辆荷载条件等因素，对产生的铺装层病害类型进行调查和分析，从而不仅可以为我国重庆地区桥面铺装提供科学地设计铺装结构体系和合理地优化施工技术方案，还可以为我国其他地区钢桥面铺装提供研究理论借鉴和参考，并推动我国钢桥面铺装技术的发展。