沈阳市钢桥面铺装应用

王晓伟

（沈阳市市政工程设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

0 引言

随着我国经济的发展及交通整体规划的需求，从20世纪90年代开始，我国的桥梁建设进入了快速发展阶段，建造了许多钢箱梁桥，钢桥面的铺装技术也走过了从引进、消化、吸收到结合我国各地区具体情况创新的过程[1-2]。

沈阳市也制定了《沈阳市综合交通规划》与《沈阳市快速路系统建设规划》：沈阳市快速路路网结构为“两横、两纵、四环、十二射”的快速路系统。

据此沈阳市开始大规模修建城市桥梁，主要有一环、二环、迎宾路、东陵路、北一路高架等。跨越浑河及蒲河的桥梁有东塔桥、长青桥加宽、云龙湖桥、高坎桥、尚小斜拉桥等。

钢桥由于自重轻、建造周期短、跨越能力大、适合工业化制造、便于运输安装等优点，其占比在2010年以后逐步增加，现已成为沈阳市主要桥梁型式。这些年来沈阳市也在积极探索适合本地区特点的钢桥面铺装技术，有效提高钢桥面铺装的使用性能与使用寿命。

1 钢桥面铺装结构型式

1.1 正交异性钢桥面

正交异性钢桥面由横隔板（梁）、纵向加劲肋及其共同支撑的桥面板组成，桥面结构纵横向的刚度不同，同一方向不同位置的刚度也存在差异。这些因素形成了正交异性桥面板的刚度及变形的不均匀性，对钢桥面铺装性能提出了更高的要求。

正交异性钢桥面是德国工程师于20世纪50年代发明的。因其具有自重轻、易于预制和安装、结构性能优良的特点被钢结构桥梁广泛应用。目前沈阳市建造的钢箱梁桥的桥面板均为正交异性钢桥面。

1.2 钢桥面铺装组成

钢桥面铺装是由不同功能材料共同组成的铺装结构系统，通常由防腐层、防水黏结层、缓冲层、黏附层、磨耗层组成。防水黏结层具有防腐功能可不用防腐层。除磨耗层外，其余的各层也可统称为界面功能层。

（1）防腐层：避免钢板腐蚀。

（2）防水黏结层：避免水腐蚀钢板并保证钢板表面与缓冲层之间的可靠黏结。

（3）缓冲层：在钢板与磨耗层之间形成一个保护过渡层。

（4）黏附层：提供磨耗层与缓冲层之间的可靠黏结。

（5）磨耗层：传递交通荷载，提供必要的平整性、抗滑构造等，保证车辆行驶的舒适性及安全性。

1.3 钢桥面铺装材料

1.3.1 铺装材料性能要求

钢桥面铺装材料需要满足以下基本要求：

（1）良好的适应变形能力。能够适应车辆轮载作用下钢桥面板较大的变形。

（2）良好的层间黏结性能。保证铺装层间及与桥面板的良好的结合，避免层间滑动。

（3）良好的抗裂性能。避免及减少钢桥面铺装承受拉应力或拉应变时易产生疲劳开裂。

（4）良好的高温稳定性。能够有效地防止在高温季节易发生的车辙、推移、拥包等病害。

（6）良好的防水性能。具有较高的抗水坏及密水性，保证钢桥面不被水腐蚀。

（7）良好的平整性、抗滑性。减小车辆荷载对桥梁的冲击及提高行车舒适性、安全性。

（8）良好的耐久性。保证在设计使用年限内，材料性能降低得不大，保证使用性能的要求。如：必须具备良好的水稳定性、抗老化性和抗疲劳性能等。

1.3.2 钢桥面铺装常用材料

界面功能层的材料主要有防腐漆、环氧树脂（或合成树脂）、改性沥青、乳化沥青等。下面主要介绍磨耗层材料。

1.3.2.1 浇注式沥青混凝土

浇注式沥青混凝土具有“三高”的特点。即矿粉含量高（20%～30%）、沥青含量高（7%～10%）、拌合温度高（220℃～260℃）。其具有以下特点：

6.加大名优品种技术推广和示范点建设力度，为新品种、新技术的推广打下基础。2018-2020年全省每年引导10家规模养殖场转型发展，为当地养殖户示范渔业供给侧改革基地。每年在每个示范基地举办养殖专题技术培训班2期，培训养殖户100人次以上，全省每年培训养殖户2000人次以上。

（1）自流成型，不用碾压就能达到最终强度，避免因碾压不足导致铺装层的损坏。

（2）不透水、不吸水，能避免水损害的发生，尤其是在北方严寒地区，能有效地减少除冰盐对铺装的损害。

（3）孔隙率小，一般为1%左右。水分和其他物质无法渗入其内部，可减少其在使用过程中因接触空气、水、阳光而产生的老化和脆化现象。

（4）沥青含量高，因而具有较高的柔韧性，适应反复弯曲及结构层的随从变形的能力高。

1.3.2.2 环氧沥青混凝土

环氧沥青混凝土是由环氧树脂、固化剂与基质沥青经化学改性所得的混合物。是一种热固力学性能的材料，并且对温度的敏感程度较低。其具有以下特点：

（1）其强度高，高温性能好。

（2）其性能受成型时温度、时间、湿度等因素变化的影响大。

（3）其配制工艺和施工工艺比较复杂。

（4）早期强度低，必须有足够的养生期以确保环氧沥青混凝土完成固化，达到使用强度。

（5）价格较高。

目前市场上使用较普遍的环氧沥青可分为温拌环氧沥青（以美国为代表）和热拌环氧沥青（以日本为代表），我国同样可以生产这两种环氧沥青。温拌环氧沥青对施工工艺要求严格，施工难度大；热拌环氧沥青施工工艺相对简单，养生时间短，对集料干燥程度要求，以及对拌合设备要求相对较低。

1.3.2.3 改性沥青SMA

改性沥青SMA是热拌、热铺的间断级配骨架密实型沥青混凝土。其具有以下特点：

（1）在材料组成上，SMA的主要特点是三多一少：粗集料含量多、矿粉含量多、沥青用量多，细集料少，并需要掺有纤维稳定剂以防止沥青析漏。

（2）高温稳定性较好、低温抗裂性较好、耐磨性及抗滑性较好。

（3）因SMA为间断级配，要求骨料能真正形成接触的骨架，对矿料级配设计和施工拌合质量控制要求严格，施工摊铺特别注重防离析的措施。

1.4 新型钢桥面铺装

我国的技术研究人员在引进消化、吸收、改进国外优秀的钢桥面铺装体系的同时，也在积极创新，研究出了具有自主知识产权的铺装体系，现简单介绍如下：

1.4.1 ECO改性聚氨酯混凝土桥面铺装

这种铺装体系是由宁波路宝科技实业集团有限公司自主研发的一种“去沥青”的全新的“单层”铺装技术体系。这种技术依托新型高分子改性聚氨酯材料良好的耐高温性能、防水腐蚀性能、与集料的强粘附能力，能够有效地解决车辙、疲劳、低温裂缝、水损害、老化这五大典型病害。其具有以下特点：

（1）优异的层间结合性能与力学性能指标。

（2）卓越的抗高温性能。

（3）优异的随从性及抗疲劳开裂性。

（4）高弹性模量，提高桥面刚度。

（5）良好的防水、防腐性能。

（6）超薄设计，最薄可到30 mm。

（7）常温拌合、施工便捷、质量可控

（8）2 h固化，快速通车。

1.4.2 UHPC钢桥面铺装

超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也称作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，UHPC具有超高的力学性能、优异的耐久性、抗腐蚀性；由于掺入一定量的钢纤维又具有优异的韧性。它是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现工程材料性能的大跨越。

正交异性钢桥面存在两个主要难题，一是钢桥面板的疲劳破坏；二是钢桥面铺装易损坏问题。为解决这两个问题，我国桥梁技术研究人员提出了在正交异性钢桥面上铺设薄层UHPC层，将钢桥面转变成组合桥面，极大提高了桥面板刚度，大幅降低了桥面板的应力水平，大幅提高了钢桥面抗疲劳寿命。能够综合解决钢桥面的疲劳破坏和钢桥面铺装易损坏的难题。而且组合桥面很薄，并不增加桥面铺装的总厚度，能够适应桥梁轻型化的要求。

目前我国生产制作UHPC钢桥面铺装体系的主要有两家公司：一是湖南大学邵旭东教授研发的超高性能轻型桥面组合结构（STC）；二是中铁大桥科学研究院研发的超高性能混凝土铺装结构。

2 沈阳市钢桥面铺装使用情况

随着世界范围的正交异性钢桥面铺装技术的不断发展及完善，在上世纪90年代形成了较完整的正交异性钢桥面铺装技术标准体系，但钢桥面铺装病害问题并没有得到很好解决。

我国开展正交异性钢桥面铺装使用与研究已经有二十余年，积累了一些成功的经验，但总体上我国钢桥面铺装病害问题依然比较严重。典型钢桥面铺装的使用效果总结如下：

（1）环氧沥青混凝土钢桥面铺装表现差异较大，部分铺装表现较好，但有的铺装通车后不久就出现局部拥包开裂等病害，环氧沥青混凝土铺装方案在我国的长期性能表现还需经受进一步时间的验证。

（2）双层SMA热碾压型沥青及浇注式沥青混凝土钢桥面铺装同样也出现比较严重的车辙、开裂、推移等病害，部分铺装的使用寿命仅仅三至五年，如何进一步改善和提高这两种铺装材料性能是目前面临的技术难题。

（3）下层浇注式沥青混凝土+上层SAM铺装方案，部分工程桥面铺装也同样出现车辙、开裂、推移等病害。

2.1 沈阳市高架桥钢桥面铺装使用情况

沈阳市高架桥钢桥面铺装主要采用双层SMA铺装体系。这是因为城市高架桥梁超载车辆没有或较少，主要通行小汽车且SMA具有高温稳定性、低温抗裂性、耐磨性及抗滑性较好、造价低的优点，从而选用了双层SMA铺装体系。

沈阳市从2012年左右开始在市内高架桥梁钢桥面上使用双层SMA铺装体系已有8 a左右的时间，未发现其有较大的破损情况，仅有少量的桥面铺装出现拥包、推移、裂缝现象，总体使用情况良好。

2.2 沈阳市跨河桥钢桥面铺装使用情况

沈阳市跨越蒲河、浑河的大跨径桥梁的钢桥面铺装主要采用了浇注式沥青混凝土铺装、下层浇注式+上层SMA铺装、ECO改性聚氨酯混凝土桥面铺装及ERS桥面铺装。举例说明如下：

（1）沈阳市尚小斜拉桥：其跨越沈阳北部的蒲河，桥梁跨径100 m，为独塔单索面斜拉桥。根据浇注式沥青混凝土具有良好的抗疲劳性、抗老化性、密水性、低温抗裂性、变形协调性的特点，其桥面铺装采用了浇注式沥青混凝土铺装。在2008年竣工，使用时间已超过10 a，目前未发现桥面铺装损坏，使用情况良好。

（2）沈阳市东塔桥：其跨越沈阳南部的浑河，跨径为90 m+220 m+90 m自锚式悬索桥。根据浇注式沥青混凝土具有良好的抗疲劳性、抗老化性、密水性、低温抗裂性、变形协调性的特点，并因浇注式沥青混凝土的抗车辙性能和抗滑能力不足的因素及沈阳市使用SMA的经验，采用了下层浇注式+上层SMA铺装，以确保桥面的质量。2018年初竣工。因使用年限短，对其桥面铺装的使用情况需进一步观察。

（3）沈阳市长青桥加宽桥：其为跨越浑河原长青桥加宽的大跨径连续钢箱梁桥。为快速开放交通选择了ECO改性聚氨酯混凝土桥面铺装体系。2018年末通车，因刚刚通车，对其桥面铺装的使用情况需进一步观察。

（4）沈阳市高坎桥：跨越浑河位于沈阳市四环路上，是一座四跨连续独塔自锚式钢箱梁悬索桥（48+180+180+48）m。其桥面铺装采用环氧沥青混凝土。2013年竣工通车，几年后出现了铺装损坏情况，使用效果不理想。

（5）丁香湖大桥：位于沈阳市四环路上在丁香湖附近，是连续钢箱梁桥。采用的是ERS桥面铺装。2013年竣工通车，目前使用效果良好。

3 结 语

沈阳市钢桥面采用的铺装涵盖了常用的三种铺装体系，即双层SMA、浇注式沥青混凝土、环氧沥青混凝土，对刚刚推出的钢桥面铺装体系（ECO改性聚氨酯混凝土桥面铺装、UHPC钢桥面铺装）中的ECO铺装体系也进行了试验性的使用，这说明沈阳市的科研设计人员也在对严寒地区钢桥面铺装的使用进行着积极的探索与研究。

从目前的使用效果来看，有良好的，也有不理想的：

（1）在没有或少量重载的交通环境下，例如城市高架桥，双层SMA及浇注式沥青混凝土铺装的效果良好。

（2）在有大量重载的交通环境下，环氧沥青混凝土铺装的效果不理想。

（3）下层浇注式+上层SMA铺装及ECO改性聚氨酯混凝土桥面铺装由于沈阳市使用时间短，目前无法得出结论，尚需进一步观察。

（4）就沈阳市目前的钢桥面铺装的使用情况看，还没有完全形成适合沈阳市的交通、气候条件、经济发展水平的钢桥面铺装方案及体系。这就需要科研人员继续努力研究探索，找到适合本地区特点的钢桥面铺装方案及体系。