BRT专用车道站台段钢桥面铺装的一种解决方案

肖 春，陈鹏飞，王文建

（1.中恒工程设计院有限公司，四川 成都 610017；2.中国市政工程西北设计研究院有限公司成都分公司，四川 成都 610017）

0 引言

快速公交系统（BRT）是一种高品质、高效率、低能耗、低污染、低成本的公共交通形式，充分体现以人为本，构建和谐社会的发展理念。自第一条BRT线路于2005年在北京开通以来，至2017年底我国已有35个城市的BRT系统已相继开通或在建中。BRT专用车道位于车站段的定点停车位具有车辆轮压大、荷载作用位置相对集中等特点，夏天时若铺装层的高温动稳定性不足将在定点停车位处形成剪切推移、车辙等病害，且钢桥面铺装病害出现得比混凝土桥面更早且更严重[1]。

常见的钢桥面铺装有双层改性SMA、浇筑式沥青混凝土（GA10）+高弹SMA、环氧沥青混合料（EA）三种[2]，同时也有在钢桥面铺装修补时采用聚氨酯混凝土[3-4]或灌注式PRC+SMA的案例。本文以贵阳市中环路作为工程背景，提出了四种BRT专用车道站台段钢桥面铺装的方案，经检验最终的实施方案可满足工程需求，为国内外的类似工程提供参考。

1 工程背景

1.1 工程简介

贵阳市中环路（原名1.5环）全长29 km，包括新建南垭路、黔春大道、朝阳洞路和改建利用现状东二环、北二环道路组成，是贵州省第一条采用高架快速路+快速公交的城市道路。中环路全线通行BRT车辆，共计24个BRT站点，其中黔灵村站、嘉润路站、黔江路站、沙冲路站、玉厂路站五个站台位于钢箱梁上。中环路的钢结构桥梁均采用钢箱梁，最大跨径55 m，桥面系统采用常规的正交异型板，顶板厚度16 mm，钢桥面总铺装面积约35 500 m2。

根据工期要求，中环路于2016年12月20日开通，该工程钢箱梁最晚要于2016年11月底施工完毕，留给钢桥面铺装施工的时间不足20 d。贵阳市11月的月平均气温为11℃，12月的月平均气温为5.9℃，铺装施工时气温较低，也是决定钢桥面铺装方案的一个控制因素。

根据不同的使用要求，将钢桥面铺装分为一般段铺装与站台段铺装。一般段包括社会车道及BRT专用车道非站台区，一般段钢桥面铺装总厚度为80 mm，主要结构组成为38 mm高弹改性沥青SMA-13+38 mm高弹改性沥青SMA-13+4 mm（缓冲层+防水黏结层）；站台段为BRT专用车道的站台区，需专门进行设计。

1.2 常用的钢桥面铺装

目前世界上最常用的钢桥面铺装方式有以下三种：

（1）双层改性SMA。双层SMA在较重的交通荷载环境下容易产生病害，如武汉军山大桥、厦门海沧大桥、西陵长江大桥等都产生了较多的病害，其高温稳定性不高。由于此方案在成都二环路钢箱梁修补过程中表现不良[5]，故该工程不采用此方案。

（2）浇筑式沥青混凝土（GA10）+高弹SMA。浇筑式沥青混凝土铺装在国内经过众多工程的实际检验，质量优良，较少发生病害。但其高温稳定性不足，在成都二环路高架桥BRT站区已出现了严重破坏，故该工程不采用此方案。

（3）环氧沥青混合料（EA）。环氧沥青混合料的综合性能比较优良，耐腐蚀性能较好，车辙动稳定度较高[6]。可分为温拌式与热拌式：温拌式的弱点是施工时必须严格控制，少许的水分就会导致铺装层严重鼓包，并且在摊铺后必须保证有足够长的养护期以确保环氧沥青混凝土能够基本完成固化；热拌式由于出料温度高，可去除水分，显著减少或避免铺装层鼓包开裂的病害，且养护周期短。

2 铺装方案比选

2.1 设计原则

BRT专用车道站台段钢桥面铺装方案设计原则如下：

（1）尽量采用成熟可靠、性能稳定、有成功案例的方案。

（2）需综合考虑工期、造价、供货条件等因素，同时保证可实施性。

2.2 设计方案

笔者在分析了成都二环路高架桥BRT专用车道站台段钢桥面铺装破坏原因的基础上，得出了桥面层的高温动稳定度不足是导致铺装层破坏的主要原因的结论[1]。针对贵阳市中环路的具体条件，提出了如下铺装方案：

方案一：温拌式环氧沥青混合料。

方案二：热拌式环氧沥青混合料。

方案三：聚氨酯混凝土。

方案四：灌注式+SMA。

2.2.1 方案一：温拌式环氧沥青混合料

以美国ChemCo System公司为代表的温拌式环氧沥青混合料由组分A（环氧树脂）与组分B（一种由石油沥青和固化剂组成的匀质合成物）组成，组分A与组分B混合后即开始发生化学反应而形成一种不可逆的、高温不熔化的固化物。在70℃、0.7 MPa轮压下，通过调整骨料集配、改善沥青性能等方法，动稳定度可达18 375次/mm[7]。

混合料出料温度为110～130℃，养生周期较长，需30～45 d[2]。由于温拌式环氧沥青混合料出料温度过低，对施工过程中遇到的水分，如工人的汗水甚至空气湿度大产生的水气都没有办法挥发出去，水气包裹在混合料里面，早期在综合作用下容易产生“鼓包”病害。因此对原材料、施工环境、工艺等要求相当高，施工时必须严格控制，少许的水分就会导致铺装层严重鼓包，直接影响桥面铺装的寿命[8]。

据不完全统计，ChemCo环氧沥青混合料自2000年至2010年12月在我国应用于约18座钢桥面铺装，因其施工要求苛刻，施工控制难度相当大，使得其完全成功率仅16.7%[9]。

2.2.2 方案二：热拌式环氧沥青混合料

以日本良园商事株式会社代理的KD（原为日本大有株式会社代理的TAF）为代表的热拌式环氧沥青混合料养生周期短（3～7 d）、高温施工（出料温度为170～185℃），可去除水分，显著减少或避免铺装层鼓包开裂的病害[2]。

热拌式环氧沥青混合料在沿江高速公路跨锡澄高速公路的江阴峭岖桥、江阴大桥钢桥面铺装大修工程（中间车行道）、连云港疏港通道桥等工程中得到应用，其后在珠江黄埔大桥北汊桥、虎门大桥、广州东沙大桥、湛江海湾大桥维修工程等钢桥面铺装中得到应用。自2004年至2010年12月TAF环氧沥青在我国应用于7座钢桥面铺装，整体上表现较好，仅虎门大桥由于高温、重载、薄钢板等因素存在病害[9]。

2.2.3 方案三：聚氨酯混凝土[3-4]

弹性混凝土的工程性能介于普通水泥混凝土（刚性）和沥青混凝土（柔性）之间，具有比普通水泥混凝土重量轻、韧性高、抗裂性好、吸收能量多、隔热、隔声、减震能力强等优点。聚氨酯弹性混凝土是众多弹性混凝土中的一种，其70℃动稳定度可达150 000次/mm。主要用于修补工程，尚未有大规模进行钢桥面铺装的案例。

2013年针对成都二环路BRT高架桥钢箱梁沥青铺装出现的病害，对一部分站台段出现的问题采用聚氨酯混凝土进行修补，方案如图1所示。聚氨酯弹性混凝土含有三组分，首先将组分A（预聚体）与组分B（固化剂）倒入容器中搅拌约30 s，然后缓慢加入组分C（骨料），用高速剪切机搅拌2～3 min，直至所有骨料搅拌均匀。聚氨酯混凝土表面光滑，需在其表面进行刻槽以保证防滑效果。

部分站台处铺装经聚氨酯混凝土处理后，聚氨酯混凝土面层出现脱落现象，且修补后与原桥面铺装之间存在高差且呈继续扩大趋势[5]，经重新修补后，整体效果不错，如图2所示。

2.2.4 方案四：灌注式+SMA

反应性灌注式混凝土采用灌注式施工工艺，在常温下施工，向大孔隙混合料中灌注反应性树脂内材料。大空隙内反应性树脂类材料形成连续结构，具有优异的耐疲劳性能，且能够完全封水，避免水分对钢桥面铺装的影响。

图1 方案三桥面铺装结构图

图2 成都二环路成仁路公交站（2016年8月）

灌注式混凝土PRC-10采用大空隙（20%左右）混合料级配成型OGFC骨架基体，然后灌注改性环氧树脂，完全填充OGFC的空隙，改性环氧树脂形成连续状态，使得该材料具有良好的抗疲劳开裂性能，同时灌注胶为反应性材料，固化反应完成后具有较高的强度。

灌注式混凝土综合了环氧沥青混凝土高强度和浇筑式沥青混凝土空隙率低的优点，具有如下特点：

（1）具有接近于0的空隙率从而具有优良的防水作用。

（2）具有环氧沥青混凝土的高强度，避免形成车辙。

（3）具有比环氧沥青更强的柔韧性，适应钢板变形。

该铺装方案结构组成为38 mm高强度改性沥青SMA-13+40 mm灌注式反应性树脂沥青混凝土PRC-10+2 mm防水黏结层（见图3）。

图3 方案四铺装构造

赣州大桥及永川长江大桥亦采用图3的铺装构造，使用至今无其他病害，完整良好（见图4、图5）。

图4 2012年在赣州大桥局部修补

图5 2014年重庆永川长江大桥钢混结合段

2.2.5 方案比较

对各方案进行方案比选，结果见表1。

表1 方案比较表

从技术成熟度及相关案例角度，方案一、方案二均有较大规模的使用案例，且在《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》（总校稿）均有对应的相关内容；方案三、方案四均只应用于局部维修，处于试验阶段，尚无大规模应用案例，且设计、施工缺相关规范支持。

方案一具有对施工温度要求高、对施工工艺要求极高、养护周期长等不利点，最终质量不易保证；方案二具有养护周期短、对施工要求不高等优点，且不需要专用设备，具备可实施性。经业主组织专家会评审后，最终采用方案二作为实施方案。

3 铺装实施方案

3.1 设计要求

站台段钢桥面铺装总厚度为80mm，主要结构组成为38 mm热拌式环氧沥青混合料EA-10+38 mm热拌式环氧沥青混合料EA-10+4 mm（防水黏结层）[10]，如图6所示。

图6 实施的铺装方案

BRT大容量公交车载客多、载重大，站台段定点停车位置极易出现车辙及剪切推移病害，为延缓、降低病害出现的时间及程度，站台段钢桥面铺装组合结构的高温抗车辙性能、界面连接性能、抗疲劳性能须满足如下要求：

（1）车辙动稳定度要求。要求由铺装面层+黏层+铺装下层+缓冲层组成的组合结构在70℃下的车辙动稳定度不小于15 000次/mm。

（2）界面连接性能要求。要求在25℃条件下，由铺装下层+缓冲层+防水黏结层+钢桥面板组成的组合结构，铺装下层与钢桥面板之间的界面剪切强度设计值不小于2.4 MPa，界面黏结强度设计值不小于1.2 MPa。

（3）疲劳强度。要求对由铺装面层+黏层+铺装下层+缓冲层+防水黏结层+钢桥面板组成的组合结构，采用三点加载疲劳试验对铺装结构的疲劳性能进行评价，在三点加载下组合结构试件的疲劳次数不小于120万次。

3.2 施工要求

铺装材料的各项性能指标、施工中的控制指标等均满足设计及相关规范要求。2016年12月，在较短时间内完成了BRT车站段的钢桥面铺装施工，为工程的按期通车打下了坚实的基础（见图7）。

图7 热拌式环氧沥青混凝土施工现场

3.3 使用效果

贵阳市BRT系统于2016年底试运营，经历了一整个寒暑周期的考验，于2017年9月中旬对铺装效果进行考察，效果良好，如图8、图9所示。

图8 黔江路站铺装（2017年9月）

图9 黔灵村站铺装（2017年9月）

4 结语

本文针对BRT专用车道站台段钢桥面对铺装层动稳定性要求高的问题提出了四种可行的铺装方案，并结合在贵阳市中环路中的实践，所得的主要结论如下：

（1）提出了可采用温拌式环氧沥青混凝土、热拌式环氧沥青混凝土、聚氨酯混凝土、灌注式+SMA四种方案。

（2）根据贵阳市中环路BRT车站段钢桥面铺装的具体要求，对以上各方案进行比选，并选取热拌式环氧沥青混凝土作为实施方案。从运营结果来看，效果良好。