ES10复合结构在钢桥面铺装养护中的可行性探究

刘智星

浙江交工高等级公路养护有限公司 浙江 杭州 310051

引言

舟山跨海大桥是舟山本岛连接大陆的唯一陆路通道，起点为宁波市镇海区蛟川枢纽，终点连接舟山市定海区双桥街道，全长46.2km；中间横跨金塘岛、册子岛、富翅岛、里钓岛，包含金塘大桥、西堠门大桥、桃夭门大桥、响礁门大桥、岑港大桥五座跨海大桥，其中：响礁门大桥、岑港大桥为混凝土梁桥；金塘大桥主通航空段为双塔斜拉桥，主桥为1210m钢桥面，其余为混凝土桥面；西堠门大桥为双塔悬索桥，主桥为2228m钢桥面；桃夭门为双塔斜拉桥，主桥为580m钢桥面。

金塘大桥、西堠门大桥于2009年通车，桃夭门大桥、响礁门大桥、岑港大桥于2006年通车；时至今年，全线运行时间最长路段已达到15年，时间最短亦达到12年，桥面沥青铺装层病害已逐步显现且发展速率越来越快，尤其是三座钢桥面铺装层，均出现了裂缝、坑洞、车辙等病害，其中以最早通车的桃夭门大桥钢桥面铺装最为严重。

桃夭门大桥坐落于册子岛与富翅岛之间，日均车流通行量为1.8万辆，2019年舟山跨海大桥危化品车量解禁后，大型槽罐车数量剧增，货车占比达到历史最高水平11%；桃夭门大桥钢桥面铺装出现车辙、坑洞、裂缝等病害，严重影响行车安全及舒适度，路况指标不达标；钢桥面铺装技术很多，目前国内主要有环氧类、沥青类以及聚氨酯类钢桥面铺装技术，但是各工作工艺均有优劣，我们根据舟山跨海大桥为及舟山与大陆的唯一通道无法断流及长时间占道施工的通行特殊性，寻求一种能快速、有效、长久的钢桥面铺装修复形式，以解决在高速养护施工中钢桥面铺装修复时间窗口期短的难题[1]。

舟山跨海大桥钢桥面建设初期均采用双层环氧沥青混凝土，环氧沥青混凝土刚性较大，易出现刚性鸡爪裂缝，逐步扩展到网裂坑洞；由于双层环氧沥青混凝土施工难度较大，养生时间较长，无法满足通行高速的养护施工要求，因此2015年尝试了双层沥青类结构修复，经过5年的运营，沥青类病害的情况凸显，车辙推挤层出不断；对此我们需要探寻一种新的工艺，有效的匹配钢桥面铺装层结构修复养护施工的特殊性。（如表1所示）。

表1 钢桥面历年养护形式及现状分析

2 舟山跨海大桥典型病害类型有

2.1 疲劳开裂

由行车荷载和温度变化的多次反复作用引起的沥青铺装层的开裂破坏，是钢桥面铺装的主要破坏类型之一。钢桥面沥青铺装层由正交异性钢桥面板支撑，在车辆荷载作用下，正交异性钢桥面板的变形导致纵向加劲肋、横隔板（或横向加劲肋）、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，即这些位置处的铺装层表面是拉应力或拉应变集中区。因此疲劳开裂首先出现在铺装层表面，然后逐渐向底面发展。在纵向加劲肋、纵隔板、主梁腹板顶部的桥面沥青铺装层表面易出现纵向裂缝。在横隔板（或横向加劲肋）顶部的桥面沥青铺装层表面易出现横向裂缝，在横隔板与加劲肋交汇处，铺装层表面易出现网裂。

2.2 车辙

车辙主要表现为铺装层表面轮迹处出现沉陷及侧向隆起现象。钢桥面沥青铺装在长时间车辆荷载（包括交通量成倍增长、重载、超载、慢速行驶、渠化交通）的作用下，铺装层沥青混合料的抗永久变形能力不足，易引起车辙病害。尤其在高温时节，铺装层工作温度高出气温20～30℃，铺装沥青混合料体现出较强的黏塑性而表现出抗永久变形能力不足。此外，高温时节黏结层材料强度大幅度降低，铺装层与钢板间的抗剪切能力不足，易加速车辙的发展。

2.3 坑槽

早期裂缝若得不到及时有效的处理，不断扩展后会形成坑槽。此外，钢桥面沥青铺装沥青混合料的空隙率大、水稳定性不足等亦可能引发坑槽。

2.4 推移和壅包

钢桥面沥青铺装层与沥青混凝土路面一样，在受到较大的车轮垂直和水平荷载作用时，铺装表面会出现推移（或波浪）和壅包破坏。推移是沥青混凝土的塑性流动滑移产生的，其特征为横跨沥青表面的波形起伏。壅包是铺装表面的局部隆起，成因是车辆荷载引起的重直和水平荷载的综合作用使结构层内产生的剪应力超过材料的抗剪强度，同时也与行驶车辆的冲击、振动等动力作用有关。

由于钢桥面沥青铺装是铺设在导热性好的钢桥面板上，钢桥面沥青铺装层发生的壅包破坏，不仅会产生沥青路面上常见的沥青包，且会产生特有的高温气包。高温气包的形成是由于钢桥面沥青铺装体系内含的水分在夏季高温下（钢板的温度可达到80℃）蒸发成气体，钢桥面沥青铺装层为了防止雨水浸蚀钢板一般采用致密型沥青混凝土，更有甚者，如浇注式沥青混凝土的空隙率达到零，因此铺装层内部的气体无法泄出，这样游动的气体越聚越多，最终不断膨胀，使沥青混合料铺装层表面形成局部隆起。

2.5 黏结层失效或脱层

黏结层失效或脱层是钢桥面沥青铺装的主要病害类型之一，也是钢桥面沥青铺装特有的一种破坏类型。在行车荷载、温度等共同作用下，钢桥面沥青铺装层与钢板间存在较大的剪应力，引起较大的剪切变形，当铺装层与钢板之间结合界面的黏结力差、抗水平剪切力较弱时，在水平方向便产生相对位移直至黏结层失效或脱层。

3 养护施工时间窗口期分析

钢桥面铺装养护施工与新建施工不同在于施工时间的窗口期非常短，一旦原路面破碎打开，后续施工必须连续进行，发生堵车、警备任务、交通事故等特殊情况无法撤除，对社会影响大；因此对施工工艺要求严格，施工周期要可控，主要影响有以下几个方面：

3.1 舟山跨海大桥单向每日大流量时段及周末潮汐流量影响

舟山跨海大桥每日进出岛流量集中在13时至16时之间，桃夭门大桥主桥段位于最高点，双向均为上坡路段，上桥前易发生拥堵；

普陀山风景区坐落于舟山，是浙江一日游及周末踏青的好去处，一到周末往来上香礼佛的游客络绎不绝，形成了舟山跨海大桥特有的周六进岛，周日出岛的大流量特性，根据舟山跨海大桥大流量管理办法，周六上行进岛方向禁止施工，周日下行出岛方向禁止施工，为钢桥面铺装连续施工造成了困难。

3.2 钢桥面铺装施工期间雨水影响

钢桥面铺装施工中，由于下面层为钢板，防锈是第一要务，因此不允许有雨水侵入，舟山跨海大桥处于海洋气候条件下，时有阵雨，因此施工期间需要调查、收集历年的同期天气情况，以及近期的天气预报情况。

受沿海地区夏季台风影响、梅雨季节影响，施工时段应避开6～9月（6月为梅雨季节，7～9月台风季节）。

3.3 海洋气候早间露水影响

跨海大桥处于海面之上，每日凌晨升温时随着水蒸气蒸发遇上低温裸露的钢桥面，形成水凝珠，进而形成大面积湿漉漉的桥面，对裸露的钢板造成极大的影响，也影响后期环氧黏结层涂刷、环氧沥青层的摊铺；因此钢桥面铺装的黏结层工艺、摊铺工艺应避开夜间时段，直至太阳升起，露水蒸发后方可进行施工[2]。

4 环氧沥青混凝土+高黏高弹SMA10沥青混凝土双层复合型结构修复钢桥面铺装层

4.1 结构层形式的优势

随着交通流量和重载交通的增大，不少桥面铺装表面出现大面积的损伤破坏，主要的病害有：裂缝、坑槽、脱空、坑槽维修后的新旧界面开裂和再度破损等。故需要对其整体翻修，由于钢桥面铺装的特殊性，需要考虑众多因素，如：温度、车流量、降雨量等，从源头预防病害是重中之重。

从养护的角度讲，双层环氧铺装养护时间长，成本高昂，且工艺要求严格，不适用于交通极为拥堵路段的养护施工；双层SMA，表面构造好，经济型强，但抗疲劳较差，强度模量也不足，易产生车辙、推移；而浇筑式混凝土，高温稳定性较差，抗车辙能力较弱，且层间嵌挤力不足[3]。

为满足钢桥面安全舒适行驶使用要求，一方面采用环氧铺装的高强度模量起到承载和防水作用，提高铺装层的耐疲劳性；另采用相对较粗的SMA-10来提高磨耗层的抗车辙能力和抗滑能力。

环氧沥青混凝土+高黏高弹SMA-10沥青混凝土的结构层形式，既满足了钢桥面板到沥青面层刚性过度要求，又解决了环氧沥青混凝土刚性太强易开裂的情况，面层通过SMA-10沥青混凝土做完磨耗层，避免了通行车辆直接与环氧沥青层接触。

在下一轮养护维修过程中，给予了我们单层维修处理的条件，以避免二次铣刨再对钢板造成伤害。

4.2 施工窗口期的控制

环氧+高黏高弹钢桥面施工有两个窗口期：

第一个窗口期为底层环氧防水层涂布24h后至72h内环氧沥青混凝土层施工，需把握天气、路况、车流等综合因素的影响，精确控制摊铺时间，确保每一车环氧沥青混凝土在出厂3h内摊铺完成。

第二个窗口期为环氧黏结层涂布24h后至72h内高黏高弹SMA10沥青混凝土面层施工，该窗口期主要控制好环氧黏结层的养生时间，避免拉丝或完全固化。

5 结束语

钢桥面铺装层的形式多种多样，环氧沥青混凝土+高黏高弹SMA-10沥青混凝土的结构层形式的优势在于：异层铺装结构，使得刚性过度呈阶梯形式，逐渐由刚性过度到柔性路面，避免了直接刚柔结合的层间黏结问题；每一阶段的施工窗口期可控，有利于在沿海地区海洋天气多变的情况下进行施工；最后对下一轮养护施工提供了单层处理的条件，减少了后期养护的成本。