王曉偉

（沈陽市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及交通整體規(guī)劃的需求，從20世紀(jì)90年代開始，我國的橋梁建設(shè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，建造了許多鋼箱梁橋，鋼橋面的鋪裝技術(shù)也走過了從引進(jìn)、消化、吸收到結(jié)合我國各地區(qū)具體情況創(chuàng)新的過程[1-2]。

沈陽市也制定了《沈陽市綜合交通規(guī)劃》與《沈陽市快速路系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃》：沈陽市快速路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)為“兩橫、兩縱、四環(huán)、十二射”的快速路系統(tǒng)。

據(jù)此沈陽市開始大規(guī)模修建城市橋梁，主要有一環(huán)、二環(huán)、迎賓路、東陵路、北一路高架等?？缭綔喓蛹捌押拥臉蛄河袞|塔橋、長青橋加寬、云龍湖橋、高坎橋、尚小斜拉橋等。

鋼橋由于自重輕、建造周期短、跨越能力大、適合工業(yè)化制造、便于運(yùn)輸安裝等優(yōu)點(diǎn)，其占比在2010年以后逐步增加，現(xiàn)已成為沈陽市主要橋梁型式。這些年來沈陽市也在積極探索適合本地區(qū)特點(diǎn)的鋼橋面鋪裝技術(shù)，有效提高鋼橋面鋪裝的使用性能與使用壽命。

1 鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)型式

1.1 正交異性鋼橋面

正交異性鋼橋面由橫隔板（梁）、縱向加勁肋及其共同支撐的橋面板組成，橋面結(jié)構(gòu)縱橫向的剛度不同，同一方向不同位置的剛度也存在差異。這些因素形成了正交異性橋面板的剛度及變形的不均勻性，對鋼橋面鋪裝性能提出了更高的要求。

正交異性鋼橋面是德國工程師于20世紀(jì)50年代發(fā)明的。因其具有自重輕、易于預(yù)制和安裝、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良的特點(diǎn)被鋼結(jié)構(gòu)橋梁廣泛應(yīng)用。目前沈陽市建造的鋼箱梁橋的橋面板均為正交異性鋼橋面。

1.2 鋼橋面鋪裝組成

鋼橋面鋪裝是由不同功能材料共同組成的鋪裝結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通常由防腐層、防水黏結(jié)層、緩沖層、黏附層、磨耗層組成。防水黏結(jié)層具有防腐功能可不用防腐層。除磨耗層外，其余的各層也可統(tǒng)稱為界面功能層。

（1）防腐層：避免鋼板腐蝕。

（2）防水黏結(jié)層：避免水腐蝕鋼板并保證鋼板表面與緩沖層之間的可靠黏結(jié)。

（3）緩沖層：在鋼板與磨耗層之間形成一個保護(hù)過渡層。

（4）黏附層：提供磨耗層與緩沖層之間的可靠黏結(jié)。

（5）磨耗層：傳遞交通荷載，提供必要的平整性、抗滑構(gòu)造等，保證車輛行駛的舒適性及安全性。

1.3 鋼橋面鋪裝材料

1.3.1 鋪裝材料性能要求

鋼橋面鋪裝材料需要滿足以下基本要求：

（1）良好的適應(yīng)變形能力。能夠適應(yīng)車輛輪載作用下鋼橋面板較大的變形。

（2）良好的層間黏結(jié)性能。保證鋪裝層間及與橋面板的良好的結(jié)合，避免層間滑動。

（3）良好的抗裂性能。避免及減少鋼橋面鋪裝承受拉應(yīng)力或拉應(yīng)變時易產(chǎn)生疲勞開裂。

（4）良好的高溫穩(wěn)定性。能夠有效地防止在高溫季節(jié)易發(fā)生的車轍、推移、擁包等病害。

（6）良好的防水性能。具有較高的抗水壞及密水性，保證鋼橋面不被水腐蝕。

（7）良好的平整性、抗滑性。減小車輛荷載對橋梁的沖擊及提高行車舒適性、安全性。

（8）良好的耐久性。保證在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，材料性能降低得不大，保證使用性能的要求。如：必須具備良好的水穩(wěn)定性、抗老化性和抗疲勞性能等。

1.3.2 鋼橋面鋪裝常用材料

界面功能層的材料主要有防腐漆、環(huán)氧樹脂（或合成樹脂）、改性瀝青、乳化瀝青等。下面主要介紹磨耗層材料。

1.3.2.1 澆注式瀝青混凝土

澆注式瀝青混凝土具有“三高”的特點(diǎn)。即礦粉含量高（20%～30%）、瀝青含量高（7%～10%）、拌合溫度高（220℃～260℃）。其具有以下特點(diǎn)：

6.加大名優(yōu)品種技術(shù)推廣和示范點(diǎn)建設(shè)力度，為新品種、新技術(shù)的推廣打下基礎(chǔ)。2018-2020年全省每年引導(dǎo)10家規(guī)模養(yǎng)殖場轉(zhuǎn)型發(fā)展，為當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖戶示范漁業(yè)供給側(cè)改革基地。每年在每個示范基地舉辦養(yǎng)殖專題技術(shù)培訓(xùn)班2期，培訓(xùn)養(yǎng)殖戶100人次以上，全省每年培訓(xùn)養(yǎng)殖戶2000人次以上。

（1）自流成型，不用碾壓就能達(dá)到最終強(qiáng)度，避免因碾壓不足導(dǎo)致鋪裝層的損壞。

（2）不透水、不吸水，能避免水損害的發(fā)生，尤其是在北方嚴(yán)寒地區(qū)，能有效地減少除冰鹽對鋪裝的損害。

（3）孔隙率小，一般為1%左右。水分和其他物質(zhì)無法滲入其內(nèi)部，可減少其在使用過程中因接觸空氣、水、陽光而產(chǎn)生的老化和脆化現(xiàn)象。

（4）瀝青含量高，因而具有較高的柔韌性，適應(yīng)反復(fù)彎曲及結(jié)構(gòu)層的隨從變形的能力高。

1.3.2.2 環(huán)氧瀝青混凝土

環(huán)氧瀝青混凝土是由環(huán)氧樹脂、固化劑與基質(zhì)瀝青經(jīng)化學(xué)改性所得的混合物。是一種熱固力學(xué)性能的材料，并且對溫度的敏感程度較低。其具有以下特點(diǎn)：

（1）其強(qiáng)度高，高溫性能好。

（2）其性能受成型時溫度、時間、濕度等因素變化的影響大。

（3）其配制工藝和施工工藝比較復(fù)雜。

（4）早期強(qiáng)度低，必須有足夠的養(yǎng)生期以確保環(huán)氧瀝青混凝土完成固化，達(dá)到使用強(qiáng)度。

（5）價(jià)格較高。

目前市場上使用較普遍的環(huán)氧瀝青可分為溫拌環(huán)氧瀝青（以美國為代表）和熱拌環(huán)氧瀝青（以日本為代表），我國同樣可以生產(chǎn)這兩種環(huán)氧瀝青。溫拌環(huán)氧瀝青對施工工藝要求嚴(yán)格，施工難度大；熱拌環(huán)氧瀝青施工工藝相對簡單，養(yǎng)生時間短，對集料干燥程度要求，以及對拌合設(shè)備要求相對較低。

1.3.2.3 改性瀝青SMA

改性瀝青SMA是熱拌、熱鋪的間斷級配骨架密實(shí)型瀝青混凝土。其具有以下特點(diǎn)：

（1）在材料組成上，SMA的主要特點(diǎn)是三多一少：粗集料含量多、礦粉含量多、瀝青用量多，細(xì)集料少，并需要摻有纖維穩(wěn)定劑以防止瀝青析漏。

（2）高溫穩(wěn)定性較好、低溫抗裂性較好、耐磨性及抗滑性較好。

（3）因SMA為間斷級配，要求骨料能真正形成接觸的骨架，對礦料級配設(shè)計(jì)和施工拌合質(zhì)量控制要求嚴(yán)格，施工攤鋪特別注重防離析的措施。

1.4 新型鋼橋面鋪裝

我國的技術(shù)研究人員在引進(jìn)消化、吸收、改進(jìn)國外優(yōu)秀的鋼橋面鋪裝體系的同時，也在積極創(chuàng)新，研究出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鋪裝體系，現(xiàn)簡單介紹如下：

1.4.1 ECO改性聚氨酯混凝土橋面鋪裝

這種鋪裝體系是由寧波路寶科技實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司自主研發(fā)的一種“去瀝青”的全新的“單層”鋪裝技術(shù)體系。這種技術(shù)依托新型高分子改性聚氨酯材料良好的耐高溫性能、防水腐蝕性能、與集料的強(qiáng)粘附能力，能夠有效地解決車轍、疲勞、低溫裂縫、水損害、老化這五大典型病害。其具有以下特點(diǎn)：

（1）優(yōu)異的層間結(jié)合性能與力學(xué)性能指標(biāo)。

（2）卓越的抗高溫性能。

（3）優(yōu)異的隨從性及抗疲勞開裂性。

（4）高彈性模量，提高橋面剛度。

（5）良好的防水、防腐性能。

（6）超薄設(shè)計(jì)，最薄可到30 mm。

（7）常溫拌合、施工便捷、質(zhì)量可控

（8）2 h固化，快速通車。

1.4.2 UHPC鋼橋面鋪裝

超高性能混凝土，簡稱UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也稱作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，UHPC具有超高的力學(xué)性能、優(yōu)異的耐久性、抗腐蝕性；由于摻入一定量的鋼纖維又具有優(yōu)異的韌性。它是過去三十年中最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料，實(shí)現(xiàn)工程材料性能的大跨越。

正交異性鋼橋面存在兩個主要難題，一是鋼橋面板的疲勞破壞；二是鋼橋面鋪裝易損壞問題。為解決這兩個問題，我國橋梁技術(shù)研究人員提出了在正交異性鋼橋面上鋪設(shè)薄層UHPC層，將鋼橋面轉(zhuǎn)變成組合橋面，極大提高了橋面板剛度，大幅降低了橋面板的應(yīng)力水平，大幅提高了鋼橋面抗疲勞壽命。能夠綜合解決鋼橋面的疲勞破壞和鋼橋面鋪裝易損壞的難題。而且組合橋面很薄，并不增加橋面鋪裝的總厚度，能夠適應(yīng)橋梁輕型化的要求。

目前我國生產(chǎn)制作UHPC鋼橋面鋪裝體系的主要有兩家公司：一是湖南大學(xué)邵旭東教授研發(fā)的超高性能輕型橋面組合結(jié)構(gòu)（STC）；二是中鐵大橋科學(xué)研究院研發(fā)的超高性能混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)。

2 沈陽市鋼橋面鋪裝使用情況

隨著世界范圍的正交異性鋼橋面鋪裝技術(shù)的不斷發(fā)展及完善，在上世紀(jì)90年代形成了較完整的正交異性鋼橋面鋪裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，但鋼橋面鋪裝病害問題并沒有得到很好解決。

我國開展正交異性鋼橋面鋪裝使用與研究已經(jīng)有二十余年，積累了一些成功的經(jīng)驗(yàn)，但總體上我國鋼橋面鋪裝病害問題依然比較嚴(yán)重。典型鋼橋面鋪裝的使用效果總結(jié)如下：

（1）環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝表現(xiàn)差異較大，部分鋪裝表現(xiàn)較好，但有的鋪裝通車后不久就出現(xiàn)局部擁包開裂等病害，環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝方案在我國的長期性能表現(xiàn)還需經(jīng)受進(jìn)一步時間的驗(yàn)證。

（2）雙層SMA熱碾壓型瀝青及澆注式瀝青混凝土鋼橋面鋪裝同樣也出現(xiàn)比較嚴(yán)重的車轍、開裂、推移等病害，部分鋪裝的使用壽命僅僅三至五年，如何進(jìn)一步改善和提高這兩種鋪裝材料性能是目前面臨的技術(shù)難題。

（3）下層澆注式瀝青混凝土+上層SAM鋪裝方案，部分工程橋面鋪裝也同樣出現(xiàn)車轍、開裂、推移等病害。

2.1 沈陽市高架橋鋼橋面鋪裝使用情況

沈陽市高架橋鋼橋面鋪裝主要采用雙層SMA鋪裝體系。這是因?yàn)槌鞘懈呒軜蛄撼d車輛沒有或較少，主要通行小汽車且SMA具有高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、耐磨性及抗滑性較好、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，從而選用了雙層SMA鋪裝體系。

沈陽市從2012年左右開始在市內(nèi)高架橋梁鋼橋面上使用雙層SMA鋪裝體系已有8 a左右的時間，未發(fā)現(xiàn)其有較大的破損情況，僅有少量的橋面鋪裝出現(xiàn)擁包、推移、裂縫現(xiàn)象，總體使用情況良好。

2.2 沈陽市跨河橋鋼橋面鋪裝使用情況

沈陽市跨越蒲河、渾河的大跨徑橋梁的鋼橋面鋪裝主要采用了澆注式瀝青混凝土鋪裝、下層澆注式+上層SMA鋪裝、ECO改性聚氨酯混凝土橋面鋪裝及ERS橋面鋪裝。舉例說明如下：

（1）沈陽市尚小斜拉橋：其跨越沈陽北部的蒲河，橋梁跨徑100 m，為獨(dú)塔單索面斜拉橋。根據(jù)澆注式瀝青混凝土具有良好的抗疲勞性、抗老化性、密水性、低溫抗裂性、變形協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)，其橋面鋪裝采用了澆注式瀝青混凝土鋪裝。在2008年竣工，使用時間已超過10 a，目前未發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝損壞，使用情況良好。

（2）沈陽市東塔橋：其跨越沈陽南部的渾河，跨徑為90 m+220 m+90 m自錨式懸索橋。根據(jù)澆注式瀝青混凝土具有良好的抗疲勞性、抗老化性、密水性、低溫抗裂性、變形協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)，并因澆注式瀝青混凝土的抗車轍性能和抗滑能力不足的因素及沈陽市使用SMA的經(jīng)驗(yàn)，采用了下層澆注式+上層SMA鋪裝，以確保橋面的質(zhì)量。2018年初竣工。因使用年限短，對其橋面鋪裝的使用情況需進(jìn)一步觀察。

（3）沈陽市長青橋加寬橋：其為跨越渾河原長青橋加寬的大跨徑連續(xù)鋼箱梁橋。為快速開放交通選擇了ECO改性聚氨酯混凝土橋面鋪裝體系。2018年末通車，因剛剛通車，對其橋面鋪裝的使用情況需進(jìn)一步觀察。

（4）沈陽市高坎橋：跨越渾河位于沈陽市四環(huán)路上，是一座四跨連續(xù)獨(dú)塔自錨式鋼箱梁懸索橋（48+180+180+48）m。其橋面鋪裝采用環(huán)氧瀝青混凝土。2013年竣工通車，幾年后出現(xiàn)了鋪裝損壞情況，使用效果不理想。

（5）丁香湖大橋：位于沈陽市四環(huán)路上在丁香湖附近，是連續(xù)鋼箱梁橋。采用的是ERS橋面鋪裝。2013年竣工通車，目前使用效果良好。

3 結(jié) 語

沈陽市鋼橋面采用的鋪裝涵蓋了常用的三種鋪裝體系，即雙層SMA、澆注式瀝青混凝土、環(huán)氧瀝青混凝土，對剛剛推出的鋼橋面鋪裝體系（ECO改性聚氨酯混凝土橋面鋪裝、UHPC鋼橋面鋪裝）中的ECO鋪裝體系也進(jìn)行了試驗(yàn)性的使用，這說明沈陽市的科研設(shè)計(jì)人員也在對嚴(yán)寒地區(qū)鋼橋面鋪裝的使用進(jìn)行著積極的探索與研究。

從目前的使用效果來看，有良好的，也有不理想的：

（1）在沒有或少量重載的交通環(huán)境下，例如城市高架橋，雙層SMA及澆注式瀝青混凝土鋪裝的效果良好。

（2）在有大量重載的交通環(huán)境下，環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝的效果不理想。

（3）下層澆注式+上層SMA鋪裝及ECO改性聚氨酯混凝土橋面鋪裝由于沈陽市使用時間短，目前無法得出結(jié)論，尚需進(jìn)一步觀察。

（4）就沈陽市目前的鋼橋面鋪裝的使用情況看，還沒有完全形成適合沈陽市的交通、氣候條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的鋼橋面鋪裝方案及體系。這就需要科研人員繼續(xù)努力研究探索，找到適合本地區(qū)特點(diǎn)的鋼橋面鋪裝方案及體系。