舟山跨海大桥钢桥面铺装养护措施

竺海钢　曾田　贺才松

摘 要：基于舟山跨海大桥的施工环境和钢桥面铺装的使用要求，并对钢桥面铺装病害类型及成因进行分析，提出了环氧沥青钢桥面铺装养护措施。通过采用双层环氧碎石混凝土结构和ER结构两种修复方案进行施工对比，验证了双层环氧碎石混凝土结构的施工可行性和维修合理性。

关键词：钢桥面铺装 双层环氧碎石混凝土 双层环氧碎石磨耗层 ER结构

中图分类号：TV78 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（a）-0070-02

Abstract：Based on the construction environment and operational requirements of steel deck pavement of Zhoushan Sea-crossing Bridge，the types and causes of steel deck pavement disease are analyzed，and the conservation measures of steel deck epoxy asphalt pavement are proposed.By comparing the construction effects of two rehabilitation programs of double layer epoxy gravel concrete structure and ER structure，the construction feasibility and maintenance rationality of double layer epoxy gravel concrete structure are verified.

Key Words：Steel deck pavement；Double layer epoxy gravel concrete；Double layer epoxy gravel wearing course；ER structure

桃夭门大桥是舟山大陆连岛第三座跨海大桥，桃夭门大桥自2006年1月通车以来，使用状况良好，但桥面铺装出现多处裂缝，局部有坑槽、脱空等病害。针对铺装病害情况，对桥面病害严重的铺装层进行了整治维修，并对局部路段进行了罩面。整治后桥面铺装病害得到较大地控制，外观得到较大地改善。

1 钢桥面铺装概况

桃夭门大桥是舟山大陆连岛第三座跨海大桥。大桥钢桥面采用双层环氧铺装体系，铺装结构为：钢板环氧富锌漆+防水粘结层沥青+双层（2.5 cm+2.5 cm）环氧沥青混合料，总厚度为50～55 mm。

2 桥面铺装病害类型及成因分析

桃夭门大桥钢桥面铺装病害主要表现为纵向裂缝、横向裂缝、网裂，偶尔有坑槽、脱空等。纵向裂缝是桃夭门大桥桥面铺装最典型的病害。根据桥面调查，大桥左幅铺装在轮迹间产生有规律地连续纵向裂缝，在两个U形肋之间的中部。

3 钢桥面铺装体系有限元分析

3.1 计算模型

取桃夭门大桥的正交异性钢桥面局部梁段作为计算对象，局部梁段纵向包含4块横隔板，横向包含10条U型加劲肋。采用有限元软件建模，其中钢桥面板、U型加劲肋及横隔板用板单元进行模拟，铺装层用实体单元进行模拟。

3.2 主要计算参数

荷载等级：汽——超20。横向荷载位置：荷载I——施加于两U型加劲肋中间；荷载Ⅱ——以一U型加劲肋边为中心对称施加；荷载Ⅲ——施加于一U型加劲肋上方。纵向荷载位置：分别考虑横隔板附近位置和两横隔板跨中位置。铺装层弹性模量：1 500 MPa。

3.3 主要计算结果

产生纵向裂缝的主要原因有：（1）横向拉应力过大产生纵向开裂；（2）竖向位移过大产生疲劳损伤，导致铺装开裂。就以上两原因进行计算分析。

（1）横向拉应力。

根据计算结果分析：BZZ-100标准轴重轮压在超载30%的情况下，最大横向拉应力为1.154 MPa，小于美国环氧沥青抗拉强度1.52 MPa[美国环氧沥青（120℃固化4 h）技术要求抗拉强度不应小于1.52 MPa]；且在不同荷载位置下，最大横向拉应力均出现在U型加劲肋上方。故由于横向拉应力过大而产生纵向开裂的可能性较小，即桃夭门大桥桥面铺装在U型加劲肋上方出现纵向裂缝的几率较小。通过计算，当BZZ-100标准轴重轮压超载50%，即轴压为1.36 MPa时，最大横向拉应力为1.53 MPa，超过美国环氧沥青抗拉强度，桥面易横向开裂。

（2）竖向位移。

铺装设计要求控制加劲肋的挠跨比（即加劲肋跨中竖向相对位移/加劲肋上口宽度）在1/800～1/1 700之间，且加劲肋跨中竖向相对位移不超过0.4 mm。根据计算结果可知，荷载I至荷载Ⅲ在两横隔板跨中时，其竖向位移均大于0.4 mm，特别在超载情况下，位移量更大，不满足要求。在车载反复作用下，最大竖向位移处是铺装层容易产生疲劳损坏而开裂之处，在两U型加劲肋中间部位是刚度较小容易出现疲劳开裂之处。故桃夭门大桥桥面铺装的纵向裂缝，是由于竖向位移过大产生疲劳损伤，导致铺装层开裂，且裂缝一般出现在两U型加劲肋中间。

综上所述，桃夭门大桥桥面铺装的纵向裂缝是由于竖向位移偏大，反复的车辆荷载使桥面产生疲劳损伤所致。提高铺装层材料的弹性模量，选择延度高、韧性强的铺装材料均可适当缓解疲劳损伤导致的纵向开裂。

4 钢桥面铺装养护措施

4.1 环氧碎石混凝土维修方案

采用双层环氧碎石混凝土结构，即清除病害区域内环氧沥青混凝土至钢板，钢板表面抛丸、打磨处理之后，铺筑环氧粘结层+环氧碎石混凝土2.5 cm（下面层）；对环氧沥青下面层进行抛丸处理，再摊铺环氧粘结层+环氧碎石混凝土2.5 cm（上面层）。病害处治后，对桥面进行抛丸，再铺筑双层环氧碎石磨耗层。

4.2 ER结构维修方案

树脂沥青桥面铺装修补结构即ER结构为树脂沥青防水抗滑粘结层EBCL+冷拌树脂沥青混凝土RA13（4～6 cm）。EBCL利用树脂沥青+抗剪碎石形成一层新的完整的防水抗滑粘结层，实现铺装层对钢板的牢固粘结。

4.3 钢桥面铺装养护措施

考虑到对钢桥面铺装养护维修技术的研究尚处于摸索阶段，在大桥上采用双层环氧碎石混凝土结构和ER结构两种方案的比对性试铺方案。对于不规则裂缝或出现位置分散的病害，采用环氧碎石混凝土结构处治。对于病害出现较为集中的区域即大面积病害区域的修复，采用ER结构处治。

5 钢桥面铺装养护处治效果

通过对维修后桥面铺装使用状况进行调查，采用ER修复结构处治的桥面在后期运营过程中出现鼓包和锈迹等病害。分析其原因主要是因为环氧沥青与修补材料强度、模量、变形追随性的差异，使得环氧沥青内部的缺陷加速暴露，从而产生裂缝。而采用双层环氧碎石混凝土修复并铺设双层环氧碎石磨耗层的桥面，无论从铺装层强度、防水性能、新老铺装材料性能差异，还是桥面铺装的行车舒适性和安全性等都较好。

6 结语

根据近两年的桥面铺装维修经验，采用双层环氧碎石混凝土修复并铺设双层环氧碎石磨耗层的桥面至今状况较好。

参考文献

[1] E Brown，John Haddock.Method to Ensure Stone-on-Stone Contact in Stone Matrix Asphalt Paving Mixtures[J].Transportation Rwsearch Record，1997，1583（1）：11-18.

[2] 童乐为，沈祖炎.正交异性钢桥面板静力实验和有限元分析[J].同济大学学报，1997，25（6）：617-622.

[3] 李闯民，李宇峙.钢桥桥面沥青铺装层应变化规律研究[J].公路交通科技，2000，17（6）：1-4.

[4] 徐军，陈忠延.正交异性钢桥面板的结构分析[J].同济大学学报，1999，27（2）：170-174.