城市钢桥通用铺装技术方案研究

郑晓光，马 骉，章 谦，陈亚杰

（1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092；2.西卡（中国）有限公司，上海市 201108）

城市钢桥通用铺装技术方案研究

郑晓光1，马 骉1，章 谦2，陈亚杰1

（1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092；2.西卡（中国）有限公司，上海市 201108）

针对城市钢桥点多、面广、量少三个特点，提出了城市钢桥通用铺装技术方案，采用了耐久的防水粘结体系，包括环氧云母防腐层，大剂量无溶剂环氧树脂防水层和热融颗粒粘接材料，铺装采用细粒式密实型高黏度沥青混合料保证密水性、柔韧性、高温稳定、抗滑性能，并利于后期养护维修。进行了一系列性能试验，包括材料拉拔试验、拉伸试验、随从性试验和铺装体系剪切、拉拔与疲劳试验，试验结果表明，该铺装体系具有较好路用性能与耐久性。

城市桥梁；钢桥面铺装；热融颗粒；通用方案；化学粘结

0 引言

钢桥面铺装是铺设在钢桥面板上，起保护钢板并保证汽车行驶要求的单层或双层构造物，厚度约60～80 mm。其一般由防腐层、防水粘结层、铺装层等构成。在行车荷载、风载、温度变化及钢桥面局部变形等综合因素影响下，其受力和变形远较混凝土桥面复杂，因而对其强度、变形特性、温度稳定性、疲劳耐久性等均有更高要求。同时由于铺装所处的特殊位置，在使用性能上又提出重量轻、粘结性高、不透水等特殊要求。作为桥梁行车系的重要组成部分，桥面铺装的好坏直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁耐久性。

目前城市钢桥数量众多，但是较为分散，对于单体工程，跨径小，整体面积不大，尤其在城市高架桥梁跨越道路交叉口时，由于跨径相对较大，同时施工期间通常要求不中断相交道路的交通，钢梁现场安装加工的周期较短，且相同跨径的条件下其梁高最小，因此较多采用钢梁，总体上城市钢桥可以归结为点多、面广、量少三个特点。

对于城市高架的中小跨径钢桥铺装，目前主要是两种做法，一种做法不重视铺装，认识不足，直接采用普通道路路面材料，普通材料满足不了铺装要求，早期病害不可避免；有的为了增加沥青材料与钢板摩阻力，在钢板上焊接钢筋，这种做法会改变钢板受力状态，同时焊接对钢板也会产生损伤，并且会大大增加沥青混合料施工与后期养护难度，是一种完全不可取的工艺；另外一种做法是移植大跨径钢桥面铺装技术，采用特种沥青混凝土，虽然试验室性能可满足技术要求，但由于其材料、施工要求与施工机具有特殊要求，而且桥面铺装面积较小，导致实施难度较大，施工质量不容易保证，而且经济成本较高，单价往往要显着高于大跨径钢桥。因此需要研究适用于城市钢桥的通用耐久的铺装方案[1]。

1 城市钢桥面铺装设计要求

根据城市钢桥特点，其桥面铺装要求如下：

（1）通用性强。铺装应采用相对常规材料，不宜采用专用设备，防水层采用常规设备施工，整体施工工艺应简单、可操作性强，适用于正交异性钢桥桥面铺装。

（2）耐久性高。借鉴长寿命沥青路面理念，采用耐久高性能的防水、粘结体系，保证铺装下层的防水、粘结与抗剪性能，避免发生锈蚀、渗水与剪切破坏；为便于施工应用与后期养护，铺装下层采用常规材料，保证高温稳定性，抗疲劳开裂性，对钢板变形的追从性，进一步保证密水性；铺装上层采用常规材料，提高表面抗滑性能，保证行驶安全性与舒适性。另外，铺装材料便于后期养护维修。

（3）经济性好。较环氧沥青与浇筑式沥青铺装，初期建设投入显著降低，后期维修成本较低，全寿命周期内经济性强。

2 城市钢桥通用钢桥铺装方案设计

（1）防腐层采用含云母氧化铁底涂防止钢板的锈蚀，层状结构可延长通道距离；涂层属纯物理隔绝，化学稳定性好，见图1。

图1 含云母氧化铁防腐层

（2）防水层采用无溶剂改性环氧树脂材料保证防水效果，树脂材料能耐240℃短时高温，可消除受热粉化问题，具有极佳的抗腐蚀性能，可抵御除冰盐、水、机油、汽油侵蚀作用。

（3）粘结层采用热融型颗粒，热融型颗粒既可以与防水层较好粘结，同时在热拌沥青混合料摊铺时融化，与沥青混合料融为一体，将防水层与沥青铺装结合为一个整体，防止层间的滑动与开裂，保证防水层的耐久性。粘结颗粒是一种乙烯和醋酸乙烯酯在有催化剂作用时形成的共聚物，具有良好弹性的热塑性树脂，在沥青摊铺过程中，热融颗粒与改性沥青中的纤维交联在一起，形成网状结构，有效地改变了传统的防水层和沥青铺装层之间单一的物理剪切键的作用，通过化学粘结键和物理剪切键的双重功效，增强了铺装系统的粘结强度和抗剪切强度，见图2。

图2 粘结颗粒

（4）铺装下层采用细粒式密实型高弹性沥青混合料，具有较好的密水性，热稳定性与变形随从性，可采用SMA-10或SMA-13。

（5）铺装上层采用细粒式或中粒式高弹性沥青混合料，具有较好的热稳定性、变形随从性与表面抗滑性，可采用SMA-10或SMA-13。

城市钢桥通用铺装方案见表1。

表1 城市钢桥通用铺装方案

3 试验分析

针对提出的铺装方案，分别进行防腐层拉拔强度、防水层拉拔强度、防水层拉伸性能、防水层与钢板随从性、铺装系统剪切试验、铺装系统拉拔试验与疲劳性能试验。

3.1 防腐层拉拔强度试验

试验采用含云母氧化铁底涂为防腐层，通过拉拔试验测定其粘结效果。试验过程见图3。

图3 防腐层拉拔试验

试验分别在25℃、60℃和70℃温度下测定了含云母环氧防腐底涂试件多点的拉拔强度，试验结果见表2，25℃下拉拔强度为14.1 MPa，显著高于《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》要求的5 MPa。

表2 防腐底涂拉拔试验结果

3.2 防腐层、防水层拉拔强度试验

试验在含云母氧化铁底涂的基础上加涂无溶剂环氧防水层，通过拉拔试验测定其粘结强度。试验过程见图4，不同温度下拉拔强度见表3。无溶剂环氧防水层材料拉拔试件的破坏面发生在环氧防腐底涂和防水层之间，25℃下拉拔强度为10.8 MPa，显著高于《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》要求的5 MPa。

图4 防腐层+防水层拉拔强度试验

表3 防腐层+防水层的拉拔强度

3.3 防水层拉伸试验

拉伸试验用于评价环氧防水层的抗拉伸性能，试验前，先成型如图5所示的哑铃型环氧防水材料试件。然后在拉力试验机上将试件的两端夹住，夹具以500±5 mm/min的速度匀速分离，直至断裂。测量试件工作部分拉伸到断裂时的负荷和延伸值，计算抗拉强度和断裂延伸率，试验结果见表4，断裂延伸率为15.6%，满足《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》要求的15%。

图5 防水材料拉伸试验

表4 环氧防水层的拉伸性能试验结果

3.4 防水层与钢板变形的随从性试验

钢桥面的破坏有很大程度是由于与钢板的随从性不好导致的开裂，需要测定环氧防水层在低温条件下的抗裂和柔韧性能,试验方法参照《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》附录D低温弯曲性能试验方法。在薄钢板表面涂刷一无溶剂环氧防水层，待环氧防水层完全固化后，对钢板进行弯曲，观察环氧防水层是否开裂，是否与钢板发生相对位移。

在-10℃和-20℃的条件下，试验结果表明环氧防水层与钢板有良好的变形随从性，见图6。

图6 低温弯曲试验（左图：-10℃，右图：-20℃）

3.5 钢桥面铺装结构系统的剪切试验

采用SMA-10高弹性沥青混合料加防腐、防水粘结系统成型的试件，试验方法参照《道桥用防水涂料》（JC/T 975-2005），测量剪切试件的剪切面积后将其放入如图7所示的剪切试验仪器中，使待检验试件的剪切面与仪器的剪切面保持在一个平面上。然后以10 mm/min的速率施加荷载，直至试件发生剪切破坏，记录破坏时施加的荷载。试验结果见表5，整体铺装方案的抗剪强度较高，在60℃条件下，抗剪强度为0.95 MPa，热融颗粒应用有效地改变了传统的防水层和沥青铺装层之间单一的物理剪切键的作用，通过化学粘结键增强了铺装系统的抗剪切强度。

图7 钢桥面铺装结构的剪切试验

表5 铺装结构的剪切强度

3.6 钢桥面铺装结构系统拉拔试验

试验方法参照《道桥用防水涂料》（JC/T 975-2005），铺装结构的拉拔试验见图8，在整体铺装结构系统试件上进行，试验结果见表6，25℃下拉拔强度为1.1 MPa，满足《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》要求的1.0 MPa。

图8 铺装结构的拉拔试验示意图

表6 复合件拉拔强度试验结果

图9 钢桥面铺装体系五点加载疲劳试验

3.7 钢桥面铺装结构系统疲劳实验

依据《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工指南》中重复荷载弯曲五点加载疲劳试验方法，成型三个平行试件，进行钢桥面复合梁疲劳试验，见图9。

在20℃恒温环境下进行五点加载疲劳试验，疲劳作用次数超过100万次，超过100万次后，荷载增加50%，达到疲劳寿命后中间支座处沥青层的顶部开裂破坏，疲劳寿命见表7，满足《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》要求的100万次的要求，具有较好的耐久性。

表7 疲劳试验结果

4 结论

针对城市钢桥点多、面广、量少三个特点，提出了城市钢桥通用铺装技术方案，采用了耐久的防水粘结材料，包括环氧云母防腐层，无溶剂环氧树脂防水层和热融颗粒粘材料，铺装采用细粒式密实型高粘度沥青混合料保证密水性、柔韧性、高温稳定、抗滑性能，并利于后期养护维修。进行了一系列性能试验，包括材料拉拔试验、拉伸试验、随从性试验和铺装体系剪切、拉拔与疲劳试验，试验结果表明，该铺装体系具有较好路用性能与耐久性。

[1]重庆交通科研设计院.公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

南京海绵城市规划获批 将新建5条雨水行洪通道

《南京市海绵城市专项规划》日前获市政府批复。根据该规划要求，南京将新建5条雨水行洪通道，通过海绵城市的建设，南京将实现“小雨不积水、大雨不内涝、暴雨不成灾”的目标。

海绵城市是指城市能够像海绵一样会“呼吸”、有“弹性”，在下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用，减少城市遇到暴雨时出现“看海”的尴尬。这份专项规划要求，南京市在原有雨水管渠系统的基础上新增多级雨水调蓄系统和超标雨水排放系统，从而实现蓄排结合，形成完善的排水防涝体系。

南京城区25个排涝片区规划了共148条雨水行洪泄洪通道，其中5条为新建，分别为科技路、龙王山大道、启智路、华东路、山河路，143条已建。

U443.33

A

1009-7716（2017）10-0162-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.050

2017-06-22

郑晓光（1978-），男，山东日照人，高级工程师，从事路基路面工程研究工作。