城市鋼橋通用鋪裝技術方案研究

鄭曉光，馬 骉，章 謙，陳亞杰

（1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092；2.西卡（中國）有限公司，上海市 201108）

城市鋼橋通用鋪裝技術方案研究

鄭曉光1，馬 骉1，章 謙2，陳亞杰1

（1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092；2.西卡（中國）有限公司，上海市 201108）

針對城市鋼橋點多、面廣、量少三個特點，提出了城市鋼橋通用鋪裝技術方案，采用了耐久的防水粘結體系，包括環氧云母防腐層，大劑量無溶劑環氧樹脂防水層和熱融顆粒粘接材料，鋪裝采用細粒式密實型高黏度瀝青混合料保證密水性、柔韌性、高溫穩定、抗滑性能，并利于后期養護維修。進行了一系列性能試驗，包括材料拉拔試驗、拉伸試驗、隨從性試驗和鋪裝體系剪切、拉拔與疲勞試驗，試驗結果表明，該鋪裝體系具有較好路用性能與耐久性。

城市橋梁；鋼橋面鋪裝；熱融顆粒；通用方案；化學粘結

0 引言

鋼橋面鋪裝是鋪設在鋼橋面板上，起保護鋼板并保證汽車行駛要求的單層或雙層構造物，厚度約60～80 mm。其一般由防腐層、防水粘結層、鋪裝層等構成。在行車荷載、風載、溫度變化及鋼橋面局部變形等綜合因素影響下，其受力和變形遠較混凝土橋面復雜，因而對其強度、變形特性、溫度穩定性、疲勞耐久性等均有更高要求。同時由于鋪裝所處的特殊位置，在使用性能上又提出重量輕、粘結性高、不透水等特殊要求。作為橋梁行車系的重要組成部分，橋面鋪裝的好壞直接影響到行車的安全性、舒適性、橋梁耐久性。

目前城市鋼橋數量眾多，但是較為分散，對于單體工程，跨徑小，整體面積不大，尤其在城市高架橋梁跨越道路交叉口時，由于跨徑相對較大，同時施工期間通常要求不中斷相交道路的交通，鋼梁現場安裝加工的周期較短，且相同跨徑的條件下其梁高最小，因此較多采用鋼梁，總體上城市鋼橋可以歸結為點多、面廣、量少三個特點。

對于城市高架的中小跨徑鋼橋鋪裝，目前主要是兩種做法，一種做法不重視鋪裝，認識不足，直接采用普通道路路面材料，普通材料滿足不了鋪裝要求，早期病害不可避免；有的為了增加瀝青材料與鋼板摩阻力，在鋼板上焊接鋼筋，這種做法會改變鋼板受力狀態，同時焊接對鋼板也會產生損傷，并且會大大增加瀝青混合料施工與后期養護難度，是一種完全不可取的工藝；另外一種做法是移植大跨徑鋼橋面鋪裝技術，采用特種瀝青混凝土，雖然試驗室性能可滿足技術要求，但由于其材料、施工要求與施工機具有特殊要求，而且橋面鋪裝面積較小，導致實施難度較大，施工質量不容易保證，而且經濟成本較高，單價往往要顯著高于大跨徑鋼橋。因此需要研究適用于城市鋼橋的通用耐久的鋪裝方案[1]。

1 城市鋼橋面鋪裝設計要求

根據城市鋼橋特點，其橋面鋪裝要求如下：

（1）通用性強。鋪裝應采用相對常規材料，不宜采用專用設備，防水層采用常規設備施工，整體施工工藝應簡單、可操作性強，適用于正交異性鋼橋橋面鋪裝。

（2）耐久性高。借鑒長壽命瀝青路面理念，采用耐久高性能的防水、粘結體系，保證鋪裝下層的防水、粘結與抗剪性能，避免發生銹蝕、滲水與剪切破壞；為便于施工應用與后期養護，鋪裝下層采用常規材料，保證高溫穩定性，抗疲勞開裂性，對鋼板變形的追從性，進一步保證密水性；鋪裝上層采用常規材料，提高表面抗滑性能，保證行駛安全性與舒適性。另外，鋪裝材料便于后期養護維修。

（3）經濟性好。較環氧瀝青與澆筑式瀝青鋪裝，初期建設投入顯著降低，后期維修成本較低，全壽命周期內經濟性強。

2 城市鋼橋通用鋼橋鋪裝方案設計

（1）防腐層采用含云母氧化鐵底涂防止鋼板的銹蝕，層狀結構可延長通道距離；涂層屬純物理隔絕，化學穩定性好，見圖1。

圖1 含云母氧化鐵防腐層

（2）防水層采用無溶劑改性環氧樹脂材料保證防水效果，樹脂材料能耐240℃短時高溫，可消除受熱粉化問題，具有極佳的抗腐蝕性能，可抵御除冰鹽、水、機油、汽油侵蝕作用。

（3）粘結層采用熱融型顆粒，熱融型顆粒既可以與防水層較好粘結，同時在熱拌瀝青混合料攤鋪時融化，與瀝青混合料融為一體，將防水層與瀝青鋪裝結合為一個整體，防止層間的滑動與開裂，保證防水層的耐久性。粘結顆粒是一種乙烯和醋酸乙烯酯在有催化劑作用時形成的共聚物，具有良好彈性的熱塑性樹脂，在瀝青攤鋪過程中，熱融顆粒與改性瀝青中的纖維交聯在一起，形成網狀結構，有效地改變了傳統的防水層和瀝青鋪裝層之間單一的物理剪切鍵的作用，通過化學粘結鍵和物理剪切鍵的雙重功效，增強了鋪裝系統的粘結強度和抗剪切強度，見圖2。

圖2 粘結顆粒

（4）鋪裝下層采用細粒式密實型高彈性瀝青混合料，具有較好的密水性，熱穩定性與變形隨從性，可采用SMA-10或SMA-13。

（5）鋪裝上層采用細粒式或中粒式高彈性瀝青混合料，具有較好的熱穩定性、變形隨從性與表面抗滑性，可采用SMA-10或SMA-13。

城市鋼橋通用鋪裝方案見表1。

表1 城市鋼橋通用鋪裝方案

3 試驗分析

針對提出的鋪裝方案，分別進行防腐層拉拔強度、防水層拉拔強度、防水層拉伸性能、防水層與鋼板隨從性、鋪裝系統剪切試驗、鋪裝系統拉拔試驗與疲勞性能試驗。

3.1 防腐層拉拔強度試驗

試驗采用含云母氧化鐵底涂為防腐層，通過拉拔試驗測定其粘結效果。試驗過程見圖3。

圖3 防腐層拉拔試驗

試驗分別在25℃、60℃和70℃溫度下測定了含云母環氧防腐底涂試件多點的拉拔強度，試驗結果見表2，25℃下拉拔強度為14.1 MPa，顯著高于《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》要求的5 MPa。

表2 防腐底涂拉拔試驗結果

3.2 防腐層、防水層拉拔強度試驗

試驗在含云母氧化鐵底涂的基礎上加涂無溶劑環氧防水層，通過拉拔試驗測定其粘結強度。試驗過程見圖4，不同溫度下拉拔強度見表3。無溶劑環氧防水層材料拉拔試件的破壞面發生在環氧防腐底涂和防水層之間，25℃下拉拔強度為10.8 MPa，顯著高于《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》要求的5 MPa。

圖4 防腐層+防水層拉拔強度試驗

表3 防腐層+防水層的拉拔強度

3.3 防水層拉伸試驗

拉伸試驗用于評價環氧防水層的抗拉伸性能，試驗前，先成型如圖5所示的啞鈴型環氧防水材料試件。然后在拉力試驗機上將試件的兩端夾住，夾具以500±5 mm/min的速度勻速分離，直至斷裂。測量試件工作部分拉伸到斷裂時的負荷和延伸值，計算抗拉強度和斷裂延伸率，試驗結果見表4，斷裂延伸率為15.6%，滿足《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》要求的15%。

圖5 防水材料拉伸試驗

表4 環氧防水層的拉伸性能試驗結果

3.4 防水層與鋼板變形的隨從性試驗

鋼橋面的破壞有很大程度是由于與鋼板的隨從性不好導致的開裂，需要測定環氧防水層在低溫條件下的抗裂和柔韌性能,試驗方法參照《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》附錄D低溫彎曲性能試驗方法。在薄鋼板表面涂刷一無溶劑環氧防水層，待環氧防水層完全固化后，對鋼板進行彎曲，觀察環氧防水層是否開裂，是否與鋼板發生相對位移。

在-10℃和-20℃的條件下，試驗結果表明環氧防水層與鋼板有良好的變形隨從性，見圖6。

圖6 低溫彎曲試驗（左圖：-10℃，右圖：-20℃）

3.5 鋼橋面鋪裝結構系統的剪切試驗

采用SMA-10高彈性瀝青混合料加防腐、防水粘結系統成型的試件，試驗方法參照《道橋用防水涂料》（JC/T 975-2005），測量剪切試件的剪切面積后將其放入如圖7所示的剪切試驗儀器中，使待檢驗試件的剪切面與儀器的剪切面保持在一個平面上。然后以10 mm/min的速率施加荷載，直至試件發生剪切破壞，記錄破壞時施加的荷載。試驗結果見表5，整體鋪裝方案的抗剪強度較高，在60℃條件下，抗剪強度為0.95 MPa，熱融顆粒應用有效地改變了傳統的防水層和瀝青鋪裝層之間單一的物理剪切鍵的作用，通過化學粘結鍵增強了鋪裝系統的抗剪切強度。

圖7 鋼橋面鋪裝結構的剪切試驗

表5 鋪裝結構的剪切強度

3.6 鋼橋面鋪裝結構系統拉拔試驗

試驗方法參照《道橋用防水涂料》（JC/T 975-2005），鋪裝結構的拉拔試驗見圖8，在整體鋪裝結構系統試件上進行，試驗結果見表6，25℃下拉拔強度為1.1 MPa，滿足《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》要求的1.0 MPa。

圖8 鋪裝結構的拉拔試驗示意圖

表6 復合件拉拔強度試驗結果

圖9 鋼橋面鋪裝體系五點加載疲勞試驗

3.7 鋼橋面鋪裝結構系統疲勞實驗

依據《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工指南》中重復荷載彎曲五點加載疲勞試驗方法，成型三個平行試件，進行鋼橋面復合梁疲勞試驗，見圖9。

在20℃恒溫環境下進行五點加載疲勞試驗，疲勞作用次數超過100萬次，超過100萬次后，荷載增加50%，達到疲勞壽命后中間支座處瀝青層的頂部開裂破壞，疲勞壽命見表7，滿足《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》要求的100萬次的要求，具有較好的耐久性。

表7 疲勞試驗結果

4 結論

針對城市鋼橋點多、面廣、量少三個特點，提出了城市鋼橋通用鋪裝技術方案，采用了耐久的防水粘結材料，包括環氧云母防腐層，無溶劑環氧樹脂防水層和熱融顆粒粘材料，鋪裝采用細粒式密實型高粘度瀝青混合料保證密水性、柔韌性、高溫穩定、抗滑性能，并利于后期養護維修。進行了一系列性能試驗，包括材料拉拔試驗、拉伸試驗、隨從性試驗和鋪裝體系剪切、拉拔與疲勞試驗，試驗結果表明，該鋪裝體系具有較好路用性能與耐久性。

[1]重慶交通科研設計院.公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

南京海綿城市規劃獲批 將新建5條雨水行洪通道

《南京市海綿城市專項規劃》日前獲市政府批復。根據該規劃要求，南京將新建5條雨水行洪通道，通過海綿城市的建設，南京將實現“小雨不積水、大雨不內澇、暴雨不成災”的目標。

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣會“呼吸”、有“彈性”，在下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用，減少城市遇到暴雨時出現“看?！钡膶擂?。這份專項規劃要求，南京市在原有雨水管渠系統的基礎上新增多級雨水調蓄系統和超標雨水排放系統，從而實現蓄排結合，形成完善的排水防澇體系。

南京城區25個排澇片區規劃了共148條雨水行洪泄洪通道，其中5條為新建，分別為科技路、龍王山大道、啟智路、華東路、山河路，143條已建。

U443.33

A

1009-7716（2017）10-0162-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.050

2017-06-22

鄭曉光（1978-），男，山東日照人，高級工程師，從事路基路面工程研究工作。