沈陽市鋼橋面鋪裝應用

王曉偉

（沈陽市市政工程設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

0 引言

隨著我國經濟的發展及交通整體規劃的需求，從20世紀90年代開始，我國的橋梁建設進入了快速發展階段，建造了許多鋼箱梁橋，鋼橋面的鋪裝技術也走過了從引進、消化、吸收到結合我國各地區具體情況創新的過程[1-2]。

沈陽市也制定了《沈陽市綜合交通規劃》與《沈陽市快速路系統建設規劃》：沈陽市快速路路網結構為“兩橫、兩縱、四環、十二射”的快速路系統。

據此沈陽市開始大規模修建城市橋梁，主要有一環、二環、迎賓路、東陵路、北一路高架等。跨越渾河及蒲河的橋梁有東塔橋、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、適合工業化制造、便于運輸安裝等優點，其占比在2010年以后逐步增加，現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特點的鋼橋面鋪裝技術，有效提高鋼橋面鋪裝的使用性能與使用壽命。

1 鋼橋面鋪裝結構型式

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，橋面結構縱橫向的剛度不同，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50年代發明的。因其具有自重輕、易于預制和安裝、結構性能優良的特點被鋼結構橋梁廣泛應用。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構系統，通常由防腐層、防水黏結層、緩沖層、黏附層、磨耗層組成。防水黏結層具有防腐功能可不用防腐層。除磨耗層外，其余的各層也可統稱為界面功能層。

（1）防腐層：避免鋼板腐蝕。

（2）防水黏結層：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。

（3）緩沖層：在鋼板與磨耗層之間形成一個保護過渡層。

（4）黏附層：提供磨耗層與緩沖層之間的可靠黏結。

（5）磨耗層：傳遞交通荷載，提供必要的平整性、抗滑構造等，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）良好的適應變形能力。能夠適應車輛輪載作用下鋼橋面板較大的變形。

（2）良好的層間黏結性能。保證鋪裝層間及與橋面板的良好的結合，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力或拉應變時易產生疲勞開裂。

（4）良好的高溫穩定性。能夠有效地防止在高溫季節易發生的車轍、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。保證在設計使用年限內，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。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：

6.加大名優品種技術推廣和示范點建設力度，為新品種、新技術的推廣打下基礎。2018-2020年全省每年引導10家規模養殖場轉型發展，為當地養殖戶示范漁業供給側改革基地。每年在每個示范基地舉辦養殖專題技術培訓班2期，培訓養殖戶100人次以上，全省每年培訓養殖戶2000人次以上。

（1）自流成型，不用碾壓就能達到最終強度，避免因碾壓不足導致鋪裝層的損壞。

（2）不透水、不吸水，能避免水損害的發生，尤其是在北方嚴寒地區，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。水分和其他物質無法滲入其內部，可減少其在使用過程中因接觸空氣、水、陽光而產生的老化和脆化現象。

（4）瀝青含量高，因而具有較高的柔韌性，適應反復彎曲及結構層的隨從變形的能力高。

1.3.2.2 環氧瀝青混凝土

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

（1）其強度高，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雜。

（4）早期強度低，必須有足夠的養生期以確保環氧瀝青混凝土完成固化，達到使用強度。

（5）價格較高。

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

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型瀝青混凝土。其具有以下特點：

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

（2）高溫穩定性較好、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，對礦料級配設計和施工拌合質量控制要求嚴格，施工攤鋪特別注重防離析的措施。

1.4 新型鋼橋面鋪裝

我國的技術研究人員在引進消化、吸收、改進國外優秀的鋼橋面鋪裝體系的同時，也在積極創新，研究出了具有自主知識產權的鋪裝體系，現簡單介紹如下：

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業集團有限公司自主研發的一種“去瀝青”的全新的“單層”鋪裝技術體系。這種技術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：

（1）優異的層間結合性能與力學性能指標。

（2）卓越的抗高溫性能。

（3）優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）超薄設計，最薄可到30 mm。

（7）常溫拌合、施工便捷、質量可控

（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具有超高的力學性能、優異的耐久性、抗腐蝕性；由于摻入一定量的鋼纖維又具有優異的韌性。它是過去三十年中最具創新性的水泥基工程材料，實現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，我國橋梁技術研究人員提出了在正交異性鋼橋面上鋪設薄層UHPC層，將鋼橋面轉變成組合橋面，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，能夠適應橋梁輕型化的要求。

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

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的不斷發展及完善，在上世紀90年代形成了較完整的正交異性鋼橋面鋪裝技術標準體系，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有二十余年，積累了一些成功的經驗，但總體上我國鋼橋面鋪裝病害問題依然比較嚴重。典型鋼橋面鋪裝的使用效果總結如下：

（1）環氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝表現差異較大，部分鋪裝表現較好，但有的鋪裝通車后不久就出現局部擁包開裂等病害，環氧瀝青混凝土鋪裝方案在我國的長期性能表現還需經受進一步時間的驗證。

（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比較嚴重的車轍、開裂、推移等病害，部分鋪裝的使用壽命僅僅三至五年，如何進一步改善和提高這兩種鋪裝材料性能是目前面臨的技術難題。

（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。這是因為城市高架橋梁超載車輛沒有或較少，主要通行小汽車且SMA具有高溫穩定性、低溫抗裂性、耐磨性及抗滑性較好、造價低的優點，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，未發現其有較大的破損情況，僅有少量的橋面鋪裝出現擁包、推移、裂縫現象，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，為獨塔單索面斜拉橋。根據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、變形協調性的特點，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，目前未發現橋面鋪裝損壞，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、變形協調性的特點，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的經驗，采用了下層澆注式+上層SMA鋪裝，以確保橋面的質量。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一步觀察。

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

（5）丁香湖大橋：位于沈陽市四環路上在丁香湖附近，是連續鋼箱梁橋。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 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鋪裝體系也進行了試驗性的使用，這說明沈陽市的科研設計人員也在對嚴寒地區鋼橋面鋪裝的使用進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境下，環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，目前無法得出結論，尚需進一步觀察。

（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、經濟發展水平的鋼橋面鋪裝方案及體系。這就需要科研人員繼續努力研究探索，找到適合本地區特點的鋼橋面鋪裝方案及體系。