鋼橋面鋪裝是鋪設在鋼橋面板上，保護鋼板並提供車輛順暢行駛要求的結構。因其不同於一般的道路路面鋪裝——
⑴夏季溫度更高，可達到70℃,鋪裝層易產生車轍病害。
⑵冬季溫度更低，易產生低溫開裂。
⑶行車荷載作用下正交異性鋼橋面承受負彎矩作用，易產生疲勞開裂。
⑷鋼板表面光滑，與鋪裝結構之間易發生剪切推移破壞。
⑸鋼板表面易受水害和腐蝕。
⑹鋼橋面鋪裝的破壞不僅會影響橋面的正常通行，也會引起鋼橋面板的鏽蝕，造成橋樑使用壽命的下降。鋼橋面鋪裝是歷年來橋樑建設與維護的重點和難點。
2010年鄂東大橋建成通車以來，隨著交通量逐年增長，超載車輛增多，鋼橋面環氧鋪裝層陸續出現裂紋、脫空、坑槽等病害。為尋求安全、便捷、經濟、有效的病害修復方案，延長鋼橋面使用壽命，鄂東大橋公司採用了不同材料、不同工藝的養護方案進行病害修復和預防性養護，經過多年的探索和實踐，取得了一些經驗和數據，可作為同類型鋼橋面養護的參考。
橋樑概況
鄂東大橋是國家高速公路網滬渝高速G50、大廣高速G45、福銀高速G70在湖北東部跨越長江的共用過江通道。橋址位於長江水道中游黃石市與鄂州市交界區域，北岸為黃岡市浠水縣的散花洲，南岸為黃石市的黃石港。工程於2006年11月20日開工，2010年9月28日建成通車。
鄂東大橋主橋為（67.5＋67.5＋67.5＋72.5）＋926＋（72.5＋67.5＋67.5＋67.5）m的雙塔雙索麵混合梁斜拉橋，全長1476m，中跨採用鋼箱梁，邊跨為混凝土箱梁。鋼箱梁採用分離式雙箱斷面，梁高3.8m，全寬38m，橋面板設2%雙向橫坡。鋼箱梁頂板採用正交異性板，頂板厚度16～25mm，頂板U肋厚8mm，標準間距為600mm。橫隔板間距為3m。
鋼箱梁橋面鋪裝車行道採用下層2.5cm+上層3.0cm雙層環氧瀝青鋪裝結構，見圖1。環氧瀝青鋪裝總面積26634m2。
圖1 鋼箱梁結構斷面
鋼箱梁橋面鋪裝建設期採用了美國ChemCo公司的環氧瀝青產品，混合料油石比6.2%。攤鋪採用德國產ABG攤鋪機，運用非接觸式聲吶找平儀進行厚度控制。
環氧瀝青攤鋪時採用如下分幅施工，於2010年5月22日開工，至2010年7月25日完工。
大橋運營環境分析
氣候條件分析
鄂東大橋地處長江中游，所在地區屬中緯度地帶，屬北亞熱帶溼潤氣候，具有夏季高溫多雨，冬季寒冷，雨熱同期的典型特徵。年平均氣溫17℃，歷史極端最高氣溫40.3℃，極端最低氣溫-11℃。年平均降雨日150天左右，6～7月常有一段梅雨，年平均降水量高達1434mm。
交通荷載分析
根據2010年9月鄂東大橋通車以來的交通量統計數據，編制日均交通量表1，表中顯示歷年來交通量呈現穩步增長趨勢，貨車比有所降低，目前維持在30%以內。單車道重車交通量近年來維持在1500輛/日以上，為“重交通”等級。
圖2為歷年日均交通量走勢曲線，顯示除個別年份交通量有所下降外，近年來鄂東大橋日均交通量呈明顯上升趨勢。
圖2 歷年日均交通量
圖3的累計交通量呈拋物線線形，累計增加1000萬輛交通量的時間越來越短，表明後期的交通量增長呈加快趨勢，這對於鋼橋面環氧瀝青的服役性能提出了更加嚴峻的挑戰。
圖3 累計交通量
鄂東大橋鋼橋面鋪裝設計使用年限15年，設計交通量（累計標準軸載BZZ-100）為1990萬次/車道。根據歷年來各類車型交通量數據，換算為標準車軸作用累計次數。經計算，單車道（行車道、重車道）的累計軸載次數為1395萬次，其已達到設計1990萬次的70%。按目前的交通量增長趨勢，預計2021年達到設計交通量累計標準軸載次數，較原設計提早4年。
鋼橋面病害情況
病害分佈及發展
鄂東大橋通車後，交通量逐年增長，超載車輛增多。從2013年6月開始，鋼橋面重車道輪跡帶附近及縱向施工縫處開始出現少量裂紋。隨著交通量不斷上升，鋪裝層陸續出現新病害，主要為裂紋、鼓包、坑槽等。
圖4 病害類型
通車6年後，重車道輪跡帶出現2-3mm因表層磨耗形成的“車轍”，路面抗滑性能降低。隨著運營年限延長，交通量不斷增長，車輛軸載作用次數累積，鋪裝層疲勞損壞有加劇趨勢。
圖5 通車以來病害發展情況
通過網格化精確記錄歷年來病害發生的部位，可以直觀顯示鋼橋面病害位置的分佈情況。圖6顯示了歷年來鋼橋面病害主要集中的位置——左、右幅縱向施工縫處，重車道和行車道輪跡帶附近，縱腹板位置附近。
圖6 歷年來鋼橋面病害平面位置分佈
橋面病害成因分析
(1)荷載反覆作用，鋼橋面中縱腹板頂部及U肋負彎矩區、鋪裝層縱向接縫薄弱處，鋪裝層環氧瀝青混凝土產生疲勞開裂。
(2)環氧富鋅底漆粉化使鋼板與鋪裝層之間的粘結層失效。
(3)攤鋪時分幅進行，全幅雙層設八條縱向施工縫，分幅之間採用冷接縫並用環氧瀝青粘結劑進行粘結。由於溫度荷載的反覆作用，鋪裝層所受拉應力在其最薄弱的縱向接縫處釋放，產生裂縫，受雨水侵蝕後使病害進一步擴大。
(4)橋區溫差大，雨水豐富，毛細孔和微裂紋無法及時封閉，雨水浸入後，加速了病害的發展。
鋼橋面病害修復工藝與實踐
早期病害處治
根據鋼橋面鋪裝早期裂縫、鼓包病害形態，主要實踐了以下三種處治措施。
(1)對未貫穿至鋼板、僅發生鋪裝表層的裂紋，主要包括輪跡帶表面疲勞裂紋，暴曬乾燥後，用高滲透樹脂採取人工塗刷直接封縫。
圖7 直接灌縫
(2)對稍寬裂縫以及槽修補後周邊裂縫等先開V形槽口，清理乾淨後，可採用注射器或者人工塗刷的形式，將高滲透樹脂灌入裂縫內部，必要時循環多次滴灌，保證樹脂飽滿封閉裂縫。
圖8 開槽灌縫
(3)鼓包病害初期尚未導致表面開裂時，採取鑽孔、放氣、直接注漿的措施進行處治。如鼓包已造成環形裂縫，須用乾燥熱空氣徹底清理鼓包裡的水分後，注入高流動性、高滲透性樹脂材料進行處理。
圖9 鼓包處理
通過採取以上措施,較好地控制了早期病害的發展速度。
坑槽病害處治
根據坑槽病害的形態，先後實踐了5種方案。
1.美國環氧冷料冷補
適用範圍：一般坑槽（較寬和網狀裂縫也採用挖補方式處理）修補。
施工方法：標記刻畫→切割、鑿除→打磨潔淨鋼板→塗抹環氧樹脂粘結料→回填冷補混合料→碾壓密實→固化後開放交通。
主要材料：採用美國進口凱米克材料（天津）有限公司銷售的環氧樹脂A、B組分和鋼橋面專用玄武岩，並按環氧瀝青混合料的級配進行格擋材料的摻配。
效果評價：施工快捷，可1天內完成。修補好的坑槽周邊易產生開裂現象，經濟性較差。
2.美國環氧（溫拌）熱料熱補
適用範圍：較大面積的坑槽集中修補。
施工方法：除採用的材料、混合料需加熱溫拌，固化養生時間（需養生20天以上）較長外，施工修補工藝與冷補類似。
主要材料：採用與建設期一致的美國環氧瀝青，適當提高油石比到8%～9%。
效果分析：修復效果良好，但因其固化反應時間長，一般用於高溫季節重車道坑槽的集中修補。經濟性相對冷補稍好。
3.國產環氧冷料冷補
適用範圍：一般坑槽、脫空等病害。
施工方法：與美國環氧冷料冷補工藝一致。
主要材料：採用江蘇產專用鋼橋面環氧樹脂A、B組分和鋼橋面專用玄武岩，並按環氧瀝青混合料的級配進行格擋材料的摻配。
效果分析：施工快捷，修補好的坑槽周邊易產生開裂現象，經濟性一般。
4.澆築式瀝青混凝土
適用範圍：相對較大面積的坑槽集中修補。
施工方法：標記刻畫→切割、鑿除→打磨潔淨鋼板→塗抹環氧樹脂粘結料→生產、鋪裝下層GA→撒佈預拌碎石→生產、鋪裝上層GA→撒佈預拌碎石→貼封條→冷卻後開放交通。
主要材料：聚合物改性瀝青PMB、礦粉、玄武岩碎石，並按澆築式瀝青混合料的級配進行格擋材料的摻配。
效果分析：可快速修補後開放交通，總體效果良好。混合料現場熱拌對設備和時間要求高，每次修補的面積適當時有利於提高修補工效。因預拌碎石粒徑偏大，表面略顯粗糙，外觀與原鋪裝反差較大。
5.ERE方案修補坑槽
適用範圍：一般坑槽修補。
施工方法：標記刻畫→切割、鑿除→拋丸除鏽→刮塗樹脂瀝青膠結料→撒佈碎石→鋪築底層RA→表面拋丸→塗布膠結料→撒佈碎石→固化後開放交通。
主要材料：樹脂瀝青RA混合料A、B組份，0～10mm優質火成岩集料，油石比7%～11%。
效果分析：總體效果良好，施工期稍長（2～3天），經濟性較好。
圖10 冷料冷補——（1）鋼板打磨除鏽（2）防水粘結層（3）混合料攤鋪（4）碾壓
預防性養護
為及時有效封閉鋼橋面鋪裝微細裂縫，提高防水和抗滑性能，改善鋪裝的外觀質量，彌補鋪裝層的正常磨耗損失，從而有效延長鋪裝的使用壽命，採用複合增強型樹脂薄層罩面和超固封層兩種預防性養護方案進行了實踐。
圖11 ERE修補現場
複合增強型樹脂薄層罩面
複合增強型樹脂薄層罩面總厚度為3～5mm，主要由下層滲透性樹脂封閉層和上層耐候性樹脂抗滑磨耗層組成。
施工方法：拋丸→刮塗滲透性環氧樹脂→撒佈石英砂→刮塗耐候性樹脂→撒佈2.36～4.75mm玄武岩碎石→固化一天後開放交通。
應用效果：應用24個月後，摩擦係數仍能保證在70以上，採取預防性養護的區域，外觀質量得到改善，坑槽病害明顯少於對應的未處理區域，總體效果良好，相對成本較高。
圖12 刮塗耐候性樹脂
超固封層罩面
超固封層總厚度為2mm左右，由一層環氧樹脂粘結劑及一層單粒徑碎石組成。
施工方法：拋丸→噴塗環氧粘結劑→撒佈單粒徑碎石→清掃多餘碎石→固化半天后開放交通。
應用效果：超固封層罩面施工完畢後不僅將橋面摩擦係數提高到80以上，還有效地提高了原有橋面的外觀質量。經6個月的實踐檢驗，其摩擦係數衰減較小，總體使用效果良好。因其結構層厚度較複合增強型樹脂薄層罩面小，具有一定的經濟性優勢，其後期應用效果尚待時間來檢驗。
圖13 施工完成後
實踐結論
環氧瀝青鋼橋面鋪裝病害往往從裂紋開始，如何儘可能加強其本身的抗裂性能，是建設期需審慎考慮的重要問題。運營期要加強日常巡查，及時發現初期裂紋，儘早封灌，防止雨水侵蝕使病害擴大。
(1)鋪裝層對於坑槽病害的處理，可採用溫拌或冷拌環氧瀝青混凝土進行填補。溫拌環氧與原鋪裝結構層材料性能相當，修補效果相對較好，但其固化週期較長，對交通影響大，適宜於較大面積坑槽的集中修補。冷拌環氧瀝青混凝土拌和生產簡單，施工操作方便，養護週期短，適合快速修補，但由於其材料特性（強度、彈性模量、熱線性收縮比等）與原鋪裝層有較大差別，如何預防修補好的坑槽周邊開裂，尚需認真研究。
(2)採用澆築式GA10、ERE樹脂瀝青混凝土進行鋼橋面環氧瀝青坑槽修補較為快捷、經濟，使用效果也較好。如對現有工藝加以改進，進一步提升外觀質量、行車舒適性和施工工效，其不失為一種較好的選擇。
(3)適時採取複合增強型樹脂薄層罩面或超固封層進行預防性養護，可封閉鋪裝層微細裂紋，增強鋪裝結構防水性能，補償鋼橋面表層磨耗，有效提高鋼橋面抗滑性能，延長橋面鋪裝層的使用壽命，降低其全壽命週期養護成本，是一種科學的養護策略。
本文刊載 /《大橋養護與運營》雜誌 2019年 第1期 總第5期
作者 / 宋建軍 王勇
作者單位 / 湖北鄂東長江公路大橋有限公司
閱讀更多 橋樑網 的文章
