钢箱梁桥面沥青混凝土铺装施工技术

刘俊龙 中交二公局第三工程有限公司

1.钢箱梁桥面铺装的特点及铺装方案

桥面铺装质量会对全桥的使用效果带来直接影响，直接关乎车辆通行的舒适性与安全性，因此以合理的方式完成桥面铺装作业具有必要性。钢箱梁桥施工时，根据结构特点可知桥面是主要的荷载承受体，因大量交通荷载的影响，不利于桥面铺装作业。钢箱梁桥施工的特殊之处在于摊铺作业时缺乏底板的支撑，因此受砾石自重等因素的影响将出现桥面变形现象，箱梁桥多设置为大跨度结构形式，桥梁自身也存在变形现象，在上述多重因素的作用下，将加大沥青混凝土铺设难度。同时，钢箱梁面板施工易受到施工区域内风力因素的影响，桥面板产生振动，降低了铺装作业的安全性。由于存在荷载作用，使得钢箱梁结构形成负弯矩，加之拉伸荷载的影响，易破坏桥面原有状态，全桥受力模式发生明显变化。

2.钢箱梁桥面沥青混凝土铺装技术概况

大跨径正交异性钢箱梁桥在我国建设规模偏小，迄今为止投入使用的有十余座。从大跨径钢桥面施工现状来看，铺装材料常见有环氧树脂沥青混凝土、改性热沥青混凝土等，前者在中国应用较为广泛，后者在德国和日本取得广泛应用。各类型材料的性能不尽相同，浇筑式沥青混凝土的特出特点在于防水、抗疲劳效果良好，总体上其力学性能优良，在多种环境中都具有适用性，是全球多数国家钢桥面铺装施工中的重要材料。高粘度改性沥青复合材料也取得广泛应用，可显著改善铺装层的性能。

2.1 浇注式沥青混凝土

浇注沥青混凝土的本质指的是沥青混合料，但建立在高温的环境中。混合温度相对较高，此环境下混合物具有优良流动性，相较于常规方法而言可省去机械碾压环节，因此施工效率得以提高。将此类材料应用于桥面铺装中，可提高结构的抗水化性能，钢板间形成较强的附着力。

2.2 改性沥青混凝土

改性沥青混凝土的本质是粗嵌入材料，其具备的突出特点在于优良的抗变形能力，应用于桥面铺装施工中可以发挥出防滑的作用，桥面耐久性更为优良。从行业发展状况来看，改性沥青混凝土的应用前景较广，但局限之处在于成本投入较大，且施工工艺复杂，对技术人员提出较高的要求。

2.3 环氧沥青混凝土

环氧沥青混凝土的核心组成为沥青，向其中掺入环氧树脂而得，当此类混合料与固化剂接触后，将产生明显的化学反应，从而生成固化物，在此影响下沥青的性能得到改善，具有更优良的热固性，同时各方面的物理性能也得到改善。

3.钢箱梁桥面铺装的技术要求

3.1 较好的强度与刚度及可靠的变形随从性

大跨径钢箱梁桥的建设规模相对较大，主梁易发生变形现象，所设置的钢板若缺乏足够的变形随从性，则容易产生破坏，具体可归结为两种形式：

（1）剪切破坏，主要集中在粘结层，原因在于铺装层与钢板发生大幅度的错动；

（2）弯曲破坏，主要集中在铺装层。针对此问题，桥面铺装作业时必须注重与桥面板的连接，需形成稳定的整体结构，确保桥面铺装与桥面板能够达到协同变形的效果。若铺装层缺乏足够的强度，将降低轮迹带的施工品质，于该处出现积压损坏现象。钢板与防水层两结构间也应达到有效粘结的关系，使各结构层形成稳定的整体，若存在荷载作用，在铺装层随从性的作用下可有效避免结构破坏现象。若要确保铺装层与钢板间形成稳定的整体，便要注重对粘结材料的选择，其在热稳定性、抗剪等方面都要足够良好。

3.2 合理的铺装层厚度

具体应注重如下几点：

（1）为提升铺装层的强度与刚度，需适当加大该层厚度，使其在抗疲劳等方面的性能较为优良；

（2）考虑到铺装层的变形随从性要求，同时为了尽可能降低桥梁恒载，需避免铺装层厚度过大的情况；

（3）同时兼顾摊铺与压实两方面要求。

3.3 良好的防水性能

沥青混凝土是构成铺装层的关键部分，此材料在泌水性与抗水损两方面均要足够良好；形成的铺装结构要有效抵御水的影响，应形成防、排水体系，以免钢桥面发生锈蚀现象。

3.4 良好的抗裂性能

车辆荷载是重要的影响因素，并在桥面上形成特定的荷载作用区，其周边的u形加劲肋顶的桥面铺装处使用状况较为特殊，即该处存在最大横向拉应力；同时，周边横隔板顶部区域内的铺装面所处的受力状态也相对欠佳，该处存在最大纵向拉应力。沥青混凝土性能指标中，收缩系数尤为关键，该值将直接影响到钢板的温度收缩系数，各自具备的导热性也有所不同。根据此特点，在选择沥青混凝土材料时，必须尽可能缩小温度收缩系数，使其在夏天可适应高温工作环境，避免车辙等变形问题；而在冬天则具备抵抗低温的能力。

3.5 良好的高温稳定性与抗剪能力

结合我国钢箱梁桥的应用状况，得知各类病害中以桥面铺装破坏较为典型，与热稳定性及高温抗剪能力不足有密切关联，随之产生车辙等病害。具体而言，在相同气候条件下，相较于普通沥青路面而言，此类工程中的桥面铺装温度将明显提升；钢板与铺装各自对应的模量差异显著，由于车辆的频繁通行，产生的荷载作用将直接对铺装层造成影响，其与钢板间将产生剪切作用。从这一角度来看，钢桥桥面铺装设计时必须重点关注铺装层的性能，体现在高温稳定性与抗剪性能两个方面。

3.6 良好的抗疲劳性能

桥梁使用过程中，因车辆荷载作用，使得桥面铺装处产生较为明显的拉应力，并且具备反复作用的特点，易出现疲劳开裂现象。而大跨径桥梁所设置的桥面面积相对较大，其对桥梁铺装提出更高的要求，应具有足够的柔韧性与抗变形能力，否则易受到温度的影响而开裂。不仅于此，桥面铺装层的稳定使用还需得到养护与维护工作的支持，但操作难度较大。所以，为了提升桥面铺装的整体使用效果，其抗疲劳能力尤为关键。

3.7 铺装层表面具有合适的粗糙度

铺装层不可过于光滑，在不影响平整度的前提下，需具有足够的粗糙度，以提升抗滑能力，为车辆的通行创造安全的环境。

4.实际应用案例

某钢箱梁桥面铺装长888m，宽度14.25m×2，根据使用要求，铺装层厚度为6cm，全桥均采用的是SMA结构。项目建成通车以来，由于受到不同的交通荷载以及自然环境影响，经过长时间运营后，铺装层使用效果不良，该桥先后进行了2次处治工程。

4.1 原设计铺装层结构

该桥梁主铺装设置为一层形式，具体构成情况见图1。

铺砖层选择的是SMA13.2，该层施工中沥青混凝土是主要材料，空隙率为1%～3%，经过碾压处理后密实性有所提升，可满足防水要求。设置有防水层，主要由富锌底漆、反应性树脂底层、反应性树脂粘层和缓冲层构成。以聚合物改性沥青为施工材料，形成缓冲层，此处所用材料软化点为85℃，可为摊铺机作业创造良好条件。防水体系的应用可实现对铺装层的有效保护，主要由防水隔离系统与接缝处理系统两部分构成，具体结构情况见图2。当形成防水体系后，可有效抵御外界雨水的不良影响，避免钢桥面腐蚀现象。

4.2 铺装层病害及原因分析

大桥在长期行车荷载的作用下，加之高温天气的影响，可以发现在桥面发生了不同程度的病害，主要有：（1）施工所用的沥青混凝土性能欠佳，不具备优良的热稳定性，随之出现车辙与横向推移现象；（2）受多方面因素影响，富锌漆界面受损，使得铺装层出现开裂现象。

经现场分析后，总结出如下几点原因：

（1）粘结层施工中过度追求材料的韧性指标，使其在硬度与强度两方面欠佳，同时厚度超出合理范围，使用的碎石量不足；

（2）使用的改性沥青在高温环境下易发生性能波动，施工人员过度注重防水性与抗裂性，拌制作业时掺入的沥青量偏多；

（3）未合理设置铺装层厚度，仅为6cm，经现场检测得知，铺砖层表面温度已经提升至70℃；

（4）SMA混合料施工欠缺合理性，由于施工人员在此方面缺乏经验，因此最终的级配控制偏离预期要求；

图1 大桥钢桥面主铺装结构（mm）

图2 接缝处理系统

（5）钢板防水设计不到位，使用到大量的防水胶，该材料与钢板各自对应的胀缩量存在差异，随之出现防水胶鼓包现象；

（6）富锌底漆不具备足够的强度，该处干膜厚度偏大，粗糙度未得到有效控制。

4.3 桥面铺装层的第一次处治

根据上述提及的各类铺装层病害，以改善该桥使用状况为基本目标，对该桥出现的病害进行第一次处治。具体方法为：在铣刨机的作用下削一层，针对凸出部分的特殊性，该处铣削量提升至40±5mm；结束之后，全面检查设置防水层与钢板层之间的连接区域，即结合层，对其采取修补措施；选择改性乳化沥青材料，通过洒布的方式形成结构层，并施作SMA桥面结构，该处厚度范围为70±5mm。经过上述处理后，在后续每昼夜1.5万车次的通车强度下，该桥经过2个冬季后最终表现出较为严重的病害，如纵向开裂、防水胶鼓包等。主要原因在于：尽管所用的沥青混合料具有较强的热稳定性，但处理区域较为有限，部分热稳定性欠佳的区域依然维持较差的工作状态，车辆荷载作用下随之产生裂缝，而出现防水胶鼓包现象的原因也与之一致。

4.4 桥面铺装层的第二次处治

从该桥第一次处治中汲取经验，工程人员展开第二次处治作业，此时选择的是双层SMA设计方案，共分为2个铺装层，各自厚度均为35mm；优化了隔水层的构成，为环氧粘结层与防水层两部分。根据现场情况确定防水隔离层工艺，具体为：

（1）将原铺装层完全凿除干净，处理桥面板，要求粗糙度为50～100μm；

（2）使用到环氧树脂粘结剂，形成结构层，再撒布碎石（300～400kg/m2）；

（3）当该材料达到固化状态后，再刷涂环氧树脂粘结剂，形成0.4～0.6mm的结构层，并撒布碎石，此处用量提升至500～800kg/m2；

（4）检验环氧树脂粘胶剂的状态，完全固化后再连续刷涂两道溶剂型粘胶剂，并施作橡胶沥青砂胶防水层。考虑到上下层稳定连接的要求，两层结构间增设了改性乳化沥青粘层。

5.结束语

综上，大跨度预应力桥梁建设工作中，应采取严格的控制措施，选择合适的沥青混凝土铺装层施工技术，全面确保铺装层的稳定性，为车辆创造良好通行环境，推动桥梁建设事业的发展。