竺海鋼　曾田　賀才松

摘 要：基于舟山跨海大橋的施工環(huán)境和鋼橋面鋪裝的使用要求，并對(duì)鋼橋面鋪裝病害類型及成因進(jìn)行分析，提出了環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)措施。通過采用雙層環(huán)氧碎石混凝土結(jié)構(gòu)和ER結(jié)構(gòu)兩種修復(fù)方案進(jìn)行施工對(duì)比，驗(yàn)證了雙層環(huán)氧碎石混凝土結(jié)構(gòu)的施工可行性和維修合理性。

關(guān)鍵詞：鋼橋面鋪裝 雙層環(huán)氧碎石混凝土 雙層環(huán)氧碎石磨耗層 ER結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TV78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（a）-0070-02

Abstract：Based on the construction environment and operational requirements of steel deck pavement of Zhoushan Sea-crossing Bridge，the types and causes of steel deck pavement disease are analyzed，and the conservation measures of steel deck epoxy asphalt pavement are proposed.By comparing the construction effects of two rehabilitation programs of double layer epoxy gravel concrete structure and ER structure，the construction feasibility and maintenance rationality of double layer epoxy gravel concrete structure are verified.

Key Words：Steel deck pavement；Double layer epoxy gravel concrete；Double layer epoxy gravel wearing course；ER structure

桃夭門大橋是舟山大陸連島第三座跨海大橋，桃夭門大橋自2006年1月通車以來，使用狀況良好，但橋面鋪裝出現(xiàn)多處裂縫，局部有坑槽、脫空等病害。針對(duì)鋪裝病害情況，對(duì)橋面病害嚴(yán)重的鋪裝層進(jìn)行了整治維修，并對(duì)局部路段進(jìn)行了罩面。整治后橋面鋪裝病害得到較大地控制，外觀得到較大地改善。

1 鋼橋面鋪裝概況

桃夭門大橋是舟山大陸連島第三座跨海大橋。大橋鋼橋面采用雙層環(huán)氧鋪裝體系，鋪裝結(jié)構(gòu)為：鋼板環(huán)氧富鋅漆+防水粘結(jié)層瀝青+雙層（2.5 cm+2.5 cm）環(huán)氧瀝青混合料，總厚度為50～55 mm。

2 橋面鋪裝病害類型及成因分析

桃夭門大橋鋼橋面鋪裝病害主要表現(xiàn)為縱向裂縫、橫向裂縫、網(wǎng)裂，偶爾有坑槽、脫空等。縱向裂縫是桃夭門大橋橋面鋪裝最典型的病害。根據(jù)橋面調(diào)查，大橋左幅鋪裝在輪跡間產(chǎn)生有規(guī)律地連續(xù)縱向裂縫，在兩個(gè)U形肋之間的中部。

3 鋼橋面鋪裝體系有限元分析

3.1 計(jì)算模型

取桃夭門大橋的正交異性鋼橋面局部梁段作為計(jì)算對(duì)象，局部梁段縱向包含4塊橫隔板，橫向包含10條U型加勁肋。采用有限元軟件建模，其中鋼橋面板、U型加勁肋及橫隔板用板單元進(jìn)行模擬，鋪裝層用實(shí)體單元進(jìn)行模擬。

3.2 主要計(jì)算參數(shù)

荷載等級(jí)：汽——超20。橫向荷載位置：荷載I——施加于兩U型加勁肋中間；荷載Ⅱ——以一U型加勁肋邊為中心對(duì)稱施加；荷載Ⅲ——施加于一U型加勁肋上方?？v向荷載位置：分別考慮橫隔板附近位置和兩橫隔板跨中位置。鋪裝層彈性模量：1 500 MPa。

3.3 主要計(jì)算結(jié)果

產(chǎn)生縱向裂縫的主要原因有：（1）橫向拉應(yīng)力過大產(chǎn)生縱向開裂；（2）豎向位移過大產(chǎn)生疲勞損傷，導(dǎo)致鋪裝開裂。就以上兩原因進(jìn)行計(jì)算分析。

（1）橫向拉應(yīng)力。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析：BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸重輪壓在超載30%的情況下，最大橫向拉應(yīng)力為1.154 MPa，小于美國(guó)環(huán)氧瀝青抗拉強(qiáng)度1.52 MPa[美國(guó)環(huán)氧瀝青（120℃固化4 h）技術(shù)要求抗拉強(qiáng)度不應(yīng)小于1.52 MPa]；且在不同荷載位置下，最大橫向拉應(yīng)力均出現(xiàn)在U型加勁肋上方。故由于橫向拉應(yīng)力過大而產(chǎn)生縱向開裂的可能性較小，即桃夭門大橋橋面鋪裝在U型加勁肋上方出現(xiàn)縱向裂縫的幾率較小。通過計(jì)算，當(dāng)BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸重輪壓超載50%，即軸壓為1.36 MPa時(shí)，最大橫向拉應(yīng)力為1.53 MPa，超過美國(guó)環(huán)氧瀝青抗拉強(qiáng)度，橋面易橫向開裂。

（2）豎向位移。

鋪裝設(shè)計(jì)要求控制加勁肋的撓跨比（即加勁肋跨中豎向相對(duì)位移/加勁肋上口寬度）在1/800～1/1 700之間，且加勁肋跨中豎向相對(duì)位移不超過0.4 mm。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，荷載I至荷載Ⅲ在兩橫隔板跨中時(shí)，其豎向位移均大于0.4 mm，特別在超載情況下，位移量更大，不滿足要求。在車載反復(fù)作用下，最大豎向位移處是鋪裝層容易產(chǎn)生疲勞損壞而開裂之處，在兩U型加勁肋中間部位是剛度較小容易出現(xiàn)疲勞開裂之處。故桃夭門大橋橋面鋪裝的縱向裂縫，是由于豎向位移過大產(chǎn)生疲勞損傷，導(dǎo)致鋪裝層開裂，且裂縫一般出現(xiàn)在兩U型加勁肋中間。

綜上所述，桃夭門大橋橋面鋪裝的縱向裂縫是由于豎向位移偏大，反復(fù)的車輛荷載使橋面產(chǎn)生疲勞損傷所致。提高鋪裝層材料的彈性模量，選擇延度高、韌性強(qiáng)的鋪裝材料均可適當(dāng)緩解疲勞損傷導(dǎo)致的縱向開裂。

4 鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)措施

4.1 環(huán)氧碎石混凝土維修方案

采用雙層環(huán)氧碎石混凝土結(jié)構(gòu)，即清除病害區(qū)域內(nèi)環(huán)氧瀝青混凝土至鋼板，鋼板表面拋丸、打磨處理之后，鋪筑環(huán)氧粘結(jié)層+環(huán)氧碎石混凝土2.5 cm（下面層）；對(duì)環(huán)氧瀝青下面層進(jìn)行拋丸處理，再攤鋪環(huán)氧粘結(jié)層+環(huán)氧碎石混凝土2.5 cm（上面層）。病害處治后，對(duì)橋面進(jìn)行拋丸，再鋪筑雙層環(huán)氧碎石磨耗層。

4.2 ER結(jié)構(gòu)維修方案

樹脂瀝青橋面鋪裝修補(bǔ)結(jié)構(gòu)即ER結(jié)構(gòu)為樹脂瀝青防水抗滑粘結(jié)層EBCL+冷拌樹脂瀝青混凝土RA13（4～6 cm）。EBCL利用樹脂瀝青+抗剪碎石形成一層新的完整的防水抗滑粘結(jié)層，實(shí)現(xiàn)鋪裝層對(duì)鋼板的牢固粘結(jié)。

4.3 鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)措施

考慮到對(duì)鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)的研究尚處于摸索階段，在大橋上采用雙層環(huán)氧碎石混凝土結(jié)構(gòu)和ER結(jié)構(gòu)兩種方案的比對(duì)性試鋪方案。對(duì)于不規(guī)則裂縫或出現(xiàn)位置分散的病害，采用環(huán)氧碎石混凝土結(jié)構(gòu)處治。對(duì)于病害出現(xiàn)較為集中的區(qū)域即大面積病害區(qū)域的修復(fù)，采用ER結(jié)構(gòu)處治。

5 鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)處治效果

通過對(duì)維修后橋面鋪裝使用狀況進(jìn)行調(diào)查，采用ER修復(fù)結(jié)構(gòu)處治的橋面在后期運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)鼓包和銹跡等病害。分析其原因主要是因?yàn)榄h(huán)氧瀝青與修補(bǔ)材料強(qiáng)度、模量、變形追隨性的差異，使得環(huán)氧瀝青內(nèi)部的缺陷加速暴露，從而產(chǎn)生裂縫。而采用雙層環(huán)氧碎石混凝土修復(fù)并鋪設(shè)雙層環(huán)氧碎石磨耗層的橋面，無(wú)論從鋪裝層強(qiáng)度、防水性能、新老鋪裝材料性能差異，還是橋面鋪裝的行車舒適性和安全性等都較好。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)近兩年的橋面鋪裝維修經(jīng)驗(yàn)，采用雙層環(huán)氧碎石混凝土修復(fù)并鋪設(shè)雙層環(huán)氧碎石磨耗層的橋面至今狀況較好。

參考文獻(xiàn)

[1] E Brown，John Haddock.Method to Ensure Stone-on-Stone Contact in Stone Matrix Asphalt Paving Mixtures[J].Transportation Rwsearch Record，1997，1583（1）：11-18.

[2] 童樂為，沈祖炎.正交異性鋼橋面板靜力實(shí)驗(yàn)和有限元分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，25（6）：617-622.

[3] 李闖民，李宇峙.鋼橋橋面瀝青鋪裝層應(yīng)變化規(guī)律研究[J].公路交通科技，2000，17（6）：1-4.

[4] 徐軍，陳忠延.正交異性鋼橋面板的結(jié)構(gòu)分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，27（2）：170-174.