肖 春，陳鵬飛，王文建

（1.中恒工程設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610017；2.中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司成都分公司，四川 成都 610017）

0 引言

快速公交系統(tǒng)（BRT）是一種高品質(zhì)、高效率、低能耗、低污染、低成本的公共交通形式，充分體現(xiàn)以人為本，構(gòu)建和諧社會(huì)的發(fā)展理念。自第一條BRT線路于2005年在北京開通以來，至2017年底我國已有35個(gè)城市的BRT系統(tǒng)已相繼開通或在建中。BRT專用車道位于車站段的定點(diǎn)停車位具有車輛輪壓大、荷載作用位置相對集中等特點(diǎn)，夏天時(shí)若鋪裝層的高溫動(dòng)穩(wěn)定性不足將在定點(diǎn)停車位處形成剪切推移、車轍等病害，且鋼橋面鋪裝病害出現(xiàn)得比混凝土橋面更早且更嚴(yán)重[1]。

常見的鋼橋面鋪裝有雙層改性SMA、澆筑式瀝青混凝土（GA10）+高彈SMA、環(huán)氧瀝青混合料（EA）三種[2]，同時(shí)也有在鋼橋面鋪裝修補(bǔ)時(shí)采用聚氨酯混凝土[3-4]或灌注式PRC+SMA的案例。本文以貴陽市中環(huán)路作為工程背景，提出了四種BRT專用車道站臺(tái)段鋼橋面鋪裝的方案，經(jīng)檢驗(yàn)最終的實(shí)施方案可滿足工程需求，為國內(nèi)外的類似工程提供參考。

1 工程背景

1.1 工程簡介

貴陽市中環(huán)路（原名1.5環(huán)）全長29 km，包括新建南埡路、黔春大道、朝陽洞路和改建利用現(xiàn)狀東二環(huán)、北二環(huán)道路組成，是貴州省第一條采用高架快速路+快速公交的城市道路。中環(huán)路全線通行BRT車輛，共計(jì)24個(gè)BRT站點(diǎn)，其中黔靈村站、嘉潤路站、黔江路站、沙沖路站、玉廠路站五個(gè)站臺(tái)位于鋼箱梁上。中環(huán)路的鋼結(jié)構(gòu)橋梁均采用鋼箱梁，最大跨徑55 m，橋面系統(tǒng)采用常規(guī)的正交異型板，頂板厚度16 mm，鋼橋面總鋪裝面積約35 500 m2。

根據(jù)工期要求，中環(huán)路于2016年12月20日開通，該工程鋼箱梁最晚要于2016年11月底施工完畢，留給鋼橋面鋪裝施工的時(shí)間不足20 d。貴陽市11月的月平均氣溫為11℃，12月的月平均氣溫為5.9℃，鋪裝施工時(shí)氣溫較低，也是決定鋼橋面鋪裝方案的一個(gè)控制因素。

根據(jù)不同的使用要求，將鋼橋面鋪裝分為一般段鋪裝與站臺(tái)段鋪裝。一般段包括社會(huì)車道及BRT專用車道非站臺(tái)區(qū)，一般段鋼橋面鋪裝總厚度為80 mm，主要結(jié)構(gòu)組成為38 mm高彈改性瀝青SMA-13+38 mm高彈改性瀝青SMA-13+4 mm（緩沖層+防水黏結(jié)層）；站臺(tái)段為BRT專用車道的站臺(tái)區(qū)，需專門進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.2 常用的鋼橋面鋪裝

目前世界上最常用的鋼橋面鋪裝方式有以下三種：

（1）雙層改性SMA。雙層SMA在較重的交通荷載環(huán)境下容易產(chǎn)生病害，如武漢軍山大橋、廈門海滄大橋、西陵長江大橋等都產(chǎn)生了較多的病害，其高溫穩(wěn)定性不高。由于此方案在成都二環(huán)路鋼箱梁修補(bǔ)過程中表現(xiàn)不良[5]，故該工程不采用此方案。

（2）澆筑式瀝青混凝土（GA10）+高彈SMA。澆筑式瀝青混凝土鋪裝在國內(nèi)經(jīng)過眾多工程的實(shí)際檢驗(yàn)，質(zhì)量優(yōu)良，較少發(fā)生病害。但其高溫穩(wěn)定性不足，在成都二環(huán)路高架橋BRT站區(qū)已出現(xiàn)了嚴(yán)重破壞，故該工程不采用此方案。

（3）環(huán)氧瀝青混合料（EA）。環(huán)氧瀝青混合料的綜合性能比較優(yōu)良，耐腐蝕性能較好，車轍動(dòng)穩(wěn)定度較高[6]?？煞譃闇匕枋脚c熱拌式：溫拌式的弱點(diǎn)是施工時(shí)必須嚴(yán)格控制，少許的水分就會(huì)導(dǎo)致鋪裝層嚴(yán)重鼓包，并且在攤鋪后必須保證有足夠長的養(yǎng)護(hù)期以確保環(huán)氧瀝青混凝土能夠基本完成固化；熱拌式由于出料溫度高，可去除水分，顯著減少或避免鋪裝層鼓包開裂的病害，且養(yǎng)護(hù)周期短。

2 鋪裝方案比選

2.1 設(shè)計(jì)原則

BRT專用車道站臺(tái)段鋼橋面鋪裝方案設(shè)計(jì)原則如下：

（1）盡量采用成熟可靠、性能穩(wěn)定、有成功案例的方案。

（2）需綜合考慮工期、造價(jià)、供貨條件等因素，同時(shí)保證可實(shí)施性。

2.2 設(shè)計(jì)方案

筆者在分析了成都二環(huán)路高架橋BRT專用車道站臺(tái)段鋼橋面鋪裝破壞原因的基礎(chǔ)上，得出了橋面層的高溫動(dòng)穩(wěn)定度不足是導(dǎo)致鋪裝層破壞的主要原因的結(jié)論[1]。針對貴陽市中環(huán)路的具體條件，提出了如下鋪裝方案：

方案一：溫拌式環(huán)氧瀝青混合料。

方案二：熱拌式環(huán)氧瀝青混合料。

方案三：聚氨酯混凝土。

方案四：灌注式+SMA。

2.2.1 方案一：溫拌式環(huán)氧瀝青混合料

以美國ChemCo System公司為代表的溫拌式環(huán)氧瀝青混合料由組分A（環(huán)氧樹脂）與組分B（一種由石油瀝青和固化劑組成的勻質(zhì)合成物）組成，組分A與組分B混合后即開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成一種不可逆的、高溫不熔化的固化物。在70℃、0.7 MPa輪壓下，通過調(diào)整骨料集配、改善瀝青性能等方法，動(dòng)穩(wěn)定度可達(dá)18 375次/mm[7]。

混合料出料溫度為110～130℃，養(yǎng)生周期較長，需30～45 d[2]。由于溫拌式環(huán)氧瀝青混合料出料溫度過低，對施工過程中遇到的水分，如工人的汗水甚至空氣濕度大產(chǎn)生的水氣都沒有辦法揮發(fā)出去，水氣包裹在混合料里面，早期在綜合作用下容易產(chǎn)生“鼓包”病害。因此對原材料、施工環(huán)境、工藝等要求相當(dāng)高，施工時(shí)必須嚴(yán)格控制，少許的水分就會(huì)導(dǎo)致鋪裝層嚴(yán)重鼓包，直接影響橋面鋪裝的壽命[8]。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，ChemCo環(huán)氧瀝青混合料自2000年至2010年12月在我國應(yīng)用于約18座鋼橋面鋪裝，因其施工要求苛刻，施工控制難度相當(dāng)大，使得其完全成功率僅16.7%[9]。

2.2.2 方案二：熱拌式環(huán)氧瀝青混合料

以日本良園商事株式會(huì)社代理的KD（原為日本大有株式會(huì)社代理的TAF）為代表的熱拌式環(huán)氧瀝青混合料養(yǎng)生周期短（3～7 d）、高溫施工（出料溫度為170～185℃），可去除水分，顯著減少或避免鋪裝層鼓包開裂的病害[2]。

熱拌式環(huán)氧瀝青混合料在沿江高速公路跨錫澄高速公路的江陰峭嶇橋、江陰大橋鋼橋面鋪裝大修工程（中間車行道）、連云港疏港通道橋等工程中得到應(yīng)用，其后在珠江黃埔大橋北汊橋、虎門大橋、廣州東沙大橋、湛江海灣大橋維修工程等鋼橋面鋪裝中得到應(yīng)用。自2004年至2010年12月TAF環(huán)氧瀝青在我國應(yīng)用于7座鋼橋面鋪裝，整體上表現(xiàn)較好，僅虎門大橋由于高溫、重載、薄鋼板等因素存在病害[9]。

2.2.3 方案三：聚氨酯混凝土[3-4]

彈性混凝土的工程性能介于普通水泥混凝土（剛性）和瀝青混凝土（柔性）之間，具有比普通水泥混凝土重量輕、韌性高、抗裂性好、吸收能量多、隔熱、隔聲、減震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。聚氨酯彈性混凝土是眾多彈性混凝土中的一種，其70℃動(dòng)穩(wěn)定度可達(dá)150 000次/mm。主要用于修補(bǔ)工程，尚未有大規(guī)模進(jìn)行鋼橋面鋪裝的案例。

2013年針對成都二環(huán)路BRT高架橋鋼箱梁瀝青鋪裝出現(xiàn)的病害，對一部分站臺(tái)段出現(xiàn)的問題采用聚氨酯混凝土進(jìn)行修補(bǔ)，方案如圖1所示。聚氨酯彈性混凝土含有三組分，首先將組分A（預(yù)聚體）與組分B（固化劑）倒入容器中攪拌約30 s，然后緩慢加入組分C（骨料），用高速剪切機(jī)攪拌2～3 min，直至所有骨料攪拌均勻。聚氨酯混凝土表面光滑，需在其表面進(jìn)行刻槽以保證防滑效果。

部分站臺(tái)處鋪裝經(jīng)聚氨酯混凝土處理后，聚氨酯混凝土面層出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，且修補(bǔ)后與原橋面鋪裝之間存在高差且呈繼續(xù)擴(kuò)大趨勢[5]，經(jīng)重新修補(bǔ)后，整體效果不錯(cuò)，如圖2所示。

2.2.4 方案四：灌注式+SMA

反應(yīng)性灌注式混凝土采用灌注式施工工藝，在常溫下施工，向大孔隙混合料中灌注反應(yīng)性樹脂內(nèi)材料。大空隙內(nèi)反應(yīng)性樹脂類材料形成連續(xù)結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的耐疲勞性能，且能夠完全封水，避免水分對鋼橋面鋪裝的影響。

圖1 方案三橋面鋪裝結(jié)構(gòu)圖

圖2 成都二環(huán)路成仁路公交站（2016年8月）

灌注式混凝土PRC-10采用大空隙（20%左右）混合料級配成型OGFC骨架基體，然后灌注改性環(huán)氧樹脂，完全填充OGFC的空隙，改性環(huán)氧樹脂形成連續(xù)狀態(tài)，使得該材料具有良好的抗疲勞開裂性能，同時(shí)灌注膠為反應(yīng)性材料，固化反應(yīng)完成后具有較高的強(qiáng)度。

灌注式混凝土綜合了環(huán)氧瀝青混凝土高強(qiáng)度和澆筑式瀝青混凝土空隙率低的優(yōu)點(diǎn)，具有如下特點(diǎn)：

（1）具有接近于0的空隙率從而具有優(yōu)良的防水作用。

（2）具有環(huán)氧瀝青混凝土的高強(qiáng)度，避免形成車轍。

（3）具有比環(huán)氧瀝青更強(qiáng)的柔韌性，適應(yīng)鋼板變形。

該鋪裝方案結(jié)構(gòu)組成為38 mm高強(qiáng)度改性瀝青SMA-13+40 mm灌注式反應(yīng)性樹脂瀝青混凝土PRC-10+2 mm防水黏結(jié)層（見圖3）。

圖3 方案四鋪裝構(gòu)造

贛州大橋及永川長江大橋亦采用圖3的鋪裝構(gòu)造，使用至今無其他病害，完整良好（見圖4、圖5）。

圖4 2012年在贛州大橋局部修補(bǔ)

圖5 2014年重慶永川長江大橋鋼混結(jié)合段

2.2.5 方案比較

對各方案進(jìn)行方案比選，結(jié)果見表1。

表1 方案比較表

從技術(shù)成熟度及相關(guān)案例角度，方案一、方案二均有較大規(guī)模的使用案例，且在《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（總校稿）均有對應(yīng)的相關(guān)內(nèi)容；方案三、方案四均只應(yīng)用于局部維修，處于試驗(yàn)階段，尚無大規(guī)模應(yīng)用案例，且設(shè)計(jì)、施工缺相關(guān)規(guī)范支持。

方案一具有對施工溫度要求高、對施工工藝要求極高、養(yǎng)護(hù)周期長等不利點(diǎn)，最終質(zhì)量不易保證；方案二具有養(yǎng)護(hù)周期短、對施工要求不高等優(yōu)點(diǎn)，且不需要專用設(shè)備，具備可實(shí)施性。經(jīng)業(yè)主組織專家會(huì)評審后，最終采用方案二作為實(shí)施方案。

3 鋪裝實(shí)施方案

3.1 設(shè)計(jì)要求

站臺(tái)段鋼橋面鋪裝總厚度為80mm，主要結(jié)構(gòu)組成為38 mm熱拌式環(huán)氧瀝青混合料EA-10+38 mm熱拌式環(huán)氧瀝青混合料EA-10+4 mm（防水黏結(jié)層）[10]，如圖6所示。

圖6 實(shí)施的鋪裝方案

BRT大容量公交車載客多、載重大，站臺(tái)段定點(diǎn)停車位置極易出現(xiàn)車轍及剪切推移病害，為延緩、降低病害出現(xiàn)的時(shí)間及程度，站臺(tái)段鋼橋面鋪裝組合結(jié)構(gòu)的高溫抗車轍性能、界面連接性能、抗疲勞性能須滿足如下要求：

（1）車轍動(dòng)穩(wěn)定度要求。要求由鋪裝面層+黏層+鋪裝下層+緩沖層組成的組合結(jié)構(gòu)在70℃下的車轍動(dòng)穩(wěn)定度不小于15 000次/mm。

（2）界面連接性能要求。要求在25℃條件下，由鋪裝下層+緩沖層+防水黏結(jié)層+鋼橋面板組成的組合結(jié)構(gòu)，鋪裝下層與鋼橋面板之間的界面剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)值不小于2.4 MPa，界面黏結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值不小于1.2 MPa。

（3）疲勞強(qiáng)度。要求對由鋪裝面層+黏層+鋪裝下層+緩沖層+防水黏結(jié)層+鋼橋面板組成的組合結(jié)構(gòu)，采用三點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)對鋪裝結(jié)構(gòu)的疲勞性能進(jìn)行評價(jià)，在三點(diǎn)加載下組合結(jié)構(gòu)試件的疲勞次數(shù)不小于120萬次。

3.2 施工要求

鋪裝材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)、施工中的控制指標(biāo)等均滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。2016年12月，在較短時(shí)間內(nèi)完成了BRT車站段的鋼橋面鋪裝施工，為工程的按期通車打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)（見圖7）。

圖7 熱拌式環(huán)氧瀝青混凝土施工現(xiàn)場

3.3 使用效果

貴陽市BRT系統(tǒng)于2016年底試運(yùn)營，經(jīng)歷了一整個(gè)寒暑周期的考驗(yàn)，于2017年9月中旬對鋪裝效果進(jìn)行考察，效果良好，如圖8、圖9所示。

圖8 黔江路站鋪裝（2017年9月）

圖9 黔靈村站鋪裝（2017年9月）

4 結(jié)語

本文針對BRT專用車道站臺(tái)段鋼橋面對鋪裝層動(dòng)穩(wěn)定性要求高的問題提出了四種可行的鋪裝方案，并結(jié)合在貴陽市中環(huán)路中的實(shí)踐，所得的主要結(jié)論如下：

（1）提出了可采用溫拌式環(huán)氧瀝青混凝土、熱拌式環(huán)氧瀝青混凝土、聚氨酯混凝土、灌注式+SMA四種方案。

（2）根據(jù)貴陽市中環(huán)路BRT車站段鋼橋面鋪裝的具體要求，對以上各方案進(jìn)行比選，并選取熱拌式環(huán)氧瀝青混凝土作為實(shí)施方案。從運(yùn)營結(jié)果來看，效果良好。