謝飛， 謝智榮， 肖百豪

(1.佛山市中策廣明高速公路有限公司， 廣東 佛山 528000；2.佛山市中策佛江北高速公路有限公司，廣東 佛山 528000；長沙理工大學(xué) 土木工程學(xué)院， 湖南 長沙 410114)

正交異性鋼橋面板為縱橫向互相垂直的加勁肋(縱肋和橫肋)連同橋面蓋板所組成的共同承受車輪荷載的橋面板結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)量輕、運輸架設(shè)方便、施工周期短等優(yōu)點，已成為大、中跨徑鋼橋常用的橋面結(jié)構(gòu)形式，特別對于超大跨徑橋梁，受重量的影響，絕大多數(shù)采用正交異性鋼橋面板。但正交異性鋼橋面板使用過程中橋面鋪裝極易損壞，易出現(xiàn)開裂、車轍、擁包、推擠等病害。鋼橋面鋪裝破損，在運營周期內(nèi)需頻繁維修，養(yǎng)護成本極大，已成為鋼橋面板發(fā)展中的技術(shù)瓶頸。該文以廣東佛山平勝大橋為工程背景，分析正交異性鋼橋面板橋面鋪裝病害并研究其維修對策。

1 工程概況

佛山平勝大橋為一座自錨式懸索橋，位于南海平洲橫跨東平水道連接順德區(qū)，是構(gòu)建中廣佛經(jīng)濟圈內(nèi)重要交通樞紐。主橋全長680.20 m，總體布置為39.64 m+5×40 m+30 m(砼加勁梁及錨跨)+350 m(鋼加勁梁)+30 m+29.60 m(砼錨跨)，兩端設(shè)置GQF-MZL480型伸縮縫。主橋橋型布置見圖1。

圖1 佛山平勝大橋橋型總體布置(單位：標高為m，其他為mm)

主跨主梁為全焊扁平流線形封閉單箱三室鋼加勁梁，采用正交異性鋼橋面板，其標準橫斷面見圖2。鋼加勁梁通過吊桿與主纜相連，吊桿標準間距為12 m，吊桿錨固于鋼加勁梁腹板側(cè)的錨箱上。邊跨和錨跨為砼箱梁。主橋鋼加勁梁的正交異性鋼橋面板采用50 mm厚環(huán)氧瀝青砼橋面鋪裝。

圖2 佛山平勝大橋主跨主梁1/2跨中標準斷面(單位：mm)

2 橋面鋪裝病害分析

2.1 橋面鋪裝病害

經(jīng)過一段時間運營后，主橋鋼加勁梁的正交異性鋼橋面板橋面鋪裝出現(xiàn)一系列病害(見表1)，裂縫分布見圖3、圖4。

圖4 佛山平勝大橋右幅橋面病害類型分布

圖3 佛山平勝大橋左幅橋面病害類型分布

表1 佛山平勝大橋橋面鋪裝病害分類統(tǒng)計

2.2 病害類型及成因分析

根據(jù)平勝大橋鋼橋面鋪裝層的病害現(xiàn)狀及國內(nèi)橋面鋪裝的狀況，分析正交異性鋼橋面板環(huán)氧瀝青混合料鋪裝的主要病害類型為鼓包開裂、縱向開裂和脫層開裂，鼓包開裂易進一步發(fā)展成坑槽病害。

2.2.1 鼓包開裂

環(huán)氧瀝青砼的空隙率一般低于3%，施工中混合料內(nèi)或?qū)娱g可能進入水，導(dǎo)致環(huán)氧瀝青砼出現(xiàn)鼓包病害。如果水量較大或混合料溫度較高，鼓包會在碾壓后馬上出現(xiàn)，且通車后高溫季節(jié)會出現(xiàn)鼓包開裂，并在輪載作用下加速鼓包開裂病害的擴展，若維修處理不當(dāng)，最后可能發(fā)展為坑槽病害。鼓包開裂病害整體上集中出現(xiàn)在一個區(qū)域，在輪跡帶區(qū)域的鼓包開裂病害發(fā)展較快。

2.2.2 縱向開裂

環(huán)氧瀝青砼的抗疲勞性能優(yōu)良，一般表現(xiàn)出良好的抗疲勞耐久性。該橋運營過程中，部分重載、超載現(xiàn)象嚴重，導(dǎo)致環(huán)氧瀝青鋪裝縱向開裂，且開裂基本位于輪跡帶區(qū)域的加勁肋上緣位置。從縱向開裂病害發(fā)生位置和交通條件分析，縱向開裂主要是由環(huán)氧瀝青鋪裝材料的結(jié)構(gòu)性強度破壞所致。

2.2.3 脫層開裂

脫層開裂是目前環(huán)氧瀝青鋪裝的一種主要病害，一般面積較大，連續(xù)長度可能超過10 m，寬度1～2 m。打開脫層開裂位置鋪裝層，發(fā)現(xiàn)脫層多發(fā)生在鋼板表面，部分發(fā)生在上下層之間。脫層黏結(jié)層的顏色與正常顏色有差異，黏結(jié)層為橙黃色，且基本沒有黏結(jié)強度，而一般黏結(jié)層為無色或黑色，表明黏結(jié)層材料反應(yīng)出現(xiàn)異常，導(dǎo)致黏結(jié)層強度過低或失效。脫層開裂后，雨水會進入脫層位置，脫層的黏結(jié)層處于潮濕狀態(tài)，加速脫層病害發(fā)展。

3 維修對策研究

3.1 橋面鋪裝維修對策

對于橋梁鋪裝病害的維修，實際工程中提出了多種局部修復(fù)方案。該橋環(huán)氧瀝青鋪裝已運營10年以上，材料的各項性能指標均有所下降，若采用局部維修方案，運營中鋼橋面鋪裝維修對交通暢通影響嚴重，且新鋪裝完成后兩種材料的使用壽命差別太大。此外，鋼橋面鋪裝改造時需對鋼橋面進行拋丸除銹、油漆涂裝，如果保留部分原有鋪裝則不便于鋼橋面清理，易造成新舊鋪裝結(jié)合處提前破壞。為保證鋪裝接縫平整、密實及排水需要，對全橋鋼橋面鋪裝進行銑刨重鋪。鋪裝采用雙層環(huán)氧瀝青混合料，上面層增鋪厚度5 mm，即調(diào)整為30 mm，并采用較粗級配環(huán)氧瀝青混合料，提高表面抗滑性能；下面層為25 mm厚，采用較細級配環(huán)氧瀝青混合料保證防水密實。鋪裝層總厚度為55 mm，層間及鋪裝層與橋面板間涂布環(huán)氧樹脂黏結(jié)劑，并在拋丸除銹4 h內(nèi)噴涂環(huán)氧富鋅漆。鋪裝層結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 維修后鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 維修前后安全性對比分析

適當(dāng)提高鋼橋面鋪裝層厚度有利于鋪裝層施工碾壓、鋪裝層分層功能設(shè)計及鋪裝層的耐久性，短期來看可解決橋面鋪裝的病害問題，但需進一步分析橋面鋪裝維修后橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。為此，采用有限元方法對橋梁上部結(jié)構(gòu)維修前后的安全性進行對比分析。

3.2.1 有限元模型

采用BLNAS有限元軟件模擬橋梁受力情況，主纜采用懸鏈線索單元模擬，吊索采用組合單元-膜單元模擬，橋塔、加勁梁采用梁單元模擬，同時考慮加勁梁豎曲線等的變化。全橋共343個節(jié)點，梁單元260個，膜單元29個。主纜錨固在加勁梁上。邊界條件為橋塔塔底固結(jié)，加勁梁在兩端可豎向轉(zhuǎn)動。維修方案中橋面鋪裝增厚5 mm，每延米以增重2.46 kN/m計算。有限元模型見圖6。

圖6 佛山平勝大橋有限元模型

3.2.2 主纜內(nèi)力計算結(jié)果與分析

圖7為維修前后主纜內(nèi)力計算包絡(luò)圖。由圖7可知：原鋪裝方案主纜內(nèi)力最大值為61 879 kN，最小值為52 153 kN；維修鋪裝方案主纜內(nèi)力最大值為62 131 kN，最小值為52 362 kN，主纜內(nèi)力最大增加252 kN，維修方案對主纜受力影響很小。

圖7 橋面鋪裝維修前后主纜內(nèi)力包絡(luò)圖(單位：kN)

3.2.3 吊桿內(nèi)力計算結(jié)果與分析

圖8為維修前后吊桿內(nèi)力計算包絡(luò)圖。由圖8可知：原鋪裝方案吊桿內(nèi)力最大值為1 091 kN，最小值為871 kN；維修鋪裝方案吊桿內(nèi)力最大值為1 092 kN，最小值為874 kN，吊桿內(nèi)力最大增加3 kN，維修方案對吊桿受力影響很小。

圖8 橋面鋪裝維修前后吊桿內(nèi)力包絡(luò)圖(單位：kN)

3.2.4 主梁內(nèi)力計算結(jié)果與分析

原鋪裝方案主梁內(nèi)力最大為100.4 MPa，維修鋪裝方案主梁內(nèi)力最大為101.3 MPa。主梁內(nèi)力增加0.9 MPa，小于規(guī)范規(guī)定的主梁內(nèi)力不超過200 MPa的要求，維修方案對主梁受力影響很小。

3.2.5 主梁位移計算結(jié)果與分析

圖9為維修前后主梁位移計算包絡(luò)圖。由圖9可知：原鋪裝方案主梁位移最大為16.5 cm，維修鋪裝方案主梁位移最大為16.5 cm，主梁撓度幾乎不變，滿足規(guī)范要求。

圖9 橋面鋪裝維修前后主梁位移包絡(luò)圖(單位：m)

4 結(jié)語

正交異性鋼橋面板的橋面鋪裝容易發(fā)生損壞，及時對橋面鋪裝進行維修加固，有利于橋梁結(jié)構(gòu)的安全和運營?；趶V東佛山平勝大橋橋面鋪裝病害檢查結(jié)果，提出采用雙層環(huán)氧瀝青混合料鋪裝整體重鋪的維修方案。通過有限元模擬，維修前后結(jié)構(gòu)各內(nèi)力和撓度數(shù)值相差不大，對橋梁安全性的影響很小。經(jīng)過長時間運營，維修后正交異性鋼橋面板橋面鋪裝未發(fā)現(xiàn)明顯病害，維修效果較好。