冀振龍（上海公路投資建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 200335）

正交異性鋼橋面板自 20 世紀(jì) 50 年代面世以來，已經(jīng)成為鋼橋橋面板最主要的結(jié)構(gòu)形式，其上覆蓋的鋪裝結(jié)構(gòu)主要有水泥混凝土和瀝青混凝土兩種[1]。水泥混凝土鋪裝（即剛性鋪裝）剛度大，但容易開裂，多用于重載交通的中小跨徑鋼橋。較大跨徑鋼橋多采用黏性和韌性相對較好的瀝青混凝土鋪裝（即柔性鋪裝）。國內(nèi)外進(jìn)行了大量研究與應(yīng)用，主要圍繞鋼橋面板疲勞細(xì)節(jié)優(yōu)化、柔性鋪裝性能改善、剛性鋪裝研究開發(fā)等方面[2]。近年來依賴超高性能混凝土材料快速發(fā)展，鋼橋面剛性鋪裝開始得到重視[3]。本文將對國內(nèi)外鋼橋面剛性鋪裝的研究進(jìn)展進(jìn)行梳理分析，為 G 318 滬青平公路嘉松公路跨線橋工程鋼橋面剛性鋪裝方案的研究工作提供技術(shù)參考。

1 現(xiàn)狀分析

對近年來國內(nèi)外鋼橋面剛性鋪裝的研究和應(yīng)用情況進(jìn)行分析，總結(jié)如下。

(1) 已有成果表明，剛性鋪裝具有較高的耐久性和抗疲勞強(qiáng)度，能夠延續(xù)正交異性鋼橋面的壽命，降低全壽命周期成本。但研究工作仍處于初步階段，實體工程較少且缺乏足夠的后評估數(shù)據(jù)。

(2) 對于鋼—混凝土組合橋面體系，較密鋼筋網(wǎng)布置和高溫蒸養(yǎng)大大增加施工難度，很難保證施工質(zhì)量和耐久性，密布剪力釘對后期維修養(yǎng)護(hù)造成不便。

(3) 對于鋼—混凝土復(fù)合鋪裝體系，UHPC 層不參與整體結(jié)構(gòu)受力，但可大幅提高橋面系的疲勞性能，與組合橋面結(jié)構(gòu)相比，其鋼筋網(wǎng)和剪力釘?shù)脑O(shè)置可做針對性設(shè)計。如在UHPC 局部效應(yīng)較大部位布置鋼筋網(wǎng)等增強(qiáng)體，剪力釘布置在脫層風(fēng)險最大的橋面端部，從而，大大簡化設(shè)計，方便施工與后期維護(hù)。

(4) 采用膠粘層+邊緣焊釘?shù)穆?lián)結(jié)體系能保證鋼板與混凝土的復(fù)合作用。端部焊釘足夠抑制層間脫離，但使用鋼筋網(wǎng)對于裂縫的控制作用并不明確。

(5) 國內(nèi) UHPC 材料存在以下問題：① 成本較高；② 長時間運輸、攪拌、澆筑下易發(fā)生分層離析；③ 素混凝土抗拉強(qiáng)度不高、應(yīng)變能力不高。因此大規(guī)模應(yīng)用風(fēng)險較大。

綜上，應(yīng)加快開展針對性的研究與試點應(yīng)用，開展剛性層材料、黏結(jié)體系、鋪裝結(jié)構(gòu)長期使用性能、實橋設(shè)計方法與施工工法等研究。

2 組合鋪裝體系優(yōu)化設(shè)計

G 318 滬青平公路嘉松公路跨線橋位于上海市青浦區(qū)，全長 1.5 km，屬重交通，采用一級公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。橋梁設(shè)計采用（40+60+40）m 三跨鋼連續(xù)梁。本項目鋼橋面鋪裝方案應(yīng)滿足長效耐久、施工便利、維護(hù)方便等要求，同時應(yīng)易于機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化施工，減少人工操作。

2.1 原鋪裝設(shè)計方案

原鋪裝層設(shè)計方案瀝青路面使用壽命為 15 a，橋面鋪裝體系按 3 層鋪筑，即 40 mm SMA-13（SBS 改性）+60 mm AC-20 C（SBS 改性）+80 mm 鋼筋混凝土調(diào)平層。鋼筋混凝土層鋼筋網(wǎng)間距 100 mm，橋面板上密布 Φ 19 mm 焊釘，焊釘長 60 mm，橫向間距 300 mm，與 U 肋腹板對齊，縱向間距 250 mm。該方案存在以下問題：一是鋪裝總厚達(dá) 180 mm，橋面系恒載較大；二是普通鋼筋混凝土抗拉強(qiáng)度在重載下易開裂損壞，影響鋪裝防水與疲勞性能。

2.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

(1) 設(shè)計年限：剛性鋪裝為 30 a，瀝青面層為 10 a。

(2) 疲勞計算按 JTGD 64—2015《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》中疲勞荷載計算模型 Ⅲ，輪載 70 kN，考慮沖擊系數(shù) 0.4。

(3) 抗滑指標(biāo)：橫向力系數(shù)（SFC 60）≥54。

2.3 優(yōu)化后設(shè)計方案

(1) 鋼筋網(wǎng)布置說明。結(jié)合調(diào)研可知：① 疲勞作用下配筋混凝土，一旦有水滲入，裂縫擴(kuò)展速率明顯提高；② 強(qiáng)配筋混凝土由于鋼筋網(wǎng)片黏結(jié)不牢、混凝土難以下滲導(dǎo)致鋪裝層表面致裂縫過早發(fā)生；③ 剛性鋪裝層厚度較小時，配筋會影響鋪裝層整體性?？紤]到施工和易性、結(jié)構(gòu)耐久性，在鋼筋網(wǎng)片作用機(jī)理尚不明確的情況下，不建議對 6 cm 超高性能混凝土層采取配筋措施。

(2) 剪力釘布置說明。膠粘層+邊緣焊釘?shù)酿そY(jié)體系能夠如同密布焊釘一樣保證橋面板與剛性層形成復(fù)合結(jié)構(gòu)協(xié)同受力。剛性層由于自身收縮、溫度梯度及驟變溫度的影響，會在橋面端部及接縫等位置產(chǎn)生潛在脫層風(fēng)險，因此本方案擬在橋面端部設(shè)置 2 排抗剪栓釘。剪力釘位置需避開 U 型加勁肋腹板，該處是加勁肋焊接位置，為應(yīng)力集中區(qū)。

(3) 設(shè)計方案。設(shè)計方案如下：鋼橋面板（局部焊釘）+環(huán)氧樹脂（碎石）防水黏結(jié)層+不配筋超高性能混凝土 UHPC（60 mm）+防水黏結(jié)層 +SMA-13（40 mm）。鋼橋面板表面拋丸處理，在其四周邊緣設(shè)置 2 排焊釘；鋼板防腐及其與鋪裝的黏結(jié)采用環(huán)氧樹脂材料；下層鋪裝采用超高性能混凝土，不設(shè)鋼筋網(wǎng)片；上、下層鋪裝之間黏結(jié)采用常用的纖維增強(qiáng)防水黏結(jié)層。鋪裝結(jié)構(gòu)如表 1 所示。

表1 剛性鋪裝結(jié)構(gòu)

3 設(shè)計指標(biāo)與工藝要求

3.1 材料指標(biāo)

(1) UHPC 超高性能混凝土。用于鋼橋面鋪裝的 6 cm 超高性能混凝土，其性能指標(biāo)應(yīng)滿足表 2 所示要求。其中鋼纖維采用鍍銅高強(qiáng)鋼纖維，抗拉強(qiáng)度 ≥ 1 600 MPa，彈性模量為 2.1×105MPa。

表2 UHPC 超高性能混凝土性能指標(biāo)

(2) 防水黏結(jié)層（環(huán)氧樹脂）。用于鋼橋面鋪裝的鋼橋面防腐及黏結(jié)層為環(huán)氧樹脂材料。其性能指標(biāo)應(yīng)滿足表 3 所示要求，表 3 中復(fù)合件表示經(jīng)處理的鋼板與超高性能混凝土通過環(huán)氧黏結(jié)形成的構(gòu)件。

表3 防水黏結(jié)層（環(huán)氧樹脂）性能指標(biāo)

(3) 纖維增強(qiáng)防水黏結(jié)層。在超高性能混凝土上采用纖維增強(qiáng)型防水黏結(jié)層，主體材料為 PBⅡ 型聚合物改性瀝青防水涂料，應(yīng)滿足 JC/T 975—2005，在瀝青涂料內(nèi)設(shè)置無堿玻璃纖維作為加強(qiáng)層胎體增強(qiáng)材料，性能指標(biāo)見表 4。

表4 增強(qiáng)材料技術(shù)指標(biāo)表

(4) SMA-13 瀝青混凝土（SBS 改性）。SMA-13 瀝青混凝土設(shè)計空隙率（VV）宜控制在 4%。混合料各項指標(biāo)要求見表 5。

表5 SMA—13 路用性能指標(biāo)

3.2 主要施工工藝

(1) 拋丸除銹。用拋丸除銹機(jī)打磨鋼板，表面應(yīng)達(dá)到前述設(shè)計要求。拋丸完成后對表面進(jìn)行覆膜保護(hù)，防止揚塵、水、油污等對鋼板表面的二次污染。

(2) 環(huán)氧防水層施工。采用 EP 20 環(huán)氧樹脂，涂抹標(biāo)準(zhǔn)為 1.0 kg/m2。涂刷前應(yīng)充分?jǐn)嚢杈鶆颍译S用隨拌。30 ℃ 下工作時間 4 h，超時的環(huán)氧樹脂不得用于防水層施工。

(3) UHPC 施工?；炷凛斔偷浆F(xiàn)場后，采用料斗向攤鋪機(jī)供料，不要集中堆積，保證混凝土中鋼纖維是連續(xù)的。在設(shè)計橫向斷縫處分施工段，單幅 5 個施工段，共 10 段，每段攤鋪長度在 27～29.5 m，確保攤鋪機(jī)工作連續(xù)性及橋面鋪裝整體平整度。施工過程嚴(yán)格控制施工時間，保證攤鋪過程中混凝土不發(fā)生初凝。根據(jù)現(xiàn)場混凝土的攪拌速率、振動梁的攤鋪效率及環(huán)氧樹脂工作時間，決定日攤鋪面積。適當(dāng)設(shè)置施工縫，施工縫的設(shè)置應(yīng)與結(jié)構(gòu)變形縫一致?；炷翝仓戤吅蟛恍瓒文▔?，振動完畢后，直接覆膜養(yǎng)護(hù)。混凝土初凝后終凝前，要用抹光機(jī)壓實抹壓。

(4) 養(yǎng)護(hù)。混凝土澆筑振動完畢后，覆膜養(yǎng)護(hù)，有條件的采取噴灑養(yǎng)護(hù)劑。混凝土終凝后，應(yīng)進(jìn)行灑水保濕養(yǎng)護(hù)。日間作業(yè)，鋼橋面溫度較高時應(yīng)增設(shè)遮陽網(wǎng)（覆膜及覆土工布），降低混凝土表面吸收的太陽輻射熱。保濕養(yǎng)護(hù) 7 d，養(yǎng)護(hù)期間通過預(yù)埋溫度傳感器控制灑水頻率。根據(jù)現(xiàn)場的應(yīng)變測試結(jié)果來調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)時間。

4 結(jié) 語

本文對國內(nèi)外近年剛性鋪裝在鋼橋面中的應(yīng)用情況進(jìn)行了詳細(xì)分析。提出了優(yōu)化后的基于 UHPC 超高性能混凝土的鋼橋面鋪裝方案，給出了結(jié)構(gòu)體系設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、主要材料技術(shù)指標(biāo)和施工工藝。該方案現(xiàn)場施工和后期養(yǎng)護(hù)便利，各方面性能均達(dá)到規(guī)范要求，于 2017 年應(yīng)用到上海 G 318 滬青平公路嘉松公路跨線橋工程中，使用兩年效果達(dá)到預(yù)期。