王 民， 王明明， 王 滔， 鄭睿涵， 彭祝濤

(1.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司， 重慶 401336； 2.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

重慶地處長(zhǎng)江及嘉陵江交匯流域，已修建了多座大跨徑橋梁，且多采用了正交異性鋼橋面體系。隨著橋梁建造技術(shù)進(jìn)步，橋面鋪裝技術(shù)也隨之提升。我國(guó)已形成3種典型鋪裝體系：雙層改性瀝青SMA鋪裝體系、澆注式瀝青混合料鋪裝體系、環(huán)氧瀝青混合料鋪裝體系[1-3]。在重慶跨長(zhǎng)江、嘉陵江的10余座鋼橋梁中，除重慶魚嘴兩江大橋外，其余均采用澆注式瀝青混合料+改性瀝青SMA鋪裝體系，運(yùn)營(yíng)使用壽命最長(zhǎng)的已超過10年。

針對(duì)鋼橋面鋪裝的使用技術(shù)狀況及檢測(cè)方法，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也做了大量研究。錢振東等[4]提出了鋼橋面瀝青鋪裝的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了鋼橋面瀝青鋪裝的性能發(fā)展預(yù)測(cè)模型，形成了鋼橋面瀝青鋪裝的病害養(yǎng)護(hù)決策技術(shù)；黃海濤[5]通過對(duì)適合鋼橋面鋪裝層的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行研究，建立了鋼橋面鋪裝層使用性能的評(píng)價(jià)模型；吳剛[6]結(jié)合2座大跨度橋梁，對(duì)大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝現(xiàn)狀及其發(fā)展進(jìn)行了闡述；吳釗等[7]通過多功能檢測(cè)車、激光斷面儀、摩擦系數(shù)檢測(cè)車以及探地雷達(dá)，對(duì)南京四橋復(fù)合澆注式瀝青鋪裝的性能進(jìn)行了跟蹤檢測(cè)，研究表明經(jīng)過3年的使用，復(fù)合澆注式瀝青鋪裝的性能依然保持良好；李金嬌等[8]通過現(xiàn)代化檢測(cè)設(shè)備，對(duì)南京四橋鋪裝層使用性能進(jìn)行檢測(cè)分析，結(jié)合層次分析法構(gòu)建了使用性能評(píng)價(jià)模型，優(yōu)化了復(fù)合澆注式瀝青鋼橋面鋪裝層使用性能評(píng)價(jià)等級(jí)；趙陽(yáng)等[9]通過對(duì)安徽省境內(nèi)各大典型鋼橋鋪裝層歷年的檢測(cè)數(shù)據(jù)及養(yǎng)護(hù)歷史進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸及專家評(píng)分，提出了適合于安徽省鋼橋面瀝青鋪裝體系的4個(gè)單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了鋪裝層使用性能指數(shù)這一綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)；王民等[10]用層次分析法構(gòu)建了鋼橋面鋪裝方案綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,利用專家評(píng)分法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,后運(yùn)用模糊理論進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度函數(shù)分析的鋼橋面鋪裝方案模糊綜合評(píng)價(jià)方法；徐新權(quán)等[11]對(duì)廣東省13條高速公路瀝青路面的結(jié)構(gòu)類型、養(yǎng)護(hù)措施及使用性能進(jìn)行了調(diào)查分析，得到了瀝青路面不同結(jié)構(gòu)類型的使用情況；肖克雄等[12]采用CT-616道路智能檢測(cè)車，通過對(duì)重慶某橋橋面鋪裝技術(shù)狀況檢測(cè)分析，得到該橋橋面鋪裝整體性能良好；章登精[13]分析了大跨徑鋼橋面鋪裝病害成因，探討了各類病害評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)，提出了設(shè)計(jì)是應(yīng)確保有效避免鋪裝病害的思路和方法。

對(duì)于不同地區(qū)的澆注式瀝青混合料鋪裝，因其運(yùn)營(yíng)期的交通與氣候環(huán)境條件不同，鋼橋面鋪裝服役過程中性能衰減速率也不同。因此，針對(duì)重慶地區(qū)大跨徑鋼橋澆注式瀝青混合料鋪裝體系的使用性能及狀況，需進(jìn)行調(diào)研，并結(jié)合交通與環(huán)境條件進(jìn)行綜合分析，為鋼橋面瀝青鋪裝養(yǎng)護(hù)與管理提供參考，以提高鋪裝體系的使用性能，延長(zhǎng)其使用壽命。

1 重慶地區(qū)鋼橋面鋪裝使用條件分析

選取重慶地區(qū)采用澆注式瀝青混合料+改性瀝青SMA鋪裝結(jié)構(gòu)的大跨徑鋼橋工程8項(xiàng)，對(duì)其基本情況、結(jié)構(gòu)條件、氣候及交通條件等進(jìn)行調(diào)查分析。

1.1 調(diào)研橋梁的基本情況

所調(diào)研橋梁的基本情況見表1。

從表1可見，選取的8座大跨徑鋼橋包含懸索橋、斜拉橋、拱橋及梁橋型式，其中4座使用壽命超過10年，橋面鋪裝均采用高彈改性瀝青混合料SMA+澆注式瀝青混合料GA的鋪裝體系，其中防水體系除A橋采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑外，其余均是甲基丙烯酸甲酯樹脂防水體系，總厚度為70 mm～85 mm。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)條件

所調(diào)研橋梁與鋼橋面鋪裝相關(guān)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。

所調(diào)研橋梁包含了鋼箱梁與鋼桁梁結(jié)構(gòu)，除E橋?yàn)?000年通車，2013年翻修外，其余橋梁鋼橋面板厚度大部分為16 mm，U肋及橫隔板間距與早期橋梁相比也有改進(jìn)。經(jīng)計(jì)算分析，除E橋外，其余橋梁正交異性鋼橋面系基本達(dá)到了鋼橋面鋪裝對(duì)其剛度的要求。重慶過江通道較多采用公軌合建，考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，部分橋梁縱梁處于輪跡帶范圍，受此影響，橋面鋪裝易出現(xiàn)縱向裂縫。

1.3 環(huán)境氣候條件

重慶處于我國(guó)西南部，具有低緯度、高海拔的地理特點(diǎn)，錯(cuò)綜復(fù)雜的地形地貌，導(dǎo)致形成了水平分布和垂直分布復(fù)雜多樣的氣候特征。重慶市累年年平均氣溫為17.46 ℃，累年年極端最高氣溫為42.24 ℃，年平均降水量為1 124.03 mm。所選取的數(shù)座橋梁分別位于重慶的主城及區(qū)縣，根據(jù)橋梁的位置，分為主城區(qū)、江津區(qū)和永川區(qū)3個(gè)區(qū)域，對(duì)其氣象資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)調(diào)查與分析。各個(gè)橋梁所處區(qū)域的氣候見表3。

根據(jù)表3進(jìn)行分析，可歸納出以下的氣候特征：

1) 各個(gè)地區(qū)的降雨量分布均>1 000 mm，降水量較多，其中主城區(qū)降雨量最高，為1 085 mm?？傮w上，重慶地區(qū)降雨量較大，對(duì)瀝青路面的水損害影響較大，采用澆注式瀝青混合料具有顯著優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)磨耗層SMA的抗水損害性能提出了更高的要求。

表1 橋梁基本情況

表2 橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)

表3 區(qū)域溫度

2) 歷年年平均氣溫在17.7 ℃～23 ℃，其中永川區(qū)的歷年年平均氣溫最低，為17.3 ℃，主城區(qū)最高，為19.81 ℃，各區(qū)歷年年平均氣溫差別較小。各區(qū)歷年年極端最高氣溫在42.1 ℃～44.3 ℃。最高出現(xiàn)在江津區(qū)，年極端最高氣溫為44.3 ℃；最低為永川區(qū)，歷年年極端最高氣溫為42.1 ℃。受特殊地理環(huán)境影響，重慶地區(qū)總體氣溫較高，加之鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱快及箱梁儲(chǔ)熱效應(yīng)，橋面鋪裝的溫度通常會(huì)達(dá)到70 ℃，且高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，這對(duì)澆注式瀝青混合料鋪裝的高溫承載能力提出更高要求。

1.4 交通條件

通過對(duì)大橋交通量的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表4。

表4 交通量及大中型客貨車比例

由表4可知，各橋梁的交通量差距較大，市政橋梁交通量大，主要為小型轎車及公交車輛，大中型客貨車比例非常低；公路橋梁交通量小，客貨車比例相對(duì)較高。

2 鋼橋面鋪裝使用狀況分析

為獲取重慶地區(qū)橋梁瀝青路面的使用狀況情況，采用道路多功能檢測(cè)車，見圖1，對(duì)瀝青路面的平整度IRI、車轍深度RD、構(gòu)造深度MPD等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)JTG 5210—2018《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[14]計(jì)算得到路面損壞狀況指數(shù)PCI、路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、路面車轍深度指數(shù)RDI。此外，通過觀察采集的路面照片的方式對(duì)路面病害狀況進(jìn)行調(diào)查分析。

圖1 道路多功能檢測(cè)車

2.1 路面損壞狀況指數(shù)PCI

路面損壞狀況指數(shù)PCI用于評(píng)價(jià)瀝青路面破損狀況，它是先根據(jù)路面損壞類型及損害程度計(jì)算得到路面破損率，后進(jìn)行換算得到路面狀況損壞指數(shù)PCI。所調(diào)研橋梁的病害類型見表5，路面損壞狀況指數(shù)PCI見圖2。由于A橋下行方向?yàn)榛炷林髁?，其路面技術(shù)狀況全文未列。圖表中“上行”是指沿里程樁號(hào)遞增的方向，相反方向則為“下行”，從中分帶向外第1、2、3、4車道依次排序編號(hào)，全文均同。

從表5可知，所調(diào)研橋梁鋪裝層出現(xiàn)最多的病害是裂縫，部分橋梁局部出現(xiàn)了車轍或泛油，未出現(xiàn)推移、脫層等結(jié)構(gòu)性病害。由圖2 可知，所調(diào)研橋梁的路面破損率在0.01%～4.8%，按照J(rèn)TG 5210—2018《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[14]進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果均在“中”以上，評(píng)定結(jié)果在“良”以上的車道占比大于90%，這說明各個(gè)橋梁整體情況較好。原因一是所通行交通中涉及重載車輛比例不高，二是鋪裝下層澆注式瀝青混合料具有優(yōu)良的密水性及施工質(zhì)量可靠度，加之磨耗層高彈改性瀝青SMA的綜合路用性能優(yōu)良，使得該鋪裝體系的整體性能占優(yōu)，運(yùn)營(yíng)期鋪裝病害較少。

圖2 路面損壞狀況指數(shù)PCI

2.2 路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI

路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI用于評(píng)價(jià)路面在行駛過程的舒適性與安全性，它是通過平整度指數(shù)換算得到的。所調(diào)研橋梁國(guó)際平整度指數(shù)見表6，路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI見圖3。

從表6可知，所調(diào)研橋梁在經(jīng)過3年以上的行車荷載作用以及夏季高溫天氣的影響下，80%以上車道的國(guó)際平整度指數(shù)仍滿足不大于2.5 m/km的要求。由圖3可知，按照規(guī)范JTG 5210—2018《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[14]換算得到的路面行駛質(zhì)量指數(shù)，其均為“優(yōu)”或“良”，其中80%的評(píng)定結(jié)果為“優(yōu)”，表明橋梁鋪裝整體的行駛質(zhì)量良好。A橋通車運(yùn)營(yíng)超過15年，同時(shí)交通量較大，導(dǎo)致其平整度指數(shù)最大，路面行駛質(zhì)量指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果5個(gè)車道均為“良”；E橋交通量最大，其交通量是D橋的3倍以上，路面行駛質(zhì)量指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果為“良”。E橋和D橋通車時(shí)間相同，使用環(huán)境相似，但兩橋的平整度相差較大，可見交通量對(duì)橋面鋪裝層的影響較大。

表6 國(guó)際平整度指數(shù)IRI

圖3 路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI

2.3 路面車轍深度指數(shù)RDI

車轍是在高溫條件下車輛荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生的，它反映了路面的高溫穩(wěn)定性。重慶屬于高溫多雨地區(qū)，年極端最高氣溫超過42 ℃，這對(duì)路面提出了更高的要求。路面車轍深度指數(shù)RDI用于評(píng)價(jià)路面車轍破損狀況，它是通過車轍深度進(jìn)行換算確定。所調(diào)研橋梁的路面車轍深度見表7，路面車轍深度指數(shù)RDI見圖4。

表7 路面車轍深度RD

圖4 路面車轍深度指數(shù)RDI

從表7可知，所調(diào)研橋梁路面車轍深度RD范圍為0.68 mm～2.22 mm，不同車道的車轍深度并無明顯規(guī)律，主要因?yàn)樗ㄐ熊囕v中的重載交通較低，同時(shí)總體數(shù)值較小，偶然因素或局部病害導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定的偏差。由圖4可知，按照規(guī)范JTG 5210—2018《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[14]換算得到的路面車轍深度指數(shù)RDI均大于90，評(píng)定結(jié)果為“優(yōu)”。所調(diào)研橋梁至少經(jīng)過3年以上運(yùn)營(yíng)使用，其中A橋已通車運(yùn)營(yíng)15年，橋面鋪裝均未出現(xiàn)明顯的車轍病害，可見澆注式瀝青混合料+改性瀝青SMA10鋪裝體系對(duì)于高溫、大交通量(非重載)條件下鋼橋面鋪裝工程，無高溫病害的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 路面構(gòu)造深度MPD

路面磨耗指數(shù)PWI用于評(píng)價(jià)路面的抗滑性能，是根據(jù)路面構(gòu)造深度MPD計(jì)算確定。所調(diào)研橋梁的路面構(gòu)造深度MPD見表8，路面磨耗指數(shù)PWI見圖5。

表8 路面構(gòu)造深度MPD

圖5 路面磨耗指數(shù)PWI

從表8可知，橋面鋪裝的路面構(gòu)造深度為0.6 mm～1.1 mm，其中重慶C橋由于采用了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，封閉了路面較多的微空隙，使得整體構(gòu)造深度MPD較低，相對(duì)于其余橋梁衰減幅度較大。由圖5可知，路面磨耗指數(shù)PWI高于80的占比70%以上，高于90的僅是部分車道，其中C橋由于構(gòu)造深度較低，其路面磨耗指數(shù)均低于80。鋼橋面鋪裝具有較高構(gòu)造深度的情況下，磨耗指數(shù)PWI卻比較低，較高的構(gòu)造深度源于磨耗層采用的SMA級(jí)配及玄武巖粗集料，也正因此，初始構(gòu)造深度較高，通常均超過1.1 mm，相比之下，運(yùn)營(yíng)后輪跡帶抗滑性降低幅度較大。

3 結(jié)束語

1) 對(duì)重慶地區(qū)8座采用澆注式瀝青混合料鋪裝體系的大跨徑鋼橋面進(jìn)行檢測(cè)分析，90%以上橋梁的路面損壞狀況指數(shù)評(píng)定結(jié)果均為“優(yōu)”或“良”；路面行駛質(zhì)量指數(shù)評(píng)定結(jié)果均為“優(yōu)”或“良”，其中“優(yōu)”者占80%以上；說明所調(diào)查的鋼橋面瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)通車運(yùn)營(yíng)5～15年后，總體使用狀況仍良好。

2) 重慶地區(qū)高溫多雨，除部分車道外，其余車道的車轍深度均在2 mm以內(nèi)，路面車轍深度指數(shù)RDI均大于95，評(píng)定結(jié)果均為“優(yōu)”，表明在類似交通荷載使用條件下，澆注式瀝青混合料+高彈瀝青SMA鋪裝體系基本不存在鋼橋面高溫破壞的問題。

3) 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除C橋及部分車道外，其他80%以上的車道構(gòu)造深度高于0.8 m，表明該鋪裝體系抗滑性能較好，但路面磨耗指數(shù)PWI相對(duì)較低，其抗滑性能衰減較快。

4) 對(duì)通車5～15年的鋼橋面鋪裝調(diào)查分析可知，該鋪裝體系具有良好的使用質(zhì)量及質(zhì)量可靠度，可在類似使用條件下廣泛應(yīng)用。同時(shí)，鑒于大跨徑鋼橋面通行抗滑重要性，建議服役一定年限后，宜及時(shí)選擇合適的材料進(jìn)行鋼橋面鋪裝預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。