鄂东大桥关于钢桥面养护的一些新尝试

钢桥面铺装是铺设在钢桥面板上，保护钢板并提供车辆顺畅行驶要求的结构。因其不同于一般的道路路面铺装——

⑴夏季温度更高，可达到70℃,铺装层易产生车辙病害。

⑵冬季温度更低，易产生低温开裂。

⑶行车荷载作用下正交异性钢桥面承受负弯矩作用，易产生疲劳开裂。

⑷钢板表面光滑，与铺装结构之间易发生剪切推移破坏。

⑸钢板表面易受水害和腐蚀。

⑹钢桥面铺装的破坏不仅会影响桥面的正常通行，也会引起钢桥面板的锈蚀，造成桥梁使用寿命的下降。钢桥面铺装是历年来桥梁建设与维护的重点和难点。

年鄂东大桥建成通车以来，随着交通量逐年增长，超载车辆增多，钢桥面环氧铺装层陆续出现裂纹、脱空、坑槽等病害。为寻求安全、便捷、经济、有效的病害修复方案，延长钢桥面使用寿命，鄂东大桥公司采用了不同材料、不同工艺的养护方案进行病害修复和预防性养护，经过多年的探索和实践，取得了一些经验和数据，可作为同类型钢桥面养护的参考。

桥梁概况

鄂东大桥是国家高速公路网沪渝高速G50、大广高速G45、福银高速G70在湖北东部跨越长江的共用过江通道。桥址位于长江水道中游黄石市与鄂州市交界区域，北岸为黄冈市浠水县的散花洲，南岸为黄石市的黄石港。工程于年11月20日开工，年9月28日建成通车。

鄂东大桥主桥为（67.5＋67.5＋67.5＋72.5）＋＋（72.5＋67.5＋67.5＋67.5）m的双塔双索面混合梁斜拉桥，全长m，中跨采用钢箱梁，边跨为混凝土箱梁。钢箱梁采用分离式双箱断面，梁高3.8m，全宽38m，桥面板设2%双向横坡。钢箱梁顶板采用正交异性板，顶板厚度16～25mm，顶板U肋厚8mm，标准间距为mm。横隔板间距为3m。

钢箱梁桥面铺装车行道采用下层2.5cm+上层3.0cm双层环氧沥青铺装结构，见图1。环氧沥青铺装总面积m2。

图1钢箱梁结构断面

钢箱梁桥面铺装建设期采用了美国ChemCo公司的环氧沥青产品，混合料油石比6.2%。摊铺采用德国产ABG摊铺机，运用非接触式声呐找平仪进行厚度控制。

环氧沥青摊铺时采用如下分幅施工，于年5月22日开工，至年7月25日完工。

大桥运营环境分析

气候条件分析

鄂东大桥地处长江中游，所在地区属中纬度地带，属北亚热带湿润气候，具有夏季高温多雨，冬季寒冷，雨热同期的典型特征。年平均气温17℃，历史极端最高气温40.3℃，极端最低气温-11℃。年平均降雨日天左右，6～7月常有一段梅雨，年平均降水量高达mm。

交通荷载分析

根据年9月鄂东大桥通车以来的交通量统计数据，编制日均交通量表1，表中显示历年来交通量呈现稳步增长趋势，货车比有所降低，目前维持在30%以内。单车道重车交通量近年来维持在0辆/日以上，为“重交通”等级。

图2为历年日均交通量走势曲线，显示除个别年份交通量有所下降外，近年来鄂东大桥日均交通量呈明显上升趋势。

图2历年日均交通量

图3的累计交通量呈抛物线线形，累计增加万辆交通量的时间越来越短，表明后期的交通量增长呈加快趋势，这对于钢桥面环氧沥青的服役性能提出了更加严峻的挑战。

图3累计交通量

鄂东大桥钢桥面铺装设计使用年限15年，设计交通量（累计标准轴载BZZ-）为万次/车道。根据历年来各类车型交通量数据，换算为标准车轴作用累计次数。经计算，单车道（行车道、重车道）的累计轴载次数为万次，其已达到设计万次的70%。按目前的交通量增长趋势，预计年达到设计交通量累计标准轴载次数，较原设计提早4年。

钢桥面病害情况

病害分布及发展

鄂东大桥通车后，交通量逐年增长，超载车辆增多。从年6月开始，钢桥面重车道轮迹带附近及纵向施工缝处开始出现少量裂纹。随着交通量不断上升，铺装层陆续出现新病害，主要为裂纹、鼓包、坑槽等。

图4病害类型

通车6年后，重车道轮迹带出现2-3mm因表层磨耗形成的“车辙”，路面抗滑性能降低。随着运营年限延长，交通量不断增长，车辆轴载作用次数累积，铺装层疲劳损坏有加剧趋势。

图5通车以来病害发展情况

通过网格化精确记录历年来病害发生的部位，可以直观显示钢桥面病害位置的分布情况。图6显示了历年来钢桥面病害主要集中的位置——左、右幅纵向施工缝处，重车道和行车道轮迹带附近，纵腹板位置附近。

图6历年来钢桥面病害平面位置分布

桥面病害成因分析

(1)荷载反复作用，钢桥面中纵腹板顶部及U肋负弯矩区、铺装层纵向接缝薄弱处，铺装层环氧沥青混凝土产生疲劳开裂。

(2)环氧富锌底漆粉化使钢板与铺装层之间的粘结层失效。

(3)摊铺时分幅进行，全幅双层设八条纵向施工缝，分幅之间采用冷接缝并用环氧沥青粘结剂进行粘结。由于温度荷载的反复作用，铺装层所受拉应力在其最薄弱的纵向接缝处释放，产生裂缝，受雨水侵蚀后使病害进一步扩大。

(4)桥区温差大，雨水丰富，毛细孔和微裂纹无法及时封闭，雨水浸入后，加速了病害的发展。

钢桥面病害修复工艺与实践

早期病害处治

根据钢桥面铺装早期裂缝、鼓包病害形态，主要实践了以下三种处治措施。

(1)对未贯穿至钢板、仅发生铺装表层的裂纹，主要包括轮迹带表面疲劳裂纹，暴晒干燥后，用高渗透树脂采取人工涂刷直接封缝。

图7直接灌缝

(2)对稍宽裂缝以及槽修补后周边裂缝等先开V形槽口，清理干净后，可采用注射器或者人工涂刷的形式，将高渗透树脂灌入裂缝内部，必要时循环多次滴灌，保证树脂饱满封闭裂缝。

图8开槽灌缝

(3)鼓包病害初期尚未导致表面开裂时，采取钻孔、放气、直接注浆的措施进行处治。如鼓包已造成环形裂缝，须用干燥热空气彻底清理鼓包里的水分后，注入高流动性、高渗透性树脂材料进行处理。

图9鼓包处理

通过采取以上措施,较好地控制了早期病害的发展速度。

坑槽病害处治

根据坑槽病害的形态，先后实践了5种方案。

1.美国环氧冷料冷补

适用范围：一般坑槽（较宽和网状裂缝也采用挖补方式处理）修补。

施工方法：标记刻画→切割、凿除→打磨洁净钢板→涂抹环氧树脂粘结料→回填冷补混合料→碾压密实→固化后开放交通。

主要材料：采用美国进口凯米克材料（天津）有限公司销售的环氧树脂A、B组分和钢桥面专用玄武岩，并按环氧沥青混合料的级配进行格挡材料的掺配。

效果评价：施工快捷，可1天内完成。修补好的坑槽周边易产生开裂现象，经济性较差。

2.美国环氧（温拌）热料热补

适用范围：较大面积的坑槽集中修补。

施工方法：除采用的材料、混合料需加热温拌，固化养生时间（需养生20天以上）较长外，施工修补工艺与冷补类似。

主要材料：采用与建设期一致的美国环氧沥青，适当提高油石比到8%～9%。

效果分析：修复效果良好，但因其固化反应时间长，一般用于高温季节重车道坑槽的集中修补。经济性相对冷补稍好。

3.国产环氧冷料冷补

适用范围：一般坑槽、脱空等病害。

施工方法：与美国环氧冷料冷补工艺一致。

主要材料：采用江苏产专用钢桥面环氧树脂A、B组分和钢桥面专用玄武岩，并按环氧沥青混合料的级配进行格挡材料的掺配。

效果分析：施工快捷，修补好的坑槽周边易产生开裂现象，经济性一般。

4.浇筑式沥青混凝土

适用范围：相对较大面积的坑槽集中修补。

施工方法：标记刻画→切割、凿除→打磨洁净钢板→涂抹环氧树脂粘结料→生产、铺装下层GA→撒布预拌碎石→生产、铺装上层GA→撒布预拌碎石→贴封条→冷却后开放交通。

主要材料：聚合物改性沥青PMB、矿粉、玄武岩碎石，并按浇筑式沥青混合料的级配进行格挡材料的掺配。

效果分析：可快速修补后开放交通，总体效果良好。混合料现场热拌对设备和时间要求高，每次修补的面积适当时有利于提高修补工效。因预拌碎石粒径偏大，表面略显粗糙，外观与原铺装反差较大。

5.ERE方案修补坑槽

适用范围：一般坑槽修补。

施工方法：标记刻画→切割、凿除→抛丸除锈→刮涂树脂沥青胶结料→撒布碎石→铺筑底层RA→表面抛丸→涂布胶结料→撒布碎石→固化后开放交通。

主要材料：树脂沥青RA混合料A、B组份，0～10mm优质火成岩集料，油石比7%～11%。

效果分析：总体效果良好，施工期稍长（2～3天），经济性较好。

图10冷料冷补——（1）钢板打磨除锈（2）防水粘结层（3）混合料摊铺（4）碾压

预防性养护

为及时有效封闭钢桥面铺装微细裂缝，提高防水和抗滑性能，改善铺装的外观质量，弥补铺装层的正常磨耗损失，从而有效延长铺装的使用寿命，采用复合增强型树脂薄层罩面和超固封层两种预防性养护方案进行了实践。

图11ERE修补现场

复合增强型树脂薄层罩面

复合增强型树脂薄层罩面总厚度为3～5mm，主要由下层渗透性树脂封闭层和上层耐候性树脂抗滑磨耗层组成。

施工方法：抛丸→刮涂渗透性环氧树脂→撒布石英砂→刮涂耐候性树脂→撒布2.36～4.75mm玄武岩碎石→固化一天后开放交通。

应用效果：应用24个月后，摩擦系数仍能保证在70以上，采取预防性养护的区域，外观质量得到改善，坑槽病害明显少于对应的未处理区域，总体效果良好，相对成本较高。

图12刮涂耐候性树脂

超固封层罩面

超固封层总厚度为2mm左右，由一层环氧树脂粘结剂及一层单粒径碎石组成。

施工方法：抛丸→喷涂环氧粘结剂→撒布单粒径碎石→清扫多余碎石→固化半天后开放交通。

应用效果：超固封层罩面施工完毕后不仅将桥面摩擦系数提高到80以上，还有效地提高了原有桥面的外观质量。经6个月的实践检验，其摩擦系数衰减较小，总体使用效果良好。因其结构层厚度较复合增强型树脂薄层罩面小，具有一定的经济性优势，其后期应用效果尚待时间来检验。

图13施工完成后

实践结论

环氧沥青钢桥面铺装病害往往从裂纹开始，如何尽可能加强其本身的抗裂性能，是建设期需审慎考虑的重要问题。运营期要加强日常巡查，及时发现初期裂纹，尽早封灌，防止雨水侵蚀使病害扩大。

(1)铺装层对于坑槽病害的处理，可采用温拌或冷拌环氧沥青混凝土进行填补。温拌环氧与原铺装结构层材料性能相当，修补效果相对较好，但其固化周期较长，对交通影响大，适宜于较大面积坑槽的集中修补。冷拌环氧沥青混凝土拌和生产简单，施工操作方便，养护周期短，适合快速修补，但由于其材料特性（强度、弹性模量、热线性收缩比等）与原铺装层有较大差别，如何预防修补好的坑槽周边开裂，尚需认真研究。

(2)采用浇筑式GA10、ERE树脂沥青混凝土进行钢桥面环氧沥青坑槽修补较为快捷、经济，使用效果也较好。如对现有工艺加以改进，进一步提升外观质量、行车舒适性和施工工效，其不失为一种较好的选择。

(3)适时采取复合增强型树脂薄层罩面或超固封层进行预防性养护，可封闭铺装层微细裂纹，增强铺装结构防水性能，补偿钢桥面表层磨耗，有效提高钢桥面抗滑性能，延长桥面铺装层的使用寿命，降低其全寿命周期养护成本，是一种科学的养护策略。

本文刊载/《大桥养护与运营》杂志年第1期总第5期

作者/宋建军王勇

作者单位/湖北鄂东长江公路大桥有限公司

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