浅析国内著名特大桥钢桥面铺装病害及成因

摘要：特大桥钢桥面铺装路面的使用条件和使用要求都远超过普通道路。本文介绍了国内钢桥面铺装的进展，分析了国内著名钢结构桥梁钢桥面铺装结构及病害形式与特点，总结了钢桥面出现病害的主要原因，并对今后钢桥面铺装的设计、施工提出了参考意见。

关键词：特大桥  钢桥面铺装  病害  成因

Research on the Deteriorations and Causes of celebrated Super-Sized Bridge on Steel Deck Pavement in Domestic

ZHU Dan¹  ZHENG Xiao-qiang²

(1.China Railway 11th Bureau Group Co.Ltd,the fifth project,Chongqing 400037,China;

2.Shichuan Longguang Lugui Highway Co.Ltd.,Luzhou 646600,China)

Abstract: The conditions and requirements of the application about Super-sized bridge on steel deck pavement are far more stringent than these of ordinary road pavements. In this paper,made a few introductory remarks with regard to headway of steel deck pavement, analyzed the modality and specialty of deteriorations, together with framework of celebrated super-sized bridge on steel deck pavement in domestic. It summarized the main clauses which led to steel deck pavement deteriorations. Moreover,some reference advices was given for design and construction in future on it.

Key  Words: super-sized bridge；steel deck pavement；deterioration；cause

1   国内钢桥面铺装发展概况

随着我国改革开放的持续深入，国民生活水平稳步提高，全国所有大中型城市的汽车保有量仍在逐年增加。南方诸多城市的城市桥梁，均成为城市堵车的瓶颈，为了在短时间内迅速解决交通日益拥堵的现状，钢桥已经被越来越多的城市桥梁所采用。受国内特殊使用条件如高温、重载、大交通量等的影响，我国钢桥面铺装技术尚存在一些技术难题，没能很好的适应桥面使用的具体要求，很多桥面铺装较早的出现了病害，这些病害给桥梁结构使用耐久性和车辆行驶畅通性、安全性埋下了隐患。

我国钢桥面铺装开始于广东虎门大桥，由于当时我国对SMA本身认识不足，对桥面铺装的温度、荷载使用条件把握不充分，虎门大桥正式通车不到三个月，钢桥面铺装局部段落即出现了推移和车辙，随后进行了局部维修，后来又陆续出现了车辙、鼓包、脱层、坑洞等破坏现象，期间进行了多次修补。此后，在重庆鹅公岩长江大桥、武汉军山大桥、宜昌公路长江大桥钢桥面铺装技术研究过程中，对SMA结构在钢桥面铺装中应用的关键技术及施工成套技术进行了探讨和完善。在参照国外有关钢桥面铺装材料和混合料技术规范的基础上，结合我国气候和交通荷载特点，较大程度地提高了材料性能和部分技术指标，并在重庆鹅公岩长江大桥、武汉军山大桥、上海卢浦大桥、广东虎门大桥（维修工程）等钢桥面铺装工程中应用，获得良好的使用效果。

2   目前国内著名钢桥桥面铺装结构及病害情况

调查表明，国内桥梁著名钢桥桥面铺装结构及病害情况有较大的差异，详见下表：

3   钢桥面铺装特点

钢桥面板由于柔度较大，在行车荷载、风载、温度变化等因素的作用下，铺装层的受力和变形十分复杂，决定了钢桥面铺装具有独特的特点：

（1）桥面铺装处于变形大而复杂的钢板之上，正交异性钢桥面板本身的变形、位移、振动等都直接影响铺装层的工作状态；

（2）除铺装层自身温度变化外，钢桥结构每日和季节性温度变化都严重影响铺装层的变形；

（3）大跨径钢桥一般都建在大江、大河或横跨海峡之上，强风、台风频繁，各种因素产生的振动强烈；

（4）由于加劲肋的加劲支撑作用，在车辆荷载作用下，加劲肋、横肋(或横隔板)、纵隔板顶部的铺装层表面会出现负弯矩，铺装层最大拉应力或应变出现在这些位置铺装层表面，而对于一般的沥青混凝土路面，沥青混凝土面层的最大拉应力或应变均出现在面层底面；

（5）大跨径钢桥一般都是重要交通网络的枢纽，它的畅通直接影响到整个路网交通的正常运行。桥面铺装一旦发生破坏，对交通的影响要比公路路面损坏的影响和危害大得多，维修也更加困难。

（6）钢桥的最大弱点之一就是遇水会生锈，而我国大跨径钢桥多建造于南方的大江大河之上，不但多雨，空气湿度也很大。因此，钢桥面沥青混合料铺装的一个重要特点是要求致密性好，不能让海水、雨水腐蚀钢桥面板。

4    钢桥面铺装主要病害形式及特点

通过对国内多座有著名桥梁的钢桥面铺装使用情况进行总结，我国钢桥面铺装病害大致以下几种类型。

（1）裂缝（纵向裂缝、横向裂缝、网裂等）破坏

裂缝是目前钢桥面铺装中典型病害之一，也是最为普遍、出现频率最高的病害，它是桥面铺装结构层承受过大拉应变而引起的破坏类型。沥青混凝土铺装层开裂破坏主要与钢桥面板的局部变形有关。在车载作用下，由于加劲肋的加强作用，桥面板局部形成应力集中，而在铺装层上表现为沿加劲肋、横隔板处的网状裂纹。部分裂缝是由于鼓包、施工与养护接缝处治不当引起的。

（2）鼓包破坏

鼓包是桥面铺装出现的一种特有破坏类型，在环氧沥青混凝土铺装中出现的频率特别高。由于环氧沥青混合料最高拌合温度只有121℃，因此混合料铺筑到钢桥面板后料温一般在100℃以下，桥面板与铺装层之间油污、水分等不能很快挥发完全，部分被封闭在致密的环氧沥青混合料内，在长期的高温汽化下，内部的气体无法排除，体积不断膨胀，使沥青混凝土表面局部隆起而产生破坏。

（3）坑槽等其它破坏

坑槽破坏在常用的三种铺装结构中均有出现，并且出现的形式较多，出现的部位也无规律，受影响的因素也比较多，如混合料离析、空隙率偏大，维修处治不当等等，都会引起坑槽破坏。

（4）脱层、推移破坏

脱层、推移破坏是行车荷载引起的垂直力和水平力的综合作用在桥面铺装层产生剪应力引起的。当这种剪应力超过沥青混合料材料自身的抗剪强度、或层间粘结强度不足时，铺装层就会出现波状起伏及拥包而导致铺装层破坏。目前，脱层、推移的出现，更多的是由于水的渗入导致层间粘结材料的强度大幅度衰减、甚至失效，使得沥青铺装层与支撑体系之间失去了整体性。

（5）车辙破坏

桥面铺装在我国这种特殊的使用条件下，对于普通沥青混凝土铺装，车辙是一个主要的、毁灭性的破坏形式。早期在刚度小、使用温度高、重载车辆多的桥梁上反复出现。它是高温季节沥青路面在汽车荷载反复作用下产生竖直方向永久变形的积累，特别是在高温、重载条件下，高温车辙是桥面铺装层设计的重要控制指标。

5   钢桥面铺装病害成因分析

通过对我国钢箱梁桥桥面铺装病害形式进行分析，将引起桥面铺装病害的主要原因按由主及次的顺序总结如下：

（1）钢桥面板刚性不足

钢桥面板刚度不足，很多桥面板只有12mm，在重交通的作用下，桥面板产生了较大的变形，桥面铺装层跟随钢桥面产生这种大幅度的反复弯曲变形，使得混凝土性能疲劳、衰退，当反复弯曲变形逐渐超出了沥青混凝土所能容许的竖向变形范围时，沿U形肋部位，产生了纵向开裂。近年来设计者已经认识到这个问题，桥面板的厚度逐渐增加到14mm、16mm，从桥梁结构方面降低了对桥面铺装的技术要求。

（2）重交通荷载

目前很多桥面一开通就超负荷运转。在一些桥面铺装破坏严重的案例中， 50％的运输车在超载运营现象普遍，部分重载车的实际载重超出了额定荷载100％，接地轮胎压力超过1.0Mpa的车辆频频出现。在高温季节，少量这种超载车辆，就足以使沥青混凝土产生推移和车辙破坏，而在低温季节，少量这种超载车辆足以导致沥青混凝土开裂。

（3）施工工艺控制不到位

受我国原材料生产水平、施工机械与施工管理水平的影响，即使同样的结构与材料，国内的施工队伍所形成的产品也无法与国外工程相媲美。很多技术从国外引进后，短时间内很难在国内得以成功应用。这除了该方案自身不适应国内气候交通情况外，还与原材料变异大，工程质量控制不到位等诸多因素有关。很多类似使用条件，不同施工单位建设的桥梁，使用多年后，表现出截然不同的使用效果。

（4）气候条件恶劣

大跨径桥梁大部分都处于长江中下游、沿海地区，主要在重庆、武汉、南京、上海、广州等城市，这些地区夏季气温高，炎热天气持续时间长，桥面沥青混凝土铺装层温度经常会超过70℃，长时间处于60℃左右，在重交通荷载的作用下，很容易产生各种病害而被破坏。

（5）桥面铺装防水粘结结构体系重要性认识不足

在桥面铺装设计中，对于桥面防水结构体系，仅仅依靠单一的防水粘结层来达到防水、隔水的目的远远不够。桥面铺装防水效果欠佳，一方面，水的渗入将影响到层间粘结效果及铺装结构的整体稳定性，加速桥面铺装结构性破坏；另一方面，水的渗入会侵蚀钢桥面板。在处于酸雨或海洋性气候环境中时，水对钢结构的锈蚀是相当严重的，将直接影响桥梁结构的安全性。

（6）桥面维修处治不到位

钢桥面铺装病害发展速度一般都比较快，受交通通行压力和维修技术限制，加之对铺装结构和桥梁结构的影响认识不足，维修时机滞后、处治不到位，导致一些小的功能性病害发展为大面积的结构性破坏。同时，对桥面铺装的管理养护仍停留在被动处治，缺乏主动介入，没有及时的预防或防治早期的病害出现，减缓桥面铺装性能衰变的速率。

（7）其它因素

工期紧迫也是影响施工质量的一个主要因素，钢桥面铺装工程属于特殊铺装，桥面铺装施工的各工序都有严格的气候条件和质量要求。受工期的限制，很多工序在环境条件不允许的情况下进行，或者在某一工序未得到认可的情况下，开始进行下一道工序，为桥面的正常使用埋下了质量隐患。

参考文献：

[1] 大跨径钢桥面铺装体系力学分析与优化设计[D],东南大学,2005年.

[2] 车辆荷载下钢箱梁沥青混凝土铺装受力分析[J],东南大学学报(自然科学版),2001年06期.

[3] 大跨径钢箱梁桥面铺装沥青混合料设计方法的思考[J],公路,2004年08期.

[4] 正交异性钢桥面铺装结构理论研究进展[J],中外公路,2006年04期.

[5] 沥青混凝土钢桥面铺装方案受力分析[J],中国公路学报,2005年02期.