重庆地区钢桥面浇注式沥青铺装体系使用状况调查分析

王 民， 王明明， 王 滔， 郑睿涵， 彭祝涛

(1.重庆市智翔铺道技术工程有限公司， 重庆 401336； 2.重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 400074)

重庆地处长江及嘉陵江交汇流域，已修建了多座大跨径桥梁，且多采用了正交异性钢桥面体系。随着桥梁建造技术进步，桥面铺装技术也随之提升。我国已形成3种典型铺装体系：双层改性沥青SMA铺装体系、浇注式沥青混合料铺装体系、环氧沥青混合料铺装体系[1-3]。在重庆跨长江、嘉陵江的10余座钢桥梁中，除重庆鱼嘴两江大桥外，其余均采用浇注式沥青混合料+改性沥青SMA铺装体系，运营使用寿命最长的已超过10年。

针对钢桥面铺装的使用技术状况及检测方法，国内外学者也做了大量研究。钱振东等[4]提出了钢桥面沥青铺装的性能评价指标，建立了钢桥面沥青铺装的性能发展预测模型，形成了钢桥面沥青铺装的病害养护决策技术；黄海涛[5]通过对适合钢桥面铺装层的评价指标体系进行研究，建立了钢桥面铺装层使用性能的评价模型；吴刚[6]结合2座大跨度桥梁，对大跨径桥梁钢桥面铺装现状及其发展进行了阐述；吴钊等[7]通过多功能检测车、激光断面仪、摩擦系数检测车以及探地雷达，对南京四桥复合浇注式沥青铺装的性能进行了跟踪检测，研究表明经过3年的使用，复合浇注式沥青铺装的性能依然保持良好；李金娇等[8]通过现代化检测设备，对南京四桥铺装层使用性能进行检测分析，结合层次分析法构建了使用性能评价模型，优化了复合浇注式沥青钢桥面铺装层使用性能评价等级；赵阳等[9]通过对安徽省境内各大典型钢桥铺装层历年的检测数据及养护历史进行数理统计回归及专家评分，提出了适合于安徽省钢桥面沥青铺装体系的4个单项评价指标，建立了铺装层使用性能指数这一综合评价指标；王民等[10]用层次分析法构建了钢桥面铺装方案综合评价指标体系,利用专家评分法确定评价指标权重,后运用模糊理论进行评价指标隶属度函数分析的钢桥面铺装方案模糊综合评价方法；徐新权等[11]对广东省13条高速公路沥青路面的结构类型、养护措施及使用性能进行了调查分析，得到了沥青路面不同结构类型的使用情况；肖克雄等[12]采用CT-616道路智能检测车，通过对重庆某桥桥面铺装技术状况检测分析，得到该桥桥面铺装整体性能良好；章登精[13]分析了大跨径钢桥面铺装病害成因，探讨了各类病害评价方法及指标，提出了设计是应确保有效避免铺装病害的思路和方法。

对于不同地区的浇注式沥青混合料铺装，因其运营期的交通与气候环境条件不同，钢桥面铺装服役过程中性能衰减速率也不同。因此，针对重庆地区大跨径钢桥浇注式沥青混合料铺装体系的使用性能及状况，需进行调研，并结合交通与环境条件进行综合分析，为钢桥面沥青铺装养护与管理提供参考，以提高铺装体系的使用性能，延长其使用寿命。

1 重庆地区钢桥面铺装使用条件分析

选取重庆地区采用浇注式沥青混合料+改性沥青SMA铺装结构的大跨径钢桥工程8项，对其基本情况、结构条件、气候及交通条件等进行调查分析。

1.1 调研桥梁的基本情况

所调研桥梁的基本情况见表1。

从表1可见，选取的8座大跨径钢桥包含悬索桥、斜拉桥、拱桥及梁桥型式，其中4座使用寿命超过10年，桥面铺装均采用高弹改性沥青混合料SMA+浇注式沥青混合料GA的铺装体系，其中防水体系除A桥采用环氧树脂粘结剂外，其余均是甲基丙烯酸甲酯树脂防水体系，总厚度为70 mm～85 mm。

1.2 桥梁结构条件

所调研桥梁与钢桥面铺装相关的主要结构参数见表2。

所调研桥梁包含了钢箱梁与钢桁梁结构，除E桥为2000年通车，2013年翻修外，其余桥梁钢桥面板厚度大部分为16 mm，U肋及横隔板间距与早期桥梁相比也有改进。经计算分析，除E桥外，其余桥梁正交异性钢桥面系基本达到了钢桥面铺装对其刚度的要求。重庆过江通道较多采用公轨合建，考虑结构设计需求，部分桥梁纵梁处于轮迹带范围，受此影响，桥面铺装易出现纵向裂缝。

1.3 环境气候条件

重庆处于我国西南部，具有低纬度、高海拔的地理特点，错综复杂的地形地貌，导致形成了水平分布和垂直分布复杂多样的气候特征。重庆市累年年平均气温为17.46 ℃，累年年极端最高气温为42.24 ℃，年平均降水量为1 124.03 mm。所选取的数座桥梁分别位于重庆的主城及区县，根据桥梁的位置，分为主城区、江津区和永川区3个区域，对其气象资料进行统计调查与分析。各个桥梁所处区域的气候见表3。

根据表3进行分析，可归纳出以下的气候特征：

1) 各个地区的降雨量分布均>1 000 mm，降水量较多，其中主城区降雨量最高，为1 085 mm。总体上，重庆地区降雨量较大，对沥青路面的水损害影响较大，采用浇注式沥青混合料具有显著优势，同时对磨耗层SMA的抗水损害性能提出了更高的要求。

表1 桥梁基本情况

表2 桥梁结构参数

表3 区域温度

2) 历年年平均气温在17.7 ℃～23 ℃，其中永川区的历年年平均气温最低，为17.3 ℃，主城区最高，为19.81 ℃，各区历年年平均气温差别较小。各区历年年极端最高气温在42.1 ℃～44.3 ℃。最高出现在江津区，年极端最高气温为44.3 ℃；最低为永川区，历年年极端最高气温为42.1 ℃。受特殊地理环境影响，重庆地区总体气温较高，加之钢结构导热快及箱梁储热效应，桥面铺装的温度通常会达到70 ℃，且高温持续时间长，这对浇注式沥青混合料铺装的高温承载能力提出更高要求。

1.4 交通条件

通过对大桥交通量的调查统计，结果见表4。

表4 交通量及大中型客货车比例

由表4可知，各桥梁的交通量差距较大，市政桥梁交通量大，主要为小型轿车及公交车辆，大中型客货车比例非常低；公路桥梁交通量小，客货车比例相对较高。

2 钢桥面铺装使用状况分析

为获取重庆地区桥梁沥青路面的使用状况情况，采用道路多功能检测车，见图1，对沥青路面的平整度IRI、车辙深度RD、构造深度MPD等指标进行检测。根据JTG 5210—2018《公路技术状况评定标准》[14]计算得到路面损坏状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI、路面车辙深度指数RDI。此外，通过观察采集的路面照片的方式对路面病害状况进行调查分析。

图1 道路多功能检测车

2.1 路面损坏状况指数PCI

路面损坏状况指数PCI用于评价沥青路面破损状况，它是先根据路面损坏类型及损害程度计算得到路面破损率，后进行换算得到路面状况损坏指数PCI。所调研桥梁的病害类型见表5，路面损坏状况指数PCI见图2。由于A桥下行方向为混凝土主梁，其路面技术状况全文未列。图表中“上行”是指沿里程桩号递增的方向，相反方向则为“下行”，从中分带向外第1、2、3、4车道依次排序编号，全文均同。

从表5可知，所调研桥梁铺装层出现最多的病害是裂缝，部分桥梁局部出现了车辙或泛油，未出现推移、脱层等结构性病害。由图2 可知，所调研桥梁的路面破损率在0.01%～4.8%，按照JTG 5210—2018《公路技术状况评定标准》[14]进行评定，结果均在“中”以上，评定结果在“良”以上的车道占比大于90%，这说明各个桥梁整体情况较好。原因一是所通行交通中涉及重载车辆比例不高，二是铺装下层浇注式沥青混合料具有优良的密水性及施工质量可靠度，加之磨耗层高弹改性沥青SMA的综合路用性能优良，使得该铺装体系的整体性能占优，运营期铺装病害较少。

图2 路面损坏状况指数PCI

2.2 路面行驶质量指数RQI

路面行驶质量指数RQI用于评价路面在行驶过程的舒适性与安全性，它是通过平整度指数换算得到的。所调研桥梁国际平整度指数见表6，路面行驶质量指数RQI见图3。

从表6可知，所调研桥梁在经过3年以上的行车荷载作用以及夏季高温天气的影响下，80%以上车道的国际平整度指数仍满足不大于2.5 m/km的要求。由图3可知，按照规范JTG 5210—2018《公路技术状况评定标准》[14]换算得到的路面行驶质量指数，其均为“优”或“良”，其中80%的评定结果为“优”，表明桥梁铺装整体的行驶质量良好。A桥通车运营超过15年，同时交通量较大，导致其平整度指数最大，路面行驶质量指数评价结果5个车道均为“良”；E桥交通量最大，其交通量是D桥的3倍以上，路面行驶质量指数评价结果为“良”。E桥和D桥通车时间相同，使用环境相似，但两桥的平整度相差较大，可见交通量对桥面铺装层的影响较大。

表6 国际平整度指数IRI

图3 路面行驶质量指数RQI

2.3 路面车辙深度指数RDI

车辙是在高温条件下车辆荷载反复作用下产生的，它反映了路面的高温稳定性。重庆属于高温多雨地区，年极端最高气温超过42 ℃，这对路面提出了更高的要求。路面车辙深度指数RDI用于评价路面车辙破损状况，它是通过车辙深度进行换算确定。所调研桥梁的路面车辙深度见表7，路面车辙深度指数RDI见图4。

表7 路面车辙深度RD

图4 路面车辙深度指数RDI

从表7可知，所调研桥梁路面车辙深度RD范围为0.68 mm～2.22 mm，不同车道的车辙深度并无明显规律，主要因为所通行车辆中的重载交通较低，同时总体数值较小，偶然因素或局部病害导致数据出现一定的偏差。由图4可知，按照规范JTG 5210—2018《公路技术状况评定标准》[14]换算得到的路面车辙深度指数RDI均大于90，评定结果为“优”。所调研桥梁至少经过3年以上运营使用，其中A桥已通车运营15年，桥面铺装均未出现明显的车辙病害，可见浇注式沥青混合料+改性沥青SMA10铺装体系对于高温、大交通量(非重载)条件下钢桥面铺装工程，无高温病害的风险。

2.4 路面构造深度MPD

路面磨耗指数PWI用于评价路面的抗滑性能，是根据路面构造深度MPD计算确定。所调研桥梁的路面构造深度MPD见表8，路面磨耗指数PWI见图5。

表8 路面构造深度MPD

图5 路面磨耗指数PWI

从表8可知，桥面铺装的路面构造深度为0.6 mm～1.1 mm，其中重庆C桥由于采用了预防性养护技术，封闭了路面较多的微空隙，使得整体构造深度MPD较低，相对于其余桥梁衰减幅度较大。由图5可知，路面磨耗指数PWI高于80的占比70%以上，高于90的仅是部分车道，其中C桥由于构造深度较低，其路面磨耗指数均低于80。钢桥面铺装具有较高构造深度的情况下，磨耗指数PWI却比较低，较高的构造深度源于磨耗层采用的SMA级配及玄武岩粗集料，也正因此，初始构造深度较高，通常均超过1.1 mm，相比之下，运营后轮迹带抗滑性降低幅度较大。

3 结束语

1) 对重庆地区8座采用浇注式沥青混合料铺装体系的大跨径钢桥面进行检测分析，90%以上桥梁的路面损坏状况指数评定结果均为“优”或“良”；路面行驶质量指数评定结果均为“优”或“良”，其中“优”者占80%以上；说明所调查的钢桥面沥青铺装结构通车运营5～15年后，总体使用状况仍良好。

2) 重庆地区高温多雨，除部分车道外，其余车道的车辙深度均在2 mm以内，路面车辙深度指数RDI均大于95，评定结果均为“优”，表明在类似交通荷载使用条件下，浇注式沥青混合料+高弹沥青SMA铺装体系基本不存在钢桥面高温破坏的问题。

3) 调查发现，除C桥及部分车道外，其他80%以上的车道构造深度高于0.8 m，表明该铺装体系抗滑性能较好，但路面磨耗指数PWI相对较低，其抗滑性能衰减较快。

4) 对通车5～15年的钢桥面铺装调查分析可知，该铺装体系具有良好的使用质量及质量可靠度，可在类似使用条件下广泛应用。同时，鉴于大跨径钢桥面通行抗滑重要性，建议服役一定年限后，宜及时选择合适的材料进行钢桥面铺装预防性养护。