钢桥面铺装病害成因分析及修复方法

陆明龙 汤蒙

摘 要：钢桥优点突出，在我国的桥梁中所占比重不断提高。钢桥面铺装的受力和变形比一般公路桥梁路面铺装复杂，使用早期容易出现病害。针对钢桥面铺装病害问题，总结了国内外常用的钢桥面铺装材料，分析了钢桥面铺装的常见病害及成因，并提出病害修复方法，为桥梁工作者提供参考。

关键词：钢桥面铺装；病害；成因；修复方法

0 引言

上世纪80年代以来，我国桥梁建设迅猛发展，钢桥由于自重轻的优点，成为大跨径桥梁的首选。大跨径钢桥地处咽喉要道，交通量大，是重要的交通枢纽，然而其服役环境比一般的公路桥梁苛刻。钢桥面铺装是桥梁建设中棘手的难题，在桥梁运营早期会出现车辙、开裂、推移、粘结层脱落等病害。如果这些病害得不到及时的修复处理，将会影响到行车的舒适性和安全性，从而影响到路面的整体使用功能。目前，我国大部分已建成的钢桥使用功能不佳，除了少数采用新技术修的钢桥以外，其他钢桥面铺装都在不同程度上出现较多病害。因此，进行钢桥面铺装研究，深入了解钢桥面铺装病害及其成因，根据实际情况有针对性地采取相应方法修复铺装层，为以后的钢桥建设提供理论依据，具有积极且深远的现实意义。

1国内外研究现状

1.1国外研究现状

国外开展大规模桥梁建设已有较长的历史，在钢桥面铺装方面的研究也较早。国外发达国家依据理论和经验对钢桥面板铺装进行设计，建成较多钢桥，桥面铺装使用情况良好。钢桥面铺装受自然环境和可变荷载作用影响大，受力和变形难以计算和预测，机理复杂。目前，国外主要研究铺装材料，通过改善材料来改善钢桥铺装层的使用功能，但钢桥面铺装层受自然环境影响较大，改善后的材料并不一定能适合特殊环境下的桥梁，研究的成果具有局限性。截止到现在，国外仍没有系统的理论体系和设计方法。但专家学者们，已经从着重研究铺装层材料逐渐转移到关注铺装复合结构体系的力学影响问题上，开始探索铺装层病害的修复规律。

1.2 国内研究现状

国内钢桥的建设起步较晚，桥面铺装技术尚未成熟，研究水平还处于初期阶段。据调查研究分析，我国已建成的钢桥多数出现不同程度的损伤和病害，其中钢桥面铺装局部病害出现较早，维修成本高，效果不理想。我国在钢桥面铺装病害的修复中，缺乏高性能的材料和先进的技术设备，修复效果往往不如人意，修复后不久便出现二次病害。近年来，我国专家学者开展了很多关于钢桥面铺装的研究。在钢桥面铺装设计理论和方法、疲劳寿命、破坏趋势、破坏原因等方面的研究取得较好成果。

2 常用钢桥面铺装材料

由于钢桥面铺装结构受力复杂，受环境和交通荷载影响大，决定了钢桥面铺装材料与普通的路面铺装材料必然有所不同。德国对钢桥面铺装研究较早，并发明了相应的铺装材料。随后，欧美、日本等国家在材料上进行很多研究并付诸实践和应用。目前世界上常用的钢桥面铺装材料，主要有以下三种：

（1）改性SMA混合料（Stone Mastic Asphalt）。SMA是德国研发的一种铺装材料，最初SAM只用在普通公路桥梁的铺装，但由于其铺装在正交异性板上孔隙较大，不能与正交异性板形成良好的粘结，故普通的SMA经过改善后形成改性SMA混合料。改善SMA混合料具有良好的韧性、耐久性、抗松散性以及防水性。我国广东虎门大桥、上海芦浦大桥等桥采用了该材料作为铺装材料。

（2）浇注式沥青混凝土（Guss Asphalt Concrete）。浇注式混凝土是德国研发出来的，在日本得到大规模使用。采用浇筑式混凝土的铺装层具有良好的变形追从性，能与正交异性板紧密粘结在一起协调变形。而且其表面孔隙率很小，具有良好的防水性、耐久性， 抗风化老化能力强，施工操作简便。但在高温的环境作用下，稳定性变差，很容易出现严重的病害。

（3）环氧沥青混凝土（Epoxy Asphalt Concrete）。环氧沥青混凝土源于美国，且在美国得到广泛应用，具有许多良好的使用性能，是一种较为理想的钢桥面铺装材料。但由于其制造工艺复杂，成型受温度、湿度、时间影响较大，施工条件不易控制，成本高等缺点，质量不能得到有效的控制。

3钢桥面铺装常见病害成因分析

我国对钢桥面铺装的技术研究较晚，经验不足，缺乏成熟的技术指导，已建成的钢桥中较多出现铺装层病害。针对我国常见的钢桥面铺装病害，进行病害成因分析，为改良铺装层性能和病害修复提供行之有效的参考经验。

我国的钢桥面铺装在长时间恶劣的环境以及往复的交通荷载作用下，会出现车辙、开裂、推移、坑槽等较明显的典型病害。

3.1 车辙病害成因分析

在高温的环境作用下，铺装层散热性能不好，热量积累在铺装层使其温度比外界环境高很多。在高温的环境以及重载超载的作用下，铺装层沥青混凝土因配合比设计以及沥青性能的影响，粘结层强度不够，抗变形能力不足，从而出现车辙病害。

3.2 开裂病害成因分析。

在车辆作用下，由于加劲肋的支撑作用，在荷载作用区域相邻的纵向加劲肋顶部钢桥面铺装表面会受到最大横向拉应力，横隔板顶部铺装表面也会受到最大纵向拉应力。当应力超过铺装层的抗拉强度时，就会引起钢桥面铺装表面开裂。铺装层的抗疲劳性能和抗开裂性能不足，在循环荷载的作用下，会出现疲劳开裂。另外，由于钢板与铺装层的温度线膨胀系数不接近，在温度变化时，变形不一致，也会导致铺装层出现开裂病害。

3.3 推移病害成因分析

推移病害主要与钢桥面铺装的高温稳定性不好、抗剪能力不足、粘结性不良等因素有关。在高温的环境下，铺装层与钢板粘结不牢靠，在车辆加速和制动的区域，会出现局部推移病害。

3.4 坑槽病害成因分析

铺装层由于存在较大孔隙，抗松散性不好，在车辆荷载作用下，孔隙区域混合料剥落，造成铺装层出现坑槽。另外，受到汽车或外界重物冲击作用的区域也会出现坑槽。

4 钢桥面铺装病害修复方法

钢桥面铺装出现病害时，如果不及时修复，将会加速病害的发展。因此，应用高性能的修复材料和采用有效的修复方法消除病害对桥梁的安全使用十分重要。针对我国钢桥面铺装常出现的三种病害：车辙、开裂、推移，提出相应的修复方法。

4.1 车辙病害修复方法

车辙主要是由于铺装材料在高温环境下稳定性不良，抗变形能力减弱。在高温和重载交通作用下，铺装层变形大而形成车辙。因此，对于车辙病害的修复，应当在设计时采用高温稳定性好的铺装材料，施工时调整沥青混凝土级配，运营时控制超载车辆。

4.2开裂病害修复方法

开裂修复设计时可以采用抗裂能力强的混合料，提高正交异性板的刚度。对于小裂缝，可以采用灌浆法处理。将局部裂缝清除干净后，灌注入EP308环氧沥青修复材料，完全填充裂缝表面。EP308具有良好的修复性能，是一种新型的修复材料，修复对交通少干扰，能达到快速修复的效果。

4.3 推移病害修复方法

推移的原因是铺装层与钢板的粘结不牢靠，推移病害修复方法有灌浆和挖补两种方式。灌浆适合小面积的推移，铺装层与钢板大范围粘结不紧密需要到切缝机和风钻等设备进行挖补修复。

5 结语

大跨径钢桥地处交通要道，钢桥面铺装的病害会直接影响到行车的舒适性和安全性，以及桥梁的耐久性。钢桥面铺装的质量是钢桥综合质量评价的重要指标。研究高性能铺装材料以适应恶劣的环境，研究高效的钢桥面病害修复技术，为钢桥铺装建设提供设计规范，是我国钢桥铺装研究下一阶段重要的方向。

参考文献：

[1] 陈勇. 正交异性板钢桥面铺装病害与结构刚度匹配性研究[D].重庆交通大学，2012.

[2] 徐君兰，孙淑红.钢桥[M].北京：人民交通出版社，2017

[3] 谢伟伟. 钢桥面铺裝病害分析及修复材料研究[D].华南理工大学，2017.

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