浅谈汕头石大桥桥面铺装层病害及维修

[摘要] 本文简要对汕头石大桥桥面沥青混凝土铺装层病害进行分析，讲述其维修方案，对于钢桥面沥青铺装的养护维修具有很重要意义。

[关键词] 桥面铺装病害维修

1 汕头石大桥结构概况

汕头市位于广东省东南沿海，属亚热带，具有明显的季风气候特征，年降雨量1300―1800毫米，多集中在4―9月份。年平均气温21℃--22℃，最低气温在0℃以上；最高气温36℃--40℃。石大桥位于汕头市区西部，是连接324国道与汕头市市区道路的城市桥梁，系双塔双索面混合结构特大型跨海斜拉桥。大桥南接324国道，跨越汕头港，北至老城区，延接国道206线，与海湾大桥构成跨海交通环线。桥身为正交异性板加劲钢箱梁与P.C箱梁混合结构半悬浮弹性体系斜拉桥，主桥长906m(其中钢箱梁部分718m)，主跨518m，桥面总宽30.35m（半幅分布：0.25m护栏+2m人行道+0.7m索区+0.5m防撞护栏+0.75m路缘+10.75m行车道区+0.35m中央隔离带），钢板厚度12mm，U形加劲肋间距600 mm，U形肋厚度6mm，横隔板间距3m，横隔梁间距6m，钢桥面总面积为21792，于1999年2月建成通车。行车道原铺装结构为无机富锌漆、高粘度改性沥青防水粘结层、双层SMA（A/B）铺装结构，总厚度为80mm。

在2006年初，桥面铺装层出现了较严重的损坏，主车道产生了较为严重推移、拥包、开裂等病害，车道行车轮迹带车辙深度较大，并形成纵向裂缝，病害已经大面积发展，雨水渗透致铺装层产生严重水损害，局部钢板已锈蚀，最大开裂滑移量达13mm，严重影响交通的舒适性和安全性，甚至危害桥梁结构安全。

2 钢桥面铺装病害原因分析

2.1 超重车辆对其影响

随着经济的发展，汕头石大桥交通量与日俱增，超重车辆也是成倍增加，导致钢桥面铺装损坏较为严重。桥面铺装层产生了较为严重的病害，主要有推移、拥包，并产生较大宽度的横向裂口，局部区域出现网裂。钢桥面沥青铺装有其特有的受力状态和特点，钢梁桥面铺装直接承受交通荷载的反复作用，它不具有水泥砼桥面铺装的刚性底板支撑，也不像道路那样有坚强的路基支撑，桥面铺装层要随同钢板变形，而产生反复的挠曲变形，钢板U形加劲肋顶部对应的铺装表面将产生反复弯曲应（应变）而开裂。

2.2温度对其影响

汕头地区处于道低带和副热带高气压带之间，属南亚热带海洋性气候。在夏季钢桥面的沥青铺装层的温度可达50～60℃铺装层本身受气温变化的影响外，由于钢材的热胀系数比沥青混凝土大得多，钢桥面结构的季节性变化严重地影响了沥青铺装层的变形，沥青铺装结构以及钢板要产生不同的温缩变形，这使得各结构层（包括钢板）之间产生较大的弯拉应力和剪切应力，并导致层间脱离，引起铺装层破坏。

2.3水对其影响

汕头是多雨地区，年降雨量达1300―1800毫米，雨量充沛，气候潮湿。由于桥面板都为钢结构，富含盐分的水渗入会腐蚀钢桥面板，同时汕头石大桥未设置排水井，而钢材没有吸收水的作用，沥青混凝土材料是一种透水性材料，水在钢材表面在没有良好排水系统设置的情况下只能通过蒸发排出，这些状况导致了钢桥表面常有一水层存在。一旦沥青面层内部含有一定的水分，水将在沥青混合料内部自由流动，再加上车辆荷载的反复作用，面层中的水产生压动力，这部分水逐渐侵入到沥青与集料的界面上，使沥青膜渐渐地从集料表面脱离，最终导致沥青与集料之间的粘结力丧失，造成水损害破坏。

2.4其他因素

①石大桥桥面板较薄（12mm,现大部分钢箱梁设计在14mm以上），刚度小，铺装表层在纵向加劲肋的顶部受拉应力大是面层出现开裂的原因之一；

②桥面钢箱梁采用螺栓连接（目前其他桥梁均采用焊接技术）且螺栓高度较长（30～40mm），此处的防水处理也是关键，给施工带来很大的困难，也是导致桥面铺装层推移的原因之一；

③桥面系纵横坡度大，最大纵坡处达3.5%，在高温和交通荷载作用下，下坡段易出现推移开裂病害；

④铺装层与桥面板层间结合面粘结力差，抗水平剪切能力较弱，在水平方向上易产生相对位移发生剪切破坏，而产生推移、拥包等病害。

3 目前一些处理钢桥面铺装的材料和方法

根据钢桥面铺装的特点，现在采用的比较普遍的材料有以下三种：1、浇注式沥青混凝土；2、环氧沥青混凝土；3、沥青玛蹄脂碎石（SMA）。此三种材料都考虑了钢桥面与沥青铺装层之间的特殊性，但材料之间存有差异：

浇注式沥青混凝土采用硬质沥青，通常是岩沥青或湖沥青和道路沥青配合使用，集料的粒径较小，通常最大粒径为1cm，矿粉与沥青含量很高，是一种悬浮密实型混合料。由于浇注式沥青混凝土密实不透水，耐久性好，同时又有较好的粘结性，适应变形能力强，与钢桥面变形有很好的随从性，但由于骨料偏小，细料和沥青的含量高，其高温抗变形、抗车辙能力有欠缺，适宜应用在夏季气温不高的地区。

环氧沥青混凝土是在沥青中加入环氧树脂，并经过固化反应，使沥青性质由热塑性转为热固性，从而使该材料具有很多优良的性能。环氧沥青混凝土具有很高的强度，其马歇尔稳定度是一般沥青混凝土的3～5倍；还有很好的耐疲劳性能、良好的耐腐蚀性。但对水极为敏感，抗滑性能较差，养护期较长。

沥青玛蹄脂碎石（SMA）是一种密实结构的沥青混凝土。沥青玛蹄脂碎石与普通沥青混凝土相比，具有较好的高温稳定性、耐久性、低温抗裂性和抗滑性，但还留有3%～5%的空隙率，在使用过程中要做好桥面排水工作。

4 石大桥钢桥面铺装方案

在对汕头石大桥病害调查及结构特点分析的基础上，认为钢桥面行车道铺装层厚度考虑功能要求的不同，应分多层铺装结构（如图1），总厚度为70mm。结构组成自上而下为：35mm沥青玛蹄脂碎石（SMA10）+35mm浇注式沥青混凝土（GA10）+防水层粘结层。

图1 桥面铺装结构分层图

行车道钢桥面板喷吵除锈清洁度达到Sa2.5级、粗糙度达到50～150μm后，涂布两层溶剂型粘接剂，第一层涂布量为120～150g/，第二层涂布量为100～120g/；在其上铺筑浇注式沥青混凝土GA10（具有良好密实性和整体性）铺装下层，施工浇注式沥青混泥土时，在其上撒布5～10的预拌沥青碎石，其撒布量为3～5/；铺装上层采用SMA10（设计空隙率为2.5%～3.5%,具有较好的热稳性、抗裂性和表面抗滑性能），在铺装上下层之间，采用改性乳化沥青粘层（用量0.3～0.5L/）以保证铺装上下层的整体性。

由于钢桥面板在施工过程中一般会发生锈蚀，为保护桥梁结构的耐久性，在铣刨旧铺装层后对桥面进行清洁、干燥处理后进行喷砂除锈处理。同时，为保护防腐层与钢桥面的附着力，要求钢桥面板喷砂除锈后粗糙度达到50～150μm。

为确保桥面铺装层结构有良好的防水效果，沥青混凝土铺装结构下层（保护层）采用孔隙率小于1%的浇注式沥青混凝土（GA10），该混合料结构型式为完全悬浮型，细集料多，沥青含量高，在高温下经特殊搅拌工艺制后，混合料呈现自流状态，经摊铺整平后，混合料靠自重流动作用，形成密实不透水的铺装层，整体上具体有很好的抗疲劳性能和耐久性。

铺装上层选用改性沥青SMA10，主要考虑到目前面层功能性要求，对铺装层的综合性能要求较高，要具有良好的高温稳定性、抗滑性能、低温抗裂性、平整度、抗疲劳性能等，还要空隙率小、水稳性好。因此，选用SMA10作为面层结构类型。同时，为了增加沥青砼铺装上下层之间的结合力，在GA10与SMA10铺装层之间洒布改性乳化沥青。

浇注式沥青混凝土的纵幅施工缝采用沥青类贴缝条进行密封，依靠温度使其软化，与铺装层之间形成良好结合，达到防排水的目的。在面层铺装与其它结构物的结合部位，都采用热灌沥青进行密封，以防路面水下渗。由于汕头石大桥桥面系结构未设置排水井，因此对其排水体系进行了重新设计。铺装下层（GA10）、溶剂型粘结剂等构成汕头石大桥钢桥面铺装结构的防排水系统。

5 结语

1、石大桥铺装层钢桥面产生的病害除上述原因外，还因铺装材料本身性能及铺装结构自身的特点有一定关系。

2、为延长铺装层使用寿命及大桥结构安全，要加强对超载车辆的管理。

3、浇注式与SMA沥青混凝土钢桥面铺装施工的难点是对施工温度和施工细节的控制，施工组织计划和施工调度非常重要。

4、SMA施工前必须认真做好各项技术准备,通过大量试验分析,并在施工中加强管理,才能达到质量要求。

5、汕头石大桥桥面铺装维修施工取得了一些经验，但是，钢桥面沥青面层铺装技术和维修养护技术有待进行一些研究和提高。