0.引 言 珠江黄埔大桥是京港澳和沈海高速在广州并线的控制性工程。工程于2005年4月开工建设，2008年12月建成通车，全长7016.5m。其中北汊桥为主跨383m的独塔双索面钢箱梁斜拉桥，南汊桥为主跨1108m的钢箱梁悬索桥，桥面铺装原设计为双层环氧沥青混凝土。 自通车运营以来，钢桥面铺装陆续出现鼓包、裂缝、坑槽等常见病害，并有日趋严重之势。2013年至今，随着车流量快速增加，特别是超载重车的增加，加之环氧沥青混凝土铺装层受高温、雨水作用，老化趋势日益加剧，钢桥面铺装病害数量激增，病害程度进一步加深，尤以南、北行慢车道为重。经调查统计，黄埔大桥慢车道维修面积率大修前已达21%，其中仅2014年度应急性抢修面积超过3000㎡。
0.引 言
珠江黄埔大桥是京港澳和沈海高速在广州并线的控制性工程。工程于2005年4月开工建设，2008年12月建成通车，全长7016.5m。其中北汊桥为主跨383m的独塔双索面钢箱梁斜拉桥，南汊桥为主跨1108m的钢箱梁悬索桥，桥面铺装原设计为双层环氧沥青混凝土。
自通车运营以来，钢桥面铺装陆续出现鼓包、裂缝、坑槽等常见病害，并有日趋严重之势。2013年至今，随着车流量快速增加，特别是超载重车的增加，加之环氧沥青混凝土铺装层受高温、雨水作用，老化趋势日益加剧，钢桥面铺装病害数量激增，病害程度进一步加深，尤以南、北行慢车道为重。经调查统计，黄埔大桥慢车道维修面积率大修前已达21%，其中仅2014年度应急性抢修面积超过3000㎡。
经有关各方充分论证，于2014年10月起集中对南、北行慢车道作大修处理。
1.钢桥面铺装典型病害类型及成因分析
1.1鼓包及其引起的裂缝、坑槽
鼓包是钢桥面铺装病害的一种特有形式(图1、图2)，环氧沥青混凝土空隙率低于4%，在钢桥面板与铺装层间或铺装上、下层间残留的水分在夏季高温下(铺装表层温度可达到70℃以上)变成气体，体积缓慢膨胀，在钢桥面铺装表面局部隆起，隆起破裂后产生裂缝，受水破坏作用发展为坑槽。究其原因，主要是施工过程中的汗水、黏结层附着水、高湿度条件下的冷凝水等所致。
1.2黏结层失效及推移
原钢桥面铺装施工过程中，机械化洒布环氧沥青黏层可能存有化学反应不彻底的隐患，另外施作该功能层前在钢桥面板上喷涂环氧富锌漆作为防腐层，如施工过程中漆膜内表面存水，可能导致黏结层无法与钢桥面板有效黏结，在车辆荷载、温度等叠加作用下加剧脱层。这种脱层逐渐扩展为推移，表现为基本与行驶方向正交的波浪起伏状破坏(图3)。
1.3材料老化、抗滑系数降低、车辙
钢桥面铺装层在长期湿热、紫外线照射等自然环境和长时间承受车辆荷载的作用下，环氧沥青混合料会因本身的黏塑性表现为抗永久变形能力不足和表面层磨光、材料老化、泛油(图4)，同时高温条件下造成黏结层强度大幅下降，轮迹带下的铺装层具有侧向隆起的趋势，长期累积形成流动性车辙[1](图5)。
1.4疲劳裂缝
结构受力分析表明，正交异性钢桥面板在行车荷载和温度变化长期作用下，会在纵向加劲肋、横隔板、纵隔板、主梁腹板等部位焊接处形成高应力区，这些位置的铺装层有较大的负弯矩产生，或是由于局部荷载过大(如严重超载)，产生结构性的疲劳裂缝，反映为纵、横向裂缝，现场以纵向裂缝居多(图6)。
综合上述各类情形，黄埔大桥钢桥面铺装病害呈现为施工不当、设计不周、重载超载交通以及严苛的气候条件等多因素作用下的水破坏。
2.钢桥面铺装大修方案研究
2.1钢桥面铺装大修方案设计思路
从我国大跨径钢桥面铺装使用情况来看，虽然树脂类混凝土桥面铺装目前表现相对较好，但部分桥梁使用不到五年就出现了严重病害导致大修。尽管国内的一些研究机构、专家学者一直在努力，提出了STC(超高韧性钢纤维混凝土)、ERS(树脂沥青组合体系)等铺装形式，但由于应用范围、理论支撑、时间所限，尚需时日检验。
在对黄埔大桥钢桥面铺装典型病害成因分析的基础上，考虑到原铺装体系中采用的美国ChemCo环氧沥青混凝土养生周期长(30~45d)，混合料施工温度低，易存在水损害隐患;日本TAF环氧沥青混凝土养生周期短(4~10d)，且其高温施工(约180℃)可以去除水分[2];但环氧沥青混凝土致密的结构一旦损伤(如受车辆荷载或下承的钢箱梁自身疲劳破坏)，难以排除侵入的水分，最终导致铺装层的水损坏;且环氧沥青材料目前一般多通过进口，维修成本高昂(1500~1800元/㎡)。
基于上述情况考虑，本次大修方案最终放弃了沿用原铺装体系大修的思路，而是综合考虑材料性能、维修养护效率、营运通行及经济性要求，构建新的铺装结构体系，使其具备良好的路用性能和较强的经济适用性。
2.2钢桥面铺装大修设计方案及其技术特点
2.2.1钢桥面铺装大修结构体系
新的钢桥面铺装体系为改性环氧树脂+高黏改性SMA+精细抗滑保护层复合铺装体系，主要由高黏改性SMA、改性环氧树脂组合式连接层、改性沥青黏结层及精细抗滑保护层组成，其结构如图7所示。
2.2.2技术特点
(1)黏结体系采用改性环氧树脂碎石组合式连结层(由两层改性环氧树脂层和两层碎石层组成)和一层高黏改性沥青碎石黏结层，该黏结体系可以吸收铺装层和钢桥面板之间的相对位移，起到应力吸收层的作用，实现铺装层与钢桥面板之间良好的随从性，避免开裂、推移、鼓包等病害产生，并起到防水防腐功能。
(2)采用改性环氧树脂碎石组合连结层与超高黏改性SMA的复合结构，组合式连结层粗糙的上表面(构造深度较大)通过足量高黏改性沥青黏层与超高黏改性SMA黏结，能够有效抵抗车辆运行时产生的水平剪应力，防止层间滑移，保证结构的稳定性。另外，SMA上表面覆盖的精细抗滑保护层具有与其黏结强度高、抗疲劳性能好、防水耐磨等特点，可以有效减少水分对SMA结构层的渗透，起到提高结构耐久性的作用。
(3)采用了高性能结合料，其中改性环氧树脂具有环氧树脂的超强黏结强度和聚氨酯相当优异的柔性变形性，作为防水连结层能够有效保护钢桥面;超高黏改性沥青技术指标较普通改性沥青大幅提高(60℃动力黏度大于200000Pa·s)，使用性能分级达到PG82-22等级，使SMA混合料得以充分发挥优良的路用性能。
(4)慢车道与桥面排水孔间设置30cm宽排水盲沟(结构形式同大修铺装结构)，提供铺装下渗水分排解通道，配合精细抗滑保护层的防护作用，进一步减少水损害。
(5)取消了环氧富锌漆防腐层，减少了中间工艺环节，消除了漆膜内表面存水造成铺装结构层间黏结失效的隐患。
(6)与传统的环氧沥青混凝土钢桥面铺装相比，本次大修采用的铺装结构造价相对低廉(约800元/㎡)，易于控制，施工速度快，无需专用设备，是供交通压力大、养护费用紧张的营运单位大修时选择的一种结构形式。
3.钢桥面铺装大修技术指标
3.1材料要求
3.1.1 改性环氧树脂组合式连接层
3.1.1.1 改性环氧树脂
改性环氧树脂主要指标应满足表1的技术要求，使用时按3∶1取相应的树脂组分(PartA)和固化剂组分(PartB)搅拌均匀即可。
3.1.1.2集料
集料粒径应在3~5mm之间，采用辉绿岩制成，洁净、干燥，质地坚硬，表面粗糙，外观接近立方体，满足表2所列的技术要求。
3.1.2 超高黏改性沥青SMA-13混合料
3.1.2.1 超高黏改性沥青
SMA-13混合料所用超高黏改性沥青须满足表3所列技术要求。
3.1.2.2 矿料级配
混合料矿料级配须满足表4所列级配要求。
3.1.2.3 配合比设计
超高黏改性沥青SMA-13混合料马歇尔试验配合比设计须满足表5技术要求。
3.1.3 精细抗滑保护层
精细抗滑保护层选用的高浓改性乳化沥青应符合表6技术要求。
精细抗滑保护层选用的稳固层改性乳化沥青应符合表7的技术要求。
3.2力学性能要求
3. 2.1底层改性环氧树脂与钢板拉拔试验
拉拔试验参考《道桥用防水涂料》(JC/T975-2005)中黏接强度拉拔试验的方法，以模拟符合工程实际环境及其真实作用状态下的黏接强度和标准。底层改性环氧树脂与钢板的拉拔试验结果须满足表8技术要求。
3.2.2 底层改性环氧树脂与钢板拉剪试验
根据《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》中关于拉剪试验的方法，改性环氧树脂与钢板之间的拉伸剪切强度应满足表9的技术要求。
3.2.3全厚度铺装结构性能试验
全厚度铺装结构为1cm组合式连接层+5cm超高黏改性沥青SMA，层间使用高黏改性沥青作为黏层。全厚度铺装结构的斜剪试验、拉拔试验按照《道桥用防水涂料》(JC/T975-2005)中的试验方法，斜剪试验加载速率为10mm/min，拉拔试验加载速率为0.1MPa/s。各试验结果应满足表10和表11的技术要求。
4.施工控制
4.1材料控制
施工前,进行原材料(包括粗集料、细集料、机制砂、矿粉及纤维填充料、改性沥青及环氧树脂等)的有关试验，为目标配比、生产配比做好准备同时:
(1)保证粗集料规格、棱角度，控制针片状含量，采用反击式破碎工艺生产。
(2)按规范严格控制小于 0.075mm 石屑含量。
(3)集料按不同种类、质量规格、用料方式和顺序分别堆放,堆料场地面作硬化处理,不混淆、乱取。
(4)每一批原材料的试验项目齐全，达到试验频率要求。
4.2钢桥面板处理
旧桥面铺装破除时采取铣刨机配合挖掘机的作业方式，铣刨深度控制在4cm，挖掘机平齿作业，避免伤害钢桥面板，钢板抛丸处理标准达到Sa2.5级，粗糙度Rz≥60μm。
4.3 1cm组合式连接层施工
1cm组合式连接层以2层改性环氧树脂(A: B=3:1)与2层粒径3~6mm(8kg/㎡)的辉绿岩碎石组合而成。
4.3.1集料
采用水洗反击破辉绿岩碎石，风干后进入搅拌站进行过筛、加温烘干及除尘处理，独立堆放于防雨棚内降温，用标准袋装袋后运至现场仓库堆放。
4.3.2组合式连接层
底层施工时，通过网格划线方式将搅拌均匀的改性环氧树脂(拌合时间严格控制在3min)按设定用量1.5kg/㎡均匀涂抹在符合抛丸标准的钢板表面，并立即在树脂层表面过量洒布3~5mm碎石，直至表面看不到液态树脂，固化过程中需防止水或其他污染物接触到连结层，大约3~4h后形成底层改性环氧树脂-碎石层。
去除固化后底层改性环氧树脂－碎石层上过量洒布集料，然后按底层施工模式均匀涂抹上层改性环氧树脂(用量4.5kg/㎡)，直至完全覆盖底层改性环氧树脂—碎石层，然后立刻过量洒布3~5mm碎石，固化后去除多余集料，形成上层改性环氧树脂－碎石层。
在上层改性环氧树脂－碎石层表面采用同步碎石封层车洒布超高黏改性沥青黏层(改性沥青洒布量为2.5kg/㎡)，6~10mm碎石洒布覆盖率约60%，并用轻型压路机静压一遍，作为高黏SMA面层施工平台。
4.4 SMA铺装层施工
(1) 通过铺筑试验路段验证生产配合比，同时确定各层松铺系数、碾压工艺、压实度、空隙率等技术指标。
(2) 沥青混合料的拌和温度控制在175℃~190℃之间，混合料出场温度不低于175℃。
沥青混合料的摊铺温度应不低于170℃，采用大吨位钢轮压路机碾压，碾压温度不低于160℃，温度低于130℃时停止碾压。
4.5精细抗滑保护层施工[3]
(1)同步碎石封层车按4~5km/h速度均匀喷洒高浓改性乳化沥青封层，保持高浓改性乳化沥青温度在50℃左右，且喷洒高度适宜，碎石洒布均匀一致，局部采用人工辅助方法使碎石上下不重叠。
(2)全段封层洒布未完成前采用胶轮压路机以6km/h速度碾压1~2遍。碾压后进行养生，养生时间为2~4h。一次养生后，对表面多余集料进行清扫回收。
(3)稳固层洒布前将材料加热至50℃~60℃，洒布后进行二次养生。养生期内禁止任何车辆驶入路面，待养生成型后开放交通。
5.结 语
通过珠江黄埔大桥钢桥面铺装典型病害成因分析，综合考虑铺装材料性能、维修养护效率、营运通行及经济性要求，提出了新型钢桥面铺装大修结构。该铺装结构不仅经济适用、施工方便、维修容易，具备高温稳定性、抗疲劳开裂性、与钢桥面板良好的层间黏结、变形的随从性，而且通过横向盲沟设置可疏导下渗水分，变传统的防水铺装模式为防疏结合模式，降低了水损害的可能性，提高了铺装结构的使用性能。
2014年10月中旬起至12月底，历时近两个半月，通过严格的试验与施工控制，顺利完成了黄埔大桥南、北行慢车道大修并开放通行。从现场情况来看，铺装表面密实，平整度良好，整体表现优良，未来将通过时间检验铺装结构的长期使用性能。
