大交通流量下大跨径钢箱梁桥面铺装关键技术 - S* S2 u" i& ?2 Z' [0 c/ o 近年来，随着交通事业的快速发展，大跨径钢箱梁桥得到广泛应用，其桥面铺装普遍采用沥青混凝土结构，在重车和超重车辆的作用下，由于钢箱梁结构刚度小，受力复杂，加之受温度变化、风载及动水压力等影响较大，大多数桥梁桥面铺装在运营后不久便因较为严重的疲劳开裂、高温车辙、粘结层失效而出现脱层、推移和拥包等病害。在大交通流量下，由于全封闭施工十分困难，只能采取施工条件要求相对不高的施工方案，但大多数方案很难达到预想的效果，许多桥面维修后不久再次遭破坏，既增加了大量的资金投入，又难于保证车辆的正常通行。武汉军山长江大桥为主跨400m的钢箱梁斜拉桥，经过四年来对桥面铺装方案的实践与研究，较好地解决了在保持通车的情况下保证桥面铺装质量的问题。本文结合武汉军山长江大桥桥面铺装情况,探讨了大交通流量下大跨钢箱梁的桥面铺装关键技术，以供同类桥梁桥面铺装参考。
大交通流量下大跨径钢箱梁桥面铺装关键技术
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近年来，随着交通事业的快速发展，大跨径钢箱梁桥得到广泛应用，其桥面铺装普遍采用沥青混凝土结构，在重车和超重车辆的作用下，由于钢箱梁结构刚度小，受力复杂，加之受温度变化、风载及动水压力等影响较大，大多数桥梁桥面铺装在运营后不久便因较为严重的疲劳开裂、高温车辙、粘结层失效而出现脱层、推移和拥包等病害。在大交通流量下，由于全封闭施工十分困难，只能采取施工条件要求相对不高的施工方案，但大多数方案很难达到预想的效果，许多桥面维修后不久再次遭破坏，既增加了大量的资金投入，又难于保证车辆的正常通行。武汉军山长江大桥为主跨400m的钢箱梁斜拉桥，经过四年来对桥面铺装方案的实践与研究，较好地解决了在保持通车的情况下保证桥面铺装质量的问题。本文结合武汉军山长江大桥桥面铺装情况,探讨了大交通流量下大跨钢箱梁的桥面铺装关键技术，以供同类桥梁桥面铺装参考。
引言
随着交通事业的快速发展，我国大江大河上已建成一大批斜拉桥、悬索桥，主梁一般为钢箱梁，普遍采用正交异性桥面板结构，其桥面铺装一般由防锈层、粘结层、沥青混凝土铺装层构成，但由于该类桥柔性大，感温性强，钢板与沥青混凝土层粘结难度大，在大交通流量的重车与超重车的作用下，桥面产生较大的弯、拉、剪切及温度变化应力而出现破坏，不少桥梁桥面出现开裂、车辙、推移、脱层及拥包等病害，不少桥面很难保持较长时间的完好状态，出现反复修补的情况，不仅造成较大的经济损失，同时也极大地影响车辆的通行,带来不良的社会反响。
武汉军山长江大桥是我国东西与南北交通大动脉沪渝高速公路与京珠高速公路共用的长江公路大桥，主桥采用48m+204m+460m+204m+48m五跨连续双塔双索面半漂浮体系，主梁为钢箱梁，桥面为双层沥青混凝土结构，厚度为7.5cm。该桥自2002年通车以来，2006年对部分桥面进行了大修，采用的方案为橡胶环氧砂浆加双层沥青混凝土AC结构。从使用效果看，橡胶环氧层较好地起到了粘结钢板与沥青混凝土铺装层的作用。2010年，在上述方案的基础上，进一步对方案进行了修正。按照改进的方案，在通车的情况下对大桥主桥部分进行了大修，较快地完成了全桥的大修任务，总体效果较好。
钢桥面沥青混凝土铺装层受力特性及病害成因分析
钢桥面受力特性
0 I' q& a* i, u3 g+ E大跨径钢箱梁桥面沥青混凝土铺装层不同于普通钢筋混凝土桥及路基上的沥青混凝土路面,它直接铺设在正交异性钢桥面板上,由于正交异性板柔度大,纵横加劲肋与桥面板焊接处应力集中,加之钢箱梁受温度影响变化大，使得桥面铺装层受力出现与一般路面不同的特性。主要表现在：
（1）桥面铺装层受到较大的弯拉应力：因为正交异性板变形大，在重载车辆的作用下产生较大的弯拉应力。
（2）桥面铺装层受到较大的剪切应力：一是大跨径钢箱梁一般位于大江大河上，因为受周边地形制约或考虑通航等因素，桥梁设置高度较高，桥梁线形存在着较大的纵坡，车辆在上下坡时对铺装层产生较大的水平剪切应力。二是桥面钢板位于纵横加劲肋上，由于刚度不一，在车辆重载作用下，不同部位产生不同的形变，使得铺装层产生竖向剪切应力。$ s8 U" V6 G- {3 |' N( J* |" K. g" K
（3）铺装层表面产生负弯矩：由于加劲肋的支撑作用，纵向肋、横向肋与钢桥面板结合部位铺装层顶面在车辆荷载的作用下产生负弯矩，铺装层裂缝由表面向底面扩展。而对于普通公路的沥青路面而言，其沥青面层的最大拉应力均出现在铺装层的底面，疲劳裂缝从铺装层的底面向顶面扩展。
（4）铺装层受到较大的温度变化应力：钢结构具有较大的吸热与传递热量性能，在炎热的夏天，桥面铺装层直接受到太阳的暴晒产生高温，钢箱桥暴露在外的钢体吸热产生的热量也传递到铺装层上，使得铺装层极端高温比普通路面要高出很多。同时钢箱梁箱体内温度高不易散发，对桥面铺装层起着保温作用，使得桥面铺装层长时间处于高温状态。在低温季节，因为桥上风大，钢桥较普通桥梁及路基的保温性能差，桥面铺装产生的极端低温比普通路面低。因此，温度的极端变化，对桥面铺装造成较大的温度形变应力。& L0 \% ~3 Q. S- X1 V
（5）铺装层受到较大的动水压力：在普通路面上，路面渗水会不断向下渗透，而对钢桥面而言，因为水流无法下渗，全积蓄在铺装层内，受车辆高速运行时产生的压力的影响，对铺装层产生较大的动水压力。
（6）铺装层的动荷载响应幅值较大：据有关分析，当铺装层表面平整度较好时，铺装层的动荷载响应幅值小于静载；当铺装层表面的平整度较差时，动荷载响应幅值明显大于静力计算结果。由于钢桥面存在着上述不利因素，随着桥面铺装层的变形，动力效应会加速铺装层使用性能的衰减。- q) d& I+ A) I" f4 L
（7）铺装层反复受力变形的频率高：大跨径桥梁一般处于交通要道，车流量大，重车超重车多，铺装层在车辆荷载频繁作用下而产生疲劳。) _/ J$ A+ T- V; F" g9 \! b$ A
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桥面病害情况及成因分析
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钢箱梁桥沥青混凝土面层出现的病害有推移、裂缝、车辙、拥包、脱层等情况，如在武汉军山长江大桥桥面病害主要表现为（图1～2）：
①推移：这是钢桥面铺装层最为常见的病害，也是最为严重的病害。由于钢桥面与铺装层之间的粘结层是整个桥面铺装层中最薄弱的环节，车辆在运行过程中产生较大的制动力，使得铺装层与粘结层和粘结层与钢板之间产生较大的剪切力，受剪切力的作用使粘结层与钢板或沥青混凝土层之间粘结产生疲劳破坏或者一次性破坏。此外，粘结层与沥青混凝土铺装层和钢板之间的粘结力还受众多因素的影响，高温时沥青混凝土铺装层软化后粘结力极大削弱，动压水使得铺装层间产生剥离，多个不利因素的叠加，使得钢桥面铺装推移病害易于产生。武汉军山长江大桥桥面铺装出现推移主要发生在高温季节，更多发生在车辆运行时产生制动力最大的上坡或下坡段，特别是上坡段最为突出。
②裂缝：纵、横裂缝较为常见，一般呈现上宽下窄状态。 造成裂缝的主要原因：一是低温季节钢桥面温度低，沥青混凝土收缩产生的收缩裂缝；二是正交异性板桥面使得铺装层表面产生负弯矩，因而出现上宽下窄的裂缝；三是桥面刚度较小，在车辆荷载的反复作用下，铺装层频繁弯拉变形产生的弯拉应力而引起的疲劳破坏。武汉军山长江大桥以纵向裂缝为主，大多出现在行车道上，主要是因为重车、超重车辆一般沿着行车道通行，钢桥面板在纵向加劲肋支撑处变形小，无支撑处变形大，使得桥面出现不同的变形，在反复的弯拉应力作用下而产生疲劳破坏。' p& V/ L+ z& F' E+ g" s7 {
③车辙:主要发生在高温季节,行车道上表现最为明显,主要是由于钢桥表面温度高使得沥青混凝土层软化,在重车的作用下而发生变形。另外由于钢箱梁箱体的保温作用,使得铺装层高温状态持续时间长,更加剧了车辙的发生。
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沥青混凝土铺装应解决的关键技术和问题
足够的强度及良好的变形追从性
足够的强度与变形追从性或变形协调性是钢桥面铺装首先应该具备的性能之一。大跨径钢箱梁桥的主梁变形较大,桥面板局部变形也不一致，对钢板的变形追从性不好,将可能产生铺装层与钢板之间相互错动的剪切或弯曲破坏。如军山长江大桥桥梁主跨为400m，整体结构刚度不大，且桥面顶板厚度薄（12mm），因此要求桥面铺装结构层更适应于钢板较薄的柔性支撑体系，能有效实现与桥体的协同变形。
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优良的层间粘结性能
钢板与粘结层、粘结层与沥青混凝土铺装层之间都必须具有良好的粘结力,使各层能够形成牢固的整体。军山长江大桥纵坡大，车流量大，超重车辆多，车辆在行驶中产生较大的剪切应力，要求粘结层与钢板之间及粘结层与沥青混凝土层之间必须有足够的粘结强度。
良好的抗疲劳性能
& ~6 { p, A& u% x" Q' k+ o/ X由于钢桥面刚度小，在车辆荷载的作用下，形成较大弯拉应力,在大车流量情况下，使得桥面反复变形而产生疲劳破坏。* }" E) y% [( R2 A/ Z% Z+ m
