钢桥面冷拌树脂铺装服役现状_刘小清.pdf

公路 年月第期 基金项目：重庆市科技创新领军人才支持计划项目，项目编号 ；重庆市技术创新与应用发展专项重点项目，项目编号 收稿日期：文章编号：（）中图分类号：文献标识码：钢桥面冷拌树脂铺装服役现状刘小清，王滔，王民，代剑锋，肖丽（湖北交通投资集团有限公司武汉市 ；招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆市 ）摘要：为解决我国钢桥面冷拌树脂铺装实践经验缺乏等问题，以文献查阅、交流问询和实地观察相结合的方式，对 座采用冷拌树脂铺装方案的钢桥进行了调研，对病害原因进行了分析，结果表明：冷拌树脂铺装方案服役状况总体良好，裂缝和车辙不容忽视，施工缝开裂在 座桥梁中占比超，纵向裂缝、车辙病害在 座 桥梁中占比均超。此外，冷拌树脂铺装方案还存在鼓包、层间黏结抗剪性能不足、抗滑层耐磨性能不足、平整度差等问题，以及表面抗滑层存在掉粒现象。冷拌树脂铺装方案在跨线桥、匝道桥等单体面积较小的工程中具有一定的优势，为保障及提升冷拌树脂铺装方案的服役寿命，宜提升冷拌树脂的韧性，宜采用黏结抗剪性能更优的二阶热固性环氧树脂等作为黏层，宜加强施工缝界面处治，不宜将冷拌树脂混合料作为磨耗层，应避免雨季、高湿度环境下施工，施工后天气应良好以保障养生强度的形成。关键词：桥梁工程；钢桥面铺装；冷拌树脂；裂缝；车辙；鼓包；抗滑性能随着交通强国战略及“一带一路”倡议的稳步推进，大跨径钢桥作为联接区域经济发展命脉的通道建设迅猛。截止目前，我国已建成通车的大跨径钢桥超过 座。经过 多年研究及应用，形成了种典型热拌铺装方案，即浇注式沥青混合料铺装方案、环氧沥青混合料铺装方案和 铺 装方案。同时，冷拌树脂沥青混合料、聚酯型聚氨酯混凝土等冷拌树脂铺装方案在大跨径钢桥中得到了推广应用。随着我国“双碳”战略的稳步推进，冷拌树脂铺装方案在钢桥面铺装领域得到了越来越多的关注。相对热拌铺装方案而言，冷拌树脂铺装方案应用时间相对较短、应用案例相对较少，考虑到冷拌施工时矿料中含有水分，行业内普遍担心冷拌树脂铺装方案后期易出现鼓包等病害。目前，未见相关文献提及冷拌树脂沥青混合料、聚酯型聚氨酯混凝土铺装方案服役状况信息，以致当前钢桥面冷拌树脂铺装方案可供借鉴的实践经验相对缺乏。因此，有必要基于文献查询、交流问询和实地观察相结合的方式，对采用冷拌树脂铺装方案的桥梁钢桥面系结构参数、环境条件、路面服役现状进行调研，对钢桥面铺装病害进行分析，为钢桥面冷拌树脂铺装方案设计优化、精细化施工等提供参考。钢桥面冷拌树脂铺装服役现状选取 座采用冷拌树脂铺装方案的大跨径钢桥进行调研，钢桥面系结构参数、服役环境条件等如表所示，钢桥面铺装方案及服役状况如表所示。从表可以看出，座桥梁的桥面系刚度总体较为理想，除早期建成的座桥梁的顶板厚度为 以外，其余桥梁的顶板厚均不低于。此外，所调研 座桥梁主要分布于我国南方，具有服役气温高、降水量大的特点，夏季极端最高气温为 ，年平均降水量为 。因地域差异，各桥梁的交通量存在一定差异，除 桥（万辆）、桥（万辆）以外，其余桥梁的交通量均小于 万辆，部分新建桥梁交通量小于 万辆。表桥梁结构参数、环境及交通参数 桥梁名称位置桥梁类型钢桥长度顶板厚度极端最高气温极端最低气温年平均降水量日均车流量万辆铺装方案桥湖北宜昌悬索桥 桥浙江宁波悬索桥 桥浙江杭州悬索桥 桥浙江宁波斜拉桥 桥湖北宜昌悬索桥 约 桥浙江宁波斜拉桥 约 桥浙江宁波斜拉桥 约 桥浙江嘉兴绍兴斜拉桥 桥浙江宁波拱桥 约 桥湖北宜昌悬索桥 桥湖北武汉斜拉桥 双层桥安徽芜湖斜拉桥 双层 桥湖北武汉斜拉桥 约 聚酯型聚氨酯混凝土 桥上海斜拉桥 超 聚酯型聚氨酯混凝土桥浙江宁波拱桥 约 聚酯型聚氨酯混凝土桥江西南昌拱桥 约 聚酯型聚氨酯混凝土 桥湖北武汉拱桥 聚酯型聚氨酯混凝土 表钢桥面冷拌树脂铺装服役现状桥梁名称位置应用时间年月服役寿命年铺装结构桥面病害类型桥湖北宜昌 改性沥青橡胶混凝土 细粒沥青混凝土车辙等 （上游侧）（下游侧）车辙、推移、拥包、开裂等 总体良好，局部块状修补桥浙江宁波 局部车辙、网裂、纵向开裂，钢混结合段开裂，局部块状修补、施工缝开裂桥浙江杭州 车辙、推移等 （上游侧整体翻修）（下游侧仅换面层）鼓包、纵向开裂、局部块状修补 高弹改性 总体良好，局部渗水 公路 年第期续表 年第期刘小清等：钢桥面冷拌树脂铺装服役现状桥梁名称位置应用时间年月服役寿命年铺装结构桥面病害类型桥浙江宁波 局部车辙、鼓包、纵向开裂、横向开裂，局部块状修补、施工缝开裂桥湖北宜昌 高黏沥青撒碎石 车辙等 鼓包、坑槽等 （下游侧挖除重铺）因 强度不足和界面有水等原因挖除重铺 超薄磨耗层 总体良好，局部平整度欠佳，存在块状泛白痕迹桥浙江宁波 车辙、鱼鳞状网裂、推移桥浙江宁波 总体良好，局部小型块状修补，钢混结合段开裂 桥浙江嘉兴绍兴 总体良好，局部鼓包、纵向开裂、翻修桥浙江宁波 总体良好，处泛油、处纵向开裂、伸缩缝处铺装层破损桥湖北宜昌 高黏高弹 总体良好，局部鼓包桥湖北武汉 溶剂型黏结剂 推移、车辙、坑槽、开裂等 橡胶环氧砂浆 高弹 高弹 车辙、推移、坑槽等 （上游侧重车道中间车道部分应急车道）总体良好，局部龟裂、纵横向 施 工缝开裂，存在块状修补，轮迹带抗滑层掉粒 轻质 （下游侧）总体良好，重车道 局部修补桥安徽芜湖 总体良好，平整度欠佳，存在纵向施工缝桥湖北武汉 聚酯型聚氨酯混凝土 总体良好，靠近伸缩处有修补痕迹桥上海 环氧沥青 （国产温拌环氧）开裂、坑槽、施工缝开裂等 聚酯型聚氨酯混凝土（上层桥）总体良好，平整度欠佳，局部块状修补，轮迹带抗滑层掉粒桥浙江宁波 高黏 聚酯型聚氨酯混凝土总体良好，轮迹带抗滑层掉粒，局部存在龟裂、块状修补桥江西南昌 高弹 高弹 聚酯型聚氨酯混凝土 高弹 总体良好，局部混合料离析，纵向施工开裂渗水桥湖北武汉 聚酯型聚氨酯混凝土 总体良好，局部油污，局部 离析，块状修补约 处从表可以看出，部分新建桥梁钢桥面铺装使用状况良好，部分新建桥梁以及建成（翻修）通车年以上的桥梁局部出现了裂缝、车辙、推移、鼓包、抗滑层掉粒、平整度欠佳等问题。截止目前，铺装方案服役寿命最长的超过了 年，部分桥梁服役 年进行了翻修，部分桥梁因施工缺陷服役不到年即进行了大修。双层 铺装方案和聚酯型聚氨酯混凝土铺装方案应用时间相对较短，服役耐久性有待进一步考证。钢桥面冷拌树脂铺装病害及成因 钢桥面冷拌树脂铺装典型病害 裂缝冷拌树脂铺装方案存在纵向裂缝、横向裂缝、网裂、龟裂、施工缝开裂等，其中纵向裂缝和施工缝开裂较为普遍，见图。纵向裂缝在 座 桥梁中占比超，施工缝开裂在 座桥梁中占比超 。相对而言，横向裂缝相对较少，仅在 桥发现了结构性横向裂缝。此外，座桥梁存在块状修补痕迹，通常来说与龟裂、坑槽等病害存在一定关系。图裂缝病害 车辙在 座 桥梁中，车辙病害占比超，见图。因双层 铺装方案和聚酯型聚氨酯混凝土铺装方案服役年限相对较短（均不超过年），目前暂未发现车辙病害。图车辙病害 鼓包 桥建成通车个月后，在夏季高温天气的作用下，上游侧应急车道出现了鼓包病害，经开挖发现部分脱层位置为 界面，部分脱空位置为 层之间。桥采用 铺装方案翻修后，在当年月份高温天气作用下，中午：下游侧出现了处鼓包，用钢钎击穿后鼓包消失。此外，桥在建成通车年后，局部出现了块状修补，疑与鼓包病害有关，见图。图鼓包病害 脱层、推移从调研结果来看，桥上游侧超车道下桥方向 公路 年第期 年第期刘小清等：钢桥面冷拌树脂铺装服役现状存在推移病害，桥和桥重车道均出现了车辙、拥包现象，且轮迹带上分散着呈鱼鳞状的网裂，疑铺装层出现了脱层，见图。图脱层、推移病害 抗滑层掉粒双层 铺装方案和 聚酯型聚氨酯混凝土铺装方案，均在铺装层的表面实施了一层抗滑层。从调研结果来看，桥、桥和桥均存在抗滑层掉粒的现象，见图。图抗滑层掉粒 平整度差、行车舒适性差桥和桥主桥钢桥面铺装的平整度差于引桥混凝土桥面铺装，且局部地方存在轻微跳车的现象，见图。图平整度欠佳 钢桥面冷拌树脂铺装典型病害成因分析从调研情况来看，冷拌树脂铺装主要病害包括裂缝、车辙、鼓包、坑槽、脱层、推移、抗滑层掉粒、平整度差等。导致上述病害形成的原因可分为两类，即内部因素和外部因素。内部因素（）钢桥面负弯矩区应变大，铺装材料韧性不足。在重载交通的作用下，钢桥面铺装局部存在较大的弯拉应变。当材料韧性不足时，在行车荷载反复作用下易出现疲劳开裂。（）层间黏结抗剪性能不足。冷拌树脂结合料为反应性热固材料，养生完成后混合料强度较高，界面相对光滑。早期 铺装方案中，通常在 养生强度达到要求后进行抛丸或精铣刨处理，然后实施同步沥青碎石黏层施工；从桥、桥等服役效果来看，是因层间黏结抗剪性能不足，导致推移、拥包等病害的出现。（）抗滑层耐磨性能不足。抗滑层中的碎石在结合料中嵌固不牢，在车轮冲击作用下，出现掉粒的现象。特别的，当基面不平整或抗滑层碎石撒布不均匀时，更容易发生掉粒。（）施工控制不到位。冷拌树脂混合料采用反应性结合料，若施工过程中局部结块未清理，在钢桥面铺装服役过程中，易在结块部位出现龟裂、坑槽等病害。部分桥面存在行车舒适性差等问题，与铺装层摊铺作业过程中平整度控制不到位、抗滑层碎石撒布不均匀等有关。此外，聚酯型聚氨酯结合料存在一定腐蚀性，散落桥面后易导致混合料松散。（）养护维修处治不当。施工缝界面黏结未处治好、接缝平顺性未处治好、新旧混合料材料模量不一致等均可能导致施工缝开裂。外部因素（）施工环境要求高、养生环境要求高。对桥鼓包病害进行分析，发现 养生期间下了雨，导致 养生后强度未完全形成。对桥鼓包病害进行分析可知，其与钢桥面铺装施工期间（月份左右，黄梅天）环境湿度大有关。（）夏季服役气温高。根据以往实桥监测经验结论，钢桥面铺装服役温度接近或超过 。若 施工控制不到位，或采用品质欠佳的改性沥青，在服役过程易出现车辙病害。（）降水量大。雨季时节，雨水在车辆轮胎动压作用下，通过裂缝进入钢桥面铺装层内部，极易导致坑槽、脱层、推移等病害的产生。（）交通条件。交通量大、重载车、超载车占比高，是导致冷拌树脂铺装疲劳开裂、抗滑层碎石掉粒的原因之一。结语本文以文献查阅、交流问询和实地观察的方式，对 座采用冷拌树脂铺装方案的钢桥进行了调研，对钢桥面铺装病害成因进行了分析，得到如下主要结论。（）冷拌树脂铺装方案服役状况总体良好，存在纵向裂缝、横向裂缝、网裂、龟裂、施工缝开裂等病害。其中，纵向裂缝和施工缝开裂较为普遍，纵向裂缝在 座 桥梁中占比超，施工缝开裂在 座桥梁中占比超。此外，车辙病害不容忽视，在 座 桥梁中占比超。（）冷拌树脂铺装方案施工对环境要求高，应避免雨季、高湿度环境下施工，减少鼓包病害出现的概率。同时，施工后天气应良好，保障养生强度的形成。此外，聚酯型聚氨酯结合料存在一定腐蚀性，施工过程应加强沥青铺装层成品保护。（）冷拌树脂铺装方案存在层间黏结抗剪性能不足、抗滑层耐磨性能不足、平整度差等问题，表面抗滑层存在掉粒现象。特别的，早期 铺装方案采用沥青同步碎石作为黏层，服役过程中出现了推移、拥包等病害；双层、聚酯型聚氨酯混凝土表面抗滑层服役寿命分别为年、年。冷拌树脂铺装方案在跨线桥、匝道桥等单体面积较小的工程中具有一定的优势，为了保障及提升冷拌树脂铺装方案的服役寿命，宜提升冷拌树脂的韧性，以减少钢桥面铺装出现结构性纵向裂缝或横向裂缝的概率；宜采用二阶热固性环氧树脂等作为黏层，以提高层间黏结抗剪性能；宜加强施工缝界面处治，避免后期服役过程中开裂。此外，为了保障行车的舒适性和抗滑的耐久性，不宜将冷拌树脂混合料作为磨耗层。参考文献：郝增恒，王民大跨径钢桥面沥青混合料铺装技术北 京：人 民 交 通 出 版 社 股 份 有 限 公 司，：胡德勇，吕奖国，王民，等 浇注式沥青混合料特点及发展动态 公路交通技术，（）：史佳晨，朱天同，丛林 大跨径钢桥桥面铺装材料应用现状与新进展上海公路，（）：徐斌，徐速，吕建华，等聚合物混凝土发展及桥梁工程应用研究混凝土世界，（）：杨洋 改性聚氨酯混凝土应用研究 广东建材，（）：黄卫东，尚磊西陵长江大桥 钢桥面铺装技术应用研究 交通科技，（）：赵成贵 铺装体系在商合杭铁路芜湖长江公铁大桥的应用 上海公路，（）：赵锋军，李宇峙西陵长江大桥沥青铺装大修工程关键技术公路交通科技，（）：田志勇，唐茂林，蒲黔辉 宁波庆丰桥静、动载试验研究 桥梁建设，（）：杨士金，龚仁明，戴利民 甬江庆丰大桥设计 重庆交通学院学报，（）：何连明，张健江东大桥钢桥面铺装 层室内试验研究中外公路，（）：王梓夫，狄谨特异变截面倾斜钢索塔节段制造与安装技术 公路，（）：何清，姜炜，李知强，等 钢桥面铺装技术在宜昌长江公 路 大 桥 中 的 应用 交通科技，（）：卓武极宜昌长江公路大桥钢桥面铺装病害研究中国水运：下半月，（）：徐振华，张俊杰宁波市外滩大桥的优化设计探讨城市道桥与防洪，（）：李新华大跨度钢箱梁斜拉桥顶推施工中的关键技术研究西南交通大学，郑辉宁波市福明路跨铁路宁波东站主桥设计中国市政工程，（）：徐永钢，王慧斌，杨东来钢桥面 体系机械化施工技术 年二省二区大型桥梁学术交流会论文集，：李忠三，雷俊卿，林道锦 嘉绍大桥钢箱梁悬臂拼装截面变形分析桥梁建设，（）：俞国际，夏伟杰宁波澄浪桥钢梁桥面拼装施工技术施工技术，（）：周昌栋，黄楚彬，代明净，等 铺装对钢桥面板疲劳性能的 影 响 及 参 数分析 世 界 桥 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