环氧树脂沥青在双塔不对称斜拉桥钢桥面铺装层的应用研究

大跨径缆索承重体系因跨度大、结构和受力特性复杂，其桥面结构多采用钢梁[1-2]。铺装层作为桥梁直接承载车辆荷载作用的功能层，铺装材料的优良性、与结构的适宜性、施工的便利性及经济的合理性等对大跨度钢桥面的行车质量及使用寿命至关重要。

目前，境内外大多数钢桥面铺装都以双层铺装为主，主要使用“环氧、浇注、改性沥青玛蹄脂碎石混凝土”3种典型沥青混凝土材料[3]。环氧树脂沥青(Epoxy Asphalt，简称EA)具备较高的强度、优秀的耐疲劳和耐腐蚀性能、杰出的高温稳定性和水稳定性，加之在低温条件下的收缩系数与钢板接近，使得其温度应力大幅度下降，是一种优质的大跨度钢桥桥面铺装材料[4]。继南京长江二桥之后，我国的大跨径钢桥铺装层相继应用环氧树脂沥青混凝土，并取得了不少设计与施工经验。但由于我国地域宽广，大跨度钢桥结构型式较多，通车条件、气候温度的不同，造成环氧树脂沥青在钢桥面的应用中问题较多，存在病害多发、水稳定性差等诸多问题，亟待解决[5-6]。

本文以湖北省荆州市某长江公路大桥为依托，结合大桥的气候特点及通车条件，介绍了其桥面铺装的方案比选，以及环氧树脂沥青铺装层的设计、施工，并通过检测验证了铺装层的有效性，可为此类工程建设提供技术参考。

此长江公路大桥地处石首市境内，主桥选用双塔不对称混合梁斜拉桥方案，桥梁主跨为820m，桥跨布置为(75+75+75)m+820m+(300+100)m。主桥面按双向六车道布置，主桥钢箱梁全宽38.5m，主梁内轮廓高3.8m，标准梁段长15m；钢箱梁主体结构材质采用Q345qD，风嘴等附属结构用Q235C；桥面有效宽度为33.5m。钢混结合面位于北塔附近，并伸入主跨距北塔中心线26.5m；北边跨采用钢筋混凝土主梁，长251.5m；中跨和南边跨选用钢主梁，全长1193.5m。大桥主桥的桥型布置及钢箱梁标准横断面设计分别如图1、图2所示。

大桥主桥钢桥面铺装长度为1193.5m，行车道采用的是下层EA+上层改性双层SMA铺装方案，铺装总厚度为70mm。钢桥面铺装于2019年6月开始施工，在2019年国庆期间正式通车。

2.1 钢桥面铺装调研

为了确定本长江大桥的铺装结构形式和材料，对湖北省内4座使用环氧树脂沥青进行铺装的大跨径缆索体系钢桥面进行调研，通过对比其结构、车载条件、环境因素、病害处治及维修保养等影响因素，以充分借鉴毗邻区域钢桥面铺装的实践经验。湖北省内具体的桥面铺装调查情况如表1所示。

由表1可知，表中大跨径钢桥使用的都是双层环氧沥青混凝土铺装，通过对不同的铺装层分开进行材料设计，最大限度地发挥材料性能，以满足钢桥面高温和低温的性能要求。

2.2 气候条件

大桥地处湖北省荆州石首市境内，所处位置属亚热带季风气候区，有充沛的光能和热量，并且无霜期较长；年平均气温为15.9~16.6℃，极端最高气温为38.6℃，极端最低气温为-14.9℃；年降雨量丰富，年平均降水量为1099~1230mm，4~10月降水量占全年总降水量的74.5%。

就钢桥面整体铺装效果来说，气温变化对其影响最大，可借鉴国内部分已建成桥梁的钢桥面铺装材料设计温度(如表2所示)参考沥青铺筑温度场[9]，以确定本桥面铺装的设计温度范围。

2.3 交通荷载条件

根据调查，大桥预测交通量2020年为15683辆，2030为35116辆，至2037年为51102辆，2020~2030年交通量年平均增长率为8.40%，2030~2037年交通量年平均增长率为5.51%。预测本桥的客车占比为51%，货车占比为49%。因重车比例较大，在设计时参考湖北其他大跨径钢桥的设计数据，将设计超载比定为20%，设计超载量定在30%，以保证铺装层的力学性能可较好满足预测交通量作用。

由于交通量大，本桥通车运营后不允许因维修造成交通长时间受阻或被中断。因此，在桥面铺装设计中，应尽可能要求铺装结构具有良好的耐久性，以减少主桥桥面后期大面积的维修或整体维修。

2.4 铺装方案选择分析与设计

2.4.1选取铺装方案

对比环氧沥青混凝土(EA)、浇注式沥青混凝土(Gussasphalt ，简称GA)和改性沥青玛蹄脂碎石混凝土(Stone Mastic Asphalt，简称改性SMA)3种常用的桥面铺装材料可知，EA的密实性、水稳定性、高温稳定性、抗疲劳性能较好，但抗滑性能较差，因此可用于铺装下层；改性SMA的抗滑性能好，其他性能较差，适用于铺装上层；GA的抗滑性能一般，高温稳定性较差，其他性能较好，也可用于铺装下层。综合对比本桥以改性SMA作为铺装上层，分别对EA和GA作为铺装下层两种方案进行高温抗车辙试验，结果如表3所示。

由于石首长江大桥设计的工作温度范围是-15~70℃，根据表3试验结果，主要考虑最不利的高温条件下性能影响，下层使用EA作为铺装材料具有更好的高温抗车辙性能。基于大桥的高温稳定性、抗疲劳耐久性、大纵坡、重载交通等条件要求[8]。参考湖北省内已建成桥梁的工程经验，决定采用上层改性SMA+下层EA铺装方案。该方案具有优良的高温稳定性和耐久性，对高温重载交通有较强的适用性，同时对钢桥面板也有一定的增强作用。

2.4.2行车道铺装结构层设计

通过对比分析，行车道铺装结构层设计如下：铺装上层为40mm厚的高弹改性SMA13；铺装下层为30mm厚的环氧沥青混凝土EA10；二者间的黏层采用环氧树脂黏结剂Ⅱ型(热拌)；防水黏结层也为环氧树脂黏结剂Ⅱ型(热拌)；防腐层是在钢桥面板表面经喷砂除锈后，采用环氧富锌漆处理。详细设计及参数如图3所示。

3.1 EA10材料来源

3.2 EA10沥青混合料施工配合比设计

根据设计，环氧树脂沥青混凝土在60℃时的马歇尔稳定度≥40.0kN，同温度下马歇尔流值在1.5~5.0mm之间；在70℃时的动稳定度应≥6000次/mm；空隙率为1%~3%；其矿料级配需满足表5的技术要求。

根据目标配合比确定的最佳油石比，正负变化0.3%，拌制3种不同油石比的沥青混凝土；通过成型马歇尔试件试验，由马歇尔试验的结果确定其最佳油石比为6.3%。通过试验段检测验证以及EA10沥青混合料筛分结果验证，EA10环氧沥青生产配合比如表6所示。

4.1 环氧沥青施工组织

4.1.1防水黏结层刷涂

在界面清理完毕后，先在试验段进行防水黏结层涂布。施工时采用机械全断面刷涂施工，环氧树脂黏结剂用量为0.45~0.5kg/㎡。通过试验段施工验证，环氧树脂黏结剂主剂和固化剂温度分别控制为(25±2)℃，并采用移动式恒温房控制材料温度；施工时严格按1∶1的比例投入后，搅拌3min使其充分混合，紧接着进行机械全断面刷涂施工。

4.1.2环氧沥青EA施工

环氧沥青施工依次分为环氧沥青混合料拌和、运输、摊铺、碾压、养护等工序。通过试验段施工验证，为降低主剂和固化剂黏度，采用恒温房预热环氧树脂主剂和固化剂至(60±5)℃；采用专用混合及泵送设备，按重量比主剂∶固化剂为56∶44进行混合；将环氧树脂和沥青按同比例同时投入拌缸内；混合料干拌8s、湿拌40s，以保证充足拌和时间。按照生产配合比、拌和生产工艺进行EA沥青混合料的拌和生产，出料温度控制在170~185℃之间。钢桥面环氧沥青混合料运输距离约为20km，单幅下面层EA厚度为30mm，所需环氧沥青混合料数量约1498t。主桥钢桥面下面层EA摊铺采用2台摊铺机进行铺筑，2台摊铺机宽度组合为7.5m+8.25m。在对下面层EA进行压实时，采用3台双钢轮振荡压路机配合3台胶轮压路机及1台双钢轮振动压路机进行全过程静压。

4.1.3铺装层养护

碾压完成后及时清理现场，并封闭交通进行养护。根据试验段数据，环氧沥青混凝土采用自然条件养护，养生期不宜低于5~10d，具体时间应根据环境温度与现场马歇尔试件试验结果确定。路面碾压完成后应待其完全自然冷却，并严禁车辆通行，在养护结束后方可进行铺装上层施工。

4.2 铺装层检测

2019年10月该大桥正式通车，至今运营状况良好。通过对钢桥面沥青铺装层方案比选、施工与检测介绍，可以得出如下结论。

(1)大桥行车道桥面铺装采用下层EA+上层改性SMA双层铺装方案，能适应其结构特点、交通条件、气候特征及功能需求。

(2)环氧树脂沥青施工要根据目标配合比确定最佳的施工配合比，铺装时要采用“无水源”作业。摊铺时按半幅全断面一次性摊铺，碾压时要求初压温度≥155℃、复压温度≥110℃、终压温度≥90℃。

(3)检测结果、试验验证和目前的运营情况表明，环氧树脂沥青铺装具有良好的路用性能，适合作为长期处于高温环境中的钢桥面铺装材料。该铺装结构应用于本长江大桥的不对称结构、交通量及温度条件下的长期路用性能如何，还有待时间的考验。