桃夭门大桥环氧沥青混凝土桥面病害成因浅析

钢桥面对环氧沥青混合料的要求

（1）良好的随从变形能力及抗疲劳开裂性能

在重交通荷载作用下，铺装层要随同钢板变形，而产生反复的挠曲变形，特别是在钢板U形加劲肋顶部对应的铺装表面将产生反复弯曲应力（应变）而开裂。因此，铺装设计要重点考虑，沥青铺装层的抗疲劳开裂性能。

环氧沥青混凝土铺装在行车荷载作用下不会轻易开裂，有学者通过室内的高低温疲劳试验表明，环氧沥青混凝土具有优越的抗疲劳性能（在经1200万次循环后未出现开裂）。

用于大跨径钢桥面铺装的环氧沥青混凝土不仅具有优越的抗疲劳开裂性能，还起到加强正交异性板的功效，可以减少钢板挠曲变形，延长钢板使用寿命。

(2) 优异的高温稳定性

冬季，架设在空中的桥梁因没有地热的缘故，温度要比路面要低；夏季，钢桥面的热储作用使得沥青铺装层的温度显著高于路面面层的温度。环氧沥青混凝土是由结合料与一定级配的集料混合而成的，与普通沥青混土不同的是，环氧沥青混凝土在低温下不会变脆，在高温下又不会变软（自由沥青从集料骨架中析出）。

有学者研究发现环氧沥青混凝土桥面铺装在高温季节不会出现车辙与推挤病害。固化后的车辙板试件在60℃基本无变形，固化四小时后试件的70℃条件下的变形不足1mm，固化八小时后的试件基本无变形。环氧沥青混凝土动稳定度随混合料固化时间的延长而增加，同温度条件下固化八小时的试件最终变形明显小于固化四小时的试件，由此可见环氧沥青混凝土铺装材料具备优异的高温稳定性，且随时间的推移而逐渐增强。

（3）防水粘结层应具有良好的粘结性能

交通荷载作用下，桥面铺装层与钢板要同步变形；气候环境条件作用下，沥青铺装结构层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。因此，要求防水粘结层使得沥青铺装层与钢板之间达到有效的粘结。

（4）优良的防腐保护作用

考虑到水份对钢板锈蚀，降低铺装结构层的耐久性和桥梁钢结构的使用寿命，在铺装设计中，还要重点考虑铺装结构体系对钢板的保护作用和防腐作用。由于环氧沥青混凝土铺装空隙率较小（一般小于3％），且存在的空隙均为内部不连通空隙，这就为钢桥面板提供一个致密的防腐保护层，能够有效防止雨水渗入铺装层内部，对钢板起到一定的防护作用。

环氧沥青混凝土用于大跨径钢箱梁桥桥面铺装主要起始于美国旧金山San Mateo-Hayward海湾大桥，由该桥长达三十多年的海盐潮湿条件下的使用情况可知，环氧沥青混凝土具有较好的防护功能，能够有效防止钢桥面板受环境腐蚀。

另外，由于环氧沥青混凝土与普通的沥青混凝土不同，其生产是一种不可逆的固化反应过程，因而对于汽车燃油与酸、碱以及盐分等化学物质有较强的抗侵蚀作用，能够在极端不利状况下保护钢桥面板。

2 桥面铺装结构

桃夭门大桥钢桥面铺装方案为“防腐层+下粘层+30mm环氧沥青混凝土+上粘层+25mm欢迎沥青混凝土”，如图1所示。工程所用的环氧树脂用A表示)和[沥青+固化剂](用B表示)(共二种，一种用来配制粘结料，用B1或BId表示；一种用于配制结合料，用B2或BV表示)皆由美国ChemCo System公司提供，各组分的技术要求就不再赘述。

3 桥面病害

桃夭门大桥于2006年1月1日通车，已运行五年，据说通车不久曾有一次桥面大修，因没有任何相关资料可供查阅，此处就不做讨论。2010年以前，桥面病害以微裂缝为主，且发展缓慢，管理单位主要采用添加固化剂的环氧树脂对裂缝及拥包开裂部位进行了灌缝处理。进入2010年以来，尤其是进入夏季后，养护单位病害调查资料显示桥面的病害数量和严重程度明显增加，采用以前惯用的简易修补方式已不能满足需要和要求，弄清楚病害产生和加剧发展的原因，对于采用合适的修补方式具有重要的指导意义。2010年11月初病害统计见表1。

表1 2010年11月桥面病害统计表

分别对路肩和行车道的病害比率进行统计(行车道病害种类较多，为了图示效果，将除纵横向裂缝意外的病害统一命名为“其他”)，如下图所示。

从图1-1和表1可以看出，路肩鼓包病害1处，结合病害调查资料，此处鼓包轻微隆起，暂未出现裂缝；网裂3处，总面积为0.376m3，每处网裂病害的范围很小，表现为交错的裂纹，病害扩展症状明显；横向裂缝2处，总长0.73m，为多条横向为裂缝的组合；纵向裂缝26条，总长10.77m，纵向裂缝的表现形式较为复杂，集中发生在距离行车道与超车道分界线40～120cm之间。结合图1-2可以看出，纵向裂缝是路肩病害的最主要形式。

从表1和图2-1、2-2可以看出，行车道病害与路肩病害一样，都是以纵向裂缝为主要表现形式，纵向裂缝的平均长度稍大于横向裂缝。结合病害调查资料，其他病害包括：2010年8月修补后开裂2处，可能是因为修补混混料压实度不足或抗疲劳性能较差引起的；修补后推移3处，表现为集料沿着行车方向推移，可见修补采用的混合料粘结性能不足，在车辆荷载的作用下粒料失稳移动；翻浆6处，结合2010年3月的病害调查记录，发现主要是由行车道较为严重的交叉裂缝或密集裂缝扩展形成的，表现形式为小范围密集裂缝处有白浆冒出；鼓包1处，鼓包病害在2010年3月时就已存在，基本没有变化；网裂6处，多条弯曲的纵向短小裂缝同向组合而成，主要出现在行车道车辆右轮迹带附近。

4 病害成因分析

(1) 鼓包 鼓包是从结构层内部向外部扩展，在铺装过程中雨水、工人的汗水或其他杂物造成了铺装层的内部缺陷，造成局部粘结不紧密，在车辆荷载的作用下粘结不紧密范围进一步扩大，导致隆起鼓包病害。

按照鼓包病害发展的过程,可分为3个阶段:①初期隆起。主要表现为表面出现圆形小范围的微小隆起现象;②中期裂缝。初期隆起的顶端三角锉状裂纹在行车荷载的循环作用下继续扩展;③塌陷。水在行车荷载产生的压力作用下从塌陷处下渗到铺装层内部,在铺装层中和钢板之间产生拍打效应,即在动水压力作用下不断冲击钢板(或粘结层),从而导致钢板锈蚀。目前桃夭门桥面的两处鼓包，分别属于初期隆起和中期裂缝阶段。

(2) 裂缝 从桃夭门大桥桥面以及国内使用有一定时期的环氧沥青桥面铺装裂缝调查资料可知,钢桥面以纵向裂缝居多,而且大多出现在纵向加劲肋和纵隔板附近,同时腹板之间也产生一定裂缝,这与钢桥面受力特性有关。根据力学分析可知,正交异性钢桥面板铺装层的最大拉应力(拉应变)均出现在铺装层表面,横向最大拉应力位于梯形加劲肋肋顶和纵隔板顶的铺装层表面附近区域,而纵向最大拉应力位于横隔板顶部的铺装层表面,同时由于纵向加劲肋间的铺装表面的高耗散能,在纵向加劲肋、纵隔板顶以及纵向加劲肋之间的铺装层表面易出现纵向开裂,横隔板顶部铺装层表面易出现横向裂缝。从桃夭门大桥桥面病害调查可知，纵向裂缝主要出现在行车道的轮迹带和行超车道的分界线上，桃夭门大桥钢箱梁并未设置纵隔板，桥面的纵横向裂缝主要是由于行车荷载造成轮迹带加筋肋及横隔板处的应力集中，随着通车时间的延长，疲劳裂缝逐渐增多。

桥面裂缝的逐渐发展，必将使雨水更容易渗入路面铺装层内部，水降低了沥青混合料内部的粘结性能、水在动车荷载作用下产生的动水压力及虹吸作用都将大大加速桥面的破坏。

使得病害扩展速度明显加快。

(3) 网裂和翻浆 桥面网裂主要是由鱼尾裂纹扩展而来，桥面出现鱼尾裂纹的原因主要是混合料的部分固化导致碾压无法达到最佳的密实度。网裂不及时采取有效的防治措施，在水分沿裂缝进入路面结构层后，混合料强度和粘结力下降，在行驶车辆作用下产生的动水压力反复冲刷下造成集料剥落松散，细集料和水产生的泥浆从裂缝冒出。

5 结论

(1) 进入2010年病害发展速度明显加快的原因是裂缝的扩展和积累使得水分进入路面结构层更加容易，水与行驶车辆的综合作用造成的；

(2) 向裂缝主要是因为U型加筋肋和横隔板的应力集中和疲劳破坏引起的；

(3) 网裂、鼓包和翻浆病害主要是因为施工过程中产生的缺陷扩展形成的；

(4) 为了减缓病害的发展，防止水分进入桥面结构层以造成钢箱梁面板锈蚀是管养工作的当务之急。

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