大跨径钢桥面环氧沥青铺装破损状况评价体系研究

陈 飞， 杨 响

(1.浙江省交通投资集团有限公司 杭金衢分公司， 浙江 杭州 310020； 2.江苏中路工程技术研究院有限公司， 江苏 南京 211800)

大跨径钢桥面环氧沥青铺装破损状况评价体系研究

陈 飞1， 杨 响2

(1.浙江省交通投资集团有限公司 杭金衢分公司， 浙江 杭州 310020； 2.江苏中路工程技术研究院有限公司， 江苏 南京 211800)

随着国内大跨径钢桥面环氧沥青铺装使用年限的增加，钢桥面环氧沥青铺装的重点将由以建设为主，到建设与养护并重，并逐渐向养护为主的方向发展。通过对一般路面技术状况评价体系进行分析，结合钢桥面铺装的特点提出了需调整、优化的评估指标，建立了钢桥面环氧沥青铺装破损状况评价体系，并推荐了江苏省大跨径钢桥面环氧沥青铺装养护方案的决策树。

钢桥面； 环氧沥青铺装； 破损状况； 评价体系； 养护方案

0 引言

自南京二桥于2001年首次引进美国环氧沥青铺装技术以来，环氧沥青钢桥面铺装技术在国内得到大量的推广应用，然而，由于高温、重载、多雨等恶劣的使用条件，不少桥面使用不久就出现了一定程度的病害，尤其是大跨径钢桥，目前均面临着大面积养护的需求。

然而，目前钢桥面铺装还没有设计、施工和养护等相关规范，其技术状况评价仍属于空白，有关于钢桥面铺装的养护规划还存在一定的盲目性，对相关养管部门的养护方案决策造成了很大难度。而且，大跨径钢桥面环氧沥青铺装的病害与传统的路面病害在主要病害类型、分布特征、发展规律等都有较大区别，现有的《公路养护技术规范》JTJ H10 — 2009、《公路技术状况评定标准》H20 — 2007、以及《公路沥青路面养护技术规范》JTJ032.2-2001都是针对一般沥青或者水泥路面而编制，不能客观、灵敏地反映桥面铺装的使用状况，不适用于评价钢桥面环氧沥青铺装的技术状况，不能有效指导其养护规划。

本文基于钢桥面环氧沥青铺装的主要病害类型、发展规律及其分布特征，结合不同病害对钢桥面环氧沥青铺装体系耐久性的影响程度，提出了适合大跨径钢桥面环氧沥青混凝土铺装的破损评价指标和权重系数，建立了适合钢桥面环氧沥青铺装破损状况的评价体系，并推荐了养护方案决策树，为管理部门的养护决策提供依据。

1 大跨径钢桥面环氧沥青铺装典型病害

本文对润扬大桥钢桥面环氧沥青铺装病害进行了连续跟踪和定期调研，通过对多功能路面采集车采集到的钢桥面铺装病害数据进行分析，结果显示钢桥面环氧沥青铺装的主要病害以修补、纵向裂缝和裂缝密集为主；横向裂缝、环形裂缝、鱼尾纹裂缝病害较少，见图1。

其中，修补病害多为坑塘修补，与传统沥青路面以车辙病害为主有较大区别，主要是由于环氧沥青混凝土是热固性材料，强度高、模量大，车辙、拥包等病害极少发生。

图1 钢桥面环氧沥青铺装主要病害类型面积占比

2 一般路面技术状况评价体系

目前，国内主要通过《公路技术状况评定标准》JTG H20 — 2007评价公路的技术状况水平，技术水平主要分为优、良、中、次、差5个等级(见表1所示)，主要通过指数MQI和相应分项指标表示，包含路面(PQI)、路基(SCI)、桥隧构造物(BCI)和沿线设施(TCI)四部分内容，其中路面状况评价包含路面损坏(PCI)、平整度(RQI)、车辙(RDI)、抗滑性能(SRI)、结构强度(PSSI)五部分内容。

表1 公路技术状况等级评价等级MQI及各级分项指标评价等级MQI及各级分项指标优≥90次≥60,<70良≥80,<90差<60中≥70,<80

其中，高速公路的路面损坏(PCI)是路面技术状况水平的重要指标之一，其权重系数分别达到0.35(沥青路面)和0.5(水泥路面)。

根据《公路技术状况评定标准》，沥青路面损坏分11类21项，水泥路面损坏分11类20项，主要分类见表2，沥青路面损坏类型权重见表3。

表2 沥青和水泥路面损坏类型类型沥青路面水泥路面类型沥青路面水泥路面1龟裂破碎板7沉陷接缝料损坏2块状裂缝裂缝8车辙坑洞3纵向裂缝板角断裂9波浪拥包拱起4横向裂缝错台10泛油露骨5坑槽唧泥11修补修补6松散边角剥落

表3 沥青路面损坏类型权重系数类型(i)损坏名称损坏程度权重(wi)计量单位1轻0.62龟裂中0.8面积:m23重1.04块状裂缝轻0.6面积:m25重0.86纵向裂缝轻0.6长度m(影响宽度:0.2m)7重1.08横向裂缝轻0.6长度m(影响宽度:0.2m)9重1.010坑槽轻0.8面积:m211重1.012松散轻0.6面积:m213重1.014沉陷轻0.6面积:m215重1.016车辙轻0.6长度m(影响宽度:0.4m)17重1.018波浪拥包轻0.6面积:m219重1.020泛油/0.2面积:m221修补/0.1面积:m2

《公路技术状况评定标准》中关于路面损坏的内容涉及了沥青路面、水泥路面和砂石路面，其中，沥青路面损害类型和权重分级主要是根据病害对路面行驶质量的影响程度来确定的。然而，该标准无法准确、灵敏、客观地评价大跨径钢桥面环氧沥青铺装的破损状况，主要原因如下：

1) 环氧沥青混凝土是热固性材料，病害类型与一般路面有较大差别；

2) 大跨径钢桥钢箱梁结构与一般路基或基层有本质区别；

3) 没有完全考虑到江苏省高温、多雨的气候特征；

4) 没有考虑到大跨径钢桥环氧沥青铺装的病害分布和发展规律。

3 钢桥面环氧沥青铺装破损状况评价体系

3.1 病害区段权重系数

3.1.1 钢桥面环氧沥青铺装病害权重分级

本文根据大跨径钢桥面环氧沥青铺装的使用条件和病害调研成果，对钢桥面环氧沥青铺装病害权重系数进行了量化评级，主要调级情况如下：

1) 沥青路面裂缝轻重程度的判定临界值为3 mm，本文考虑到江苏省多雨的气候条件和环氧沥青混凝土较低的空隙率，过宽的裂缝意味着更快的渗水速度、更高的渗水量和更长的水存留时间，对钢桥面铺装体系的受力造成极为不利的影响，故推荐将1 mm的裂缝宽度作为环氧沥青铺装开裂病害程度轻重的临界值。

2) 沥青路面对龟裂、网状裂缝和块状裂缝分轻、重等级，而本文考虑到此类病害较易引起铺装体系界面脱层，危害钢板安全，故不区分此类的病害的轻重，统一都默认为重病害。

3) 沥青路面对坑槽分轻、重等级，本文考虑到坑槽将直接导致钢板暴露，严重影响钢桥结构的耐久性，将坑槽病害一致默认为重病害。

4) 沥青路面将修补的权重系数定0.1，而本文认为沥青在高温下呈现的粘弹性特征将有利于提高新旧铺装界面的密实性，而环氧沥青混凝土为热固性材料，接缝一旦开裂，高温下无法再自愈合，故将修补病害的权重系数定为0.2。

5) 沥青路面病害中没有提到鼓包病害，然而钢桥面环氧沥青铺装的施工过程中和使用后均会产生鼓包，其是密级配类型桥面铺装混合料最主要的病害类型之一，本文将鼓包病害的权重系数定为1.0。

环氧沥青混凝土钢桥面铺装鼓包病害是在环氧沥青混合料铺装完成后产生的。施工期混入的水分逐渐蒸发成为水汽，由于环氧沥青混凝土铺装的空隙率很小(<3%)，且可能的空隙均为内部不连通孔，因此水很难挥发到铺装层外，于是逐渐形成一定的压力将铺装层顶起,形成铺装层表面的鼓包现象。

其他的常规病害，如松散、波浪拥包、泛油、车辙等病害，根据调研，此类病害在钢桥面环氧沥青铺装的并不多见，不是主要病害，若出现此类病害，可参考《公路技术状况评定标准》中的相关规定。

3.1.2 钢桥面铺装病害的区段系数

本文针对钢桥面铺装病害的分布特点，对大跨径钢桥不同区段的环氧沥青铺装破损状况建立了针对性的区段分级，具体见图2。

敏感区域;较敏感区域;较不敏感区域; 常规区域 图2 钢桥面铺装病害的区段分级

根据润扬大桥钢桥面环氧沥青铺装病害调研结果显示：下坡段的病害程度和速度都比上坡段要轻、要慢；超车道的病害程度和发展速度也远比重车道、行车道分别要轻、慢。故在相同病害程度情况下，养管部门在综合考虑经费、人员安排等因素的情况下，对超车道，紧急停靠带等不敏感区段，可以适当推迟养护措施的实施；而对重车道、行车道、上坡段等敏感区段，则应做到未雨绸缪，加强预防性养护，对各种病害彻底处治。

病害的区段权重系数反映的是钢桥面环氧沥青铺装不同位置、不同类型的病害对铺装使用性能影响的严重程度。本文建议将大跨径钢桥面环氧沥青不同位置处的病害设立区段系数，见表4，江苏大跨径钢桥面环氧沥青铺装病害的区段权重系数分级如表5所示。

3.2 钢桥面铺装破损指标

《公路技术状况评定标准》路面损坏指标PCI仍可应用于钢桥面铺装的评价体系中，但前文中已经根据大跨径钢桥面铺装的自身特点，对其病害的权重系数进行了重新分级，并设立了区段权重系数，故本文将钢桥面铺装的PCI指数称为SDPCI指标，其按下式计算：

SDPCI=100-a0DRa1

式中：a0为沥青路面采用15.00；a1为沥青路面采用0.412；DR为路面破损率，为各种损坏的折合损坏面积之和与路面调查面积之百分比,%；Ai为第i类桥面破损面积，m2；A为调查的钢桥面铺装面积(调查长度与有效路面宽度之积)，m2；wi为不同病害类型损坏的权重。

根据润扬大桥钢桥面铺装路面状况指数SDPCI和PCI分值(2009年～2012年)对比结果，采用PCI计算方法，润扬大桥钢桥面铺装破损状况处于85分以上，但实际上润扬大桥钢桥面铺装部分断裂这几年来已经历过多次大中修。采用SDPCI计算方法，分值明显低于PCI，说明其对铺装破损状况的评价将更加严，有利于钢桥面铺装养护方案的决策。

3.3 钢桥面层间异常率指标

脱层是钢桥面环氧沥青铺装的主要病害类型之一，是深层次病害。本文建议采用雷达探测分析的结果——层间异常率指标LLR，评价铺装体系的层间状况，其按下式计算：

表5 本文推荐的江苏大跨径钢桥面环氧沥青铺装病害区段权重系数表车道纵向区段病害类型权重系数重车道/行车道上坡段下坡段纵向裂缝缝宽≥1mm缝宽<1mm横向裂缝缝宽≥1mm缝宽<1mm环形裂缝鱼尾纹裂缝网状裂缝块状裂缝坑槽修补鼓包纵向开裂缝宽>1mm缝宽<1mm横向开裂缝宽>1mm缝宽<1mm环形裂缝鱼尾纹裂缝网状裂缝块状裂缝坑槽修补鼓包1.50.91.50.91.51.51.51.51.50.31.51.30.81.30.81.31.31.31.31.30.31.3超车道上坡段下坡段纵向开裂缝宽>1mm1.1缝宽<1mm0.7横向开裂缝宽>1mm1.1缝宽<1mm0.7环形裂缝1.1鱼尾纹裂缝1.1网状裂缝1.1块状裂缝1.1坑槽1.1修补0.2鼓包1.1纵向开裂缝宽>1mm1.0缝宽<1mm0.6横向开裂缝宽>1mm1.0缝宽<1mm0.6环形裂缝1.0鱼尾纹裂缝1.0网状裂缝1.0块状裂缝1.0坑槽1.0修补0.2鼓包1.0

式中：Aab为雷达探测的异常总面积；A为雷达探测范围的总面积。

采用LLR和SDPCI指标，共同评价大跨径钢桥面环氧沥青铺装的破损状况，可以对铺装体系做到“双保险”，尤其是采用层间异常率的指标可以对钢桥结构安全做到更有效的保护。

同时，根据润扬北汊桥层间状况调研结果，采用雷达探测钢桥面铺装层间脱空状况时，雷达探测结果与钢桥面铺装的人工调研结果有较大误差(表6)。根据不同雷达探测面积下的探测概率，本文建议将雷达探测脱空面积进行修正，异常面积S按下式计算(不同检测设备应对其进行不同的修正)：

S= ∑S0～1.2×7.5%+∑S1.2～3.6×22%+

∑S≥3.6×54%

表6 雷达探测脱空与实际脱空的关系雷达探测面积/m2雷达探测脱空个数该位置实际脱空个数雷达探测概率/% 0～1.24037.51.2～3.618422>3.613754

3.4 钢桥面铺装裂缝率指标

开裂是钢桥面环氧沥青铺装的主要病害之一，也是原发性病害。本文拟将裂缝率作为铺装典型病害指标，辅助钢桥面环氧沥青铺装体系的评价，从而辅助钢桥面环氧沥青铺装的养护决策。裂缝率CR按下式计算：

式中：AC为裂缝病害折算面积；A为调研车道的总面积。

根据对润扬大桥南北汊桥各个区段裂缝率的统计结果，当裂缝率超过2%时，铺装往往将需要比较大规模的病害集中处治，故本文拟将裂缝率分成两个等级，见表7。参照铺装裂缝率指标，可以更有效地指导养护方案决策，比如当铺装的SDPCI较高，而裂缝率在0～2%时，可以采取裂缝单独处治的方案；裂缝率在2%以上时，则宜采用罩面类的预防性养护技术。

表7 钢桥面环氧沥青铺装开裂分级裂缝率/%铺装开裂级别0～2轻裂>2重裂

3.5 破损状况评级

本文采用钢桥面铺装层间异常率LLR和SDPCI值双控钢桥面铺装体系的破损状况，评价等级主要分为优、良、中、可、次、差6种等级。相同SDPCI值的情况下，当层间异常率达到2%以上时，其等级将相对层间异常率不足2%的铺装调低一级。大跨径钢桥面环氧沥青铺装使用性能评价标准的矩阵图见表8。

表8 大跨径钢桥面环氧沥青铺装体系破损状况评级SDPCI评价等级LLR<2%LLR>2%SDPCI≥85优良70≤SDPCI<85良中55≤SDPCI<70中可40≤SDPCI<55可次SDPCI<40次差

根据润扬大桥北汊桥开展大中修养护的3个车道的脱空结果(见表9所示)，3幅车道的实际层间脱空率中，最小的是扬州-镇江方向重车道的脱空率1.1%，该车道是本文采用雷达探测层间异常的车道。根据计算，雷达探测的层间异常率结果为：(65.5/2835)×100%=2.3%，故本文推荐将2%的雷达检测层间异常率可以作为另一独立指标，结合PCI病害指标共同评价大跨径钢桥面铺装。当层间异常率大于2%时，为了保护钢桥面铺装体系以及钢箱梁结构的安全，养管部门应该开始做好大中修养护的准备。

表9 润扬大桥北汊桥3车道脱空分析车道脱空面积/m2脱空率/%镇江-扬州方向重车道1425扬州-镇江方向重车道31.41.1扬州-镇江方向行车道752.6

4 养护方案决策

依据钢桥面铺装破损状况，可以进行钢桥面铺装养护方案决策。首先应根据调研数据，分析铺装的SDPCI值和LLR值，确定铺装体系的破损状况等级；其次根据铺装的裂缝率和钢板锈蚀率指标，辅助对钢桥面环氧沥青铺装的养护方案决策。江苏大跨径钢桥面环氧沥青铺装养护方案的决策树见图3所示。

图3 本文推荐的钢桥面环氧沥青铺装体系养护方案的决策树

主要养护方案如下：

1) 预防性养护主要采用树脂碎石罩面的表处类方案，主要是针对铺装结构强度衰减较少，仅出现一些裂缝病害，且裂缝仅开展到铺装上面层、裂缝周围铺装无松散或松散程度较轻的情况。

2) 小修保养主要针对裂缝和坑塘病害进行处理。

3) 大中修方案依据病害发展情况，可以仅铣刨铺装上层，加铺一层，或者铣刨铺装上下两层，重新铺装两层。加铺一层可以采用加铺高弹改性沥青、高温拌合型环氧沥青混凝土和冷拌树脂混凝土3种方案。加铺两层可以采用高温拌合型环氧沥青混凝土和冷拌树脂混凝土2种方案。

5 结语

本文建立了钢桥面环氧沥青铺装病害的区段权重系数，并提出了采用SDPCI分值和层间异常率LLR指标评价铺装破损状况，建立了大跨径钢桥面环氧沥青铺装体系破损状况的评级矩阵，主要分为优、良、中、可、次、差6种等级；提出了裂缝率和钢板锈蚀率2个指标，辅助钢桥面环氧沥青铺装养护方案的决策，并推荐了江苏省大跨径钢桥面环氧沥青铺装养护方案的决策树，对钢桥面环氧沥青铺装养护技术方案的评选具有一定的参考意义。

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2016-11-02

陈飞( 1983-) ，男，工程师，主要从事高速公路建设管理。

1008-844X(2017)01-0112-06

U 443.33

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