钢桥面铺装技术文献综述

一、政策与趋势

当前，我国钢产量出现结构性过剩，作为钢产量第一的大国，2015年，全国钢铁产能12亿吨，实际年产量在8亿吨。“十二五”期间，我国钢结构用钢量占钢产量的比例为5%~6%。

据统计，截止2014年底，全国钢结构桥梁和钢-混组合结构桥梁分别只有584座和1293座，数量占比分别仅为0.08%和0.17%，其钢材消耗分别仅占桥梁建设用钢量的1.17%和1.55%。而在国外，日本13万座桥梁中，钢桥约占41%；美国60万座桥梁中，钢桥占35%；法国钢桥和钢-混组合桥梁占比达到85%。以2014年数据测算，公路桥梁钢桥占比约为1%，若提高到10%，则可增加用钢量约353万吨/年；铁路钢桥目前占比为0.7%，若提高到10%，则可增加用钢量约483万吨/年。扣除减重（按3%计），两类钢桥每年合计可以增加810万吨用钢量。这对于缓解钢材产能过剩压力，以及未来废砼桥每年10吨/米建筑垃圾的环保压力将起到很大的积极作用。

与砼桥相比，钢桥拥有诸多优点：自重轻，节约基础投资；制造与基础同步，工期短；耐候钢解决了防锈养护问题，材质无老化，寿命长；废旧钢材是绿色资源(回炉低碳)，无建筑垃圾等。在国家大力推进供给改革，大力推进绿色环保、节能减排，全行业大力推行全寿命理念的大背景下，公路行业与钢铁行业联手，加快钢结构桥梁在公路的推广应用，意义重大。

二、发展基础

钢桥面铺装是一个世界性的难题，世界各国均对钢桥面铺装投入了较大的精力，经历了长时间的研究，依据本国的具体气候条件、交通荷载条件以及桥梁的类型，因地制宜，提出了适合本国国情的钢桥面铺装技术。比如英国提出厚38mm 的Mastic铺装；德国的浇注式铺装技术；日本厚75～85mm的浇注式＋改性沥青密级配铺装技术；美国厚50～55mm的双层环氧沥青技术。但是我们应该认识到，任何一种技术都是具有一定的适用性。

国内钢桥面铺装经过近20年的研究和大量的工程实践，钢桥面铺装的技术

力量和科研水平得到逐步提高，逐渐形成了适合于中国国情的、具有中国特色的钢桥面铺装技术。总的看来，我国的钢桥面铺装研究始于虎门大桥，到目前为止可以分为三个阶段：

第一阶段：起步摸索阶段，虎门大桥以前，伴随着国内钢桥建设的开始，整个研究处于起步阶段，对钢桥面铺装的认识不足，通常采用路面用沥青混合料进行铺筑，桥面铺装的早期损坏较为严重。其中有代表性的有西陵长江大桥（1996年8月）、虎门大桥（1997年5月）。

早期我国对钢桥面铺装的认识还处于初步摸索时期，对钢桥面铺装的温度、力学特性、使用环境、荷载、施工工艺等方面的认识还不够，主要参考路面和桥面相关研究内容。钢桥面铺装使用不久就出现严重的早期破坏现象，出现了车辙及推移病害。此后，参照德国和日本有关钢桥面铺装材料和混合料技术规范，结合我国气候和交通荷载特点，较大程度地提高了国内桥面铺装材料性能和部分技术指标，对SMA结构在钢桥面铺装中应用的关键技术及施工成套技术进行了探讨和完善，提高改性沥青性能及SMA混合料的热稳定性能，取消反应性树脂防水层，采用改性沥青防水粘结层。并在重庆鹅公岩长江大桥、宜昌公路长江大桥、武汉白沙洲长江大桥、武汉军山长江大桥、上海卢浦大桥等钢桥面铺装工程中应用。

第二阶段：技术引进阶段。随着国内钢桥建设的进一步展开，钢桥面铺装步入一个多种铺装方案研究同时展开的阶段。该阶段以技术引进为主，当时的交通部确立了以海沧大桥双层SMA铺装技术、江阴大桥Mastic方案、南京二桥美国环氧沥青方案为载体的三种铺装结构的引进工作。

2000年东南大学桥面铺装课题组和南京长江第二大桥建设指挥部合作，首次在南京长江第二大桥成功实施了环氧沥青混凝土钢桥面铺装，南京二桥桥面铺装已经成功运行了六年，打破了国外专家“中国没有能力实施环氧沥青混凝土钢桥面铺装”的断言，结束了我国钢桥面铺装通车后不久就发生大面积破损的尴尬局面。此后，润扬长江公路大桥、南京长江第三大桥等多座大跨径桥梁钢桥面铺

装相继由东南大学桥面铺装课题组负责研究和设计，也都获得了成功。2005年以后，国内的钢桥建设步入顶峰，一大批世界级的跨江、跨海桥梁建成投入使用，国内钢桥面铺装的研究也获得较大的突破，取得了一系列的研究成果。美国环氧沥青技术在众多世界级桥梁上得到应用，其中最有代表性的当数苏通大桥（2007年10月）（世界第一斜拉桥），西堠门大桥（2008年10月）（世界第二悬索桥），杭州湾大桥航道桥（2007年10月）（世界第一长桥）。

1999年通车的江阴长江大桥采用英国人设计的单层MA铺装，防水粘结层引用了日本常规的沥青材料，通车一年后即出现了严重的高温稳定性病害，在反复修补和应用中，2003年江阴大桥原桥面铺装已基本全部替换。2002年引入的GA浇注式铺装方案经过国内研究部门的深入研究后利用复合改性技术，提高混合料的综合性能，并相继在一批跨江大桥上得到了推广应用，其中有代表性的有东营胜利黄河大桥、安庆大桥、重庆菜园坝大桥等。

第三阶段：深入研究和发展阶段。2010年前后，随着我国钢铁产量的提升，钢桥建设得到了全面的推进，在吸收前10年经验教训的基础上，我国钢桥面铺装步入了深入研究和百花齐放的阶段。美国双层环氧沥青铺装、浇注式沥青铺装和ERS组合式沥青铺装均在不同的跨江桥梁上得到了应用。此外还有国产环氧沥青方案、日本环氧沥青方案等一些新材料、新工艺也在进行研究推广。如2010年通车的鄂东大桥和荆岳大桥，2011年通车的崇启大桥，均采用美国双层环氧沥青铺装结构；2012年通车的南京长江四桥，2013年通车的马鞍山长江大桥，均采用浇注式沥青铺装方案；2012年通车的泰州大桥，采用下层浇注式沥青+上层日本环氧沥青的铺装结构；2013年通车的嘉绍大桥采用ERS组合式铺装结构。

组合式（ERS）钢桥面铺装技术在分析国内早期SMA钢桥面铺装发生的主要病害原因的基础上，充分发挥当前国产材料优点，扬长补短，有针对性的解决方案。组合式钢桥面铺装方案是我国完全具有自主知识产权的铺装结构形式，组合式钢桥面铺装主要由EBCL层＋RA层＋SMA层三层组成，总厚度为6.0～7.5cm，组合式钢桥面铺装代表了一种新的钢桥面铺装研究思路。

目前国内钢桥面铺装方案已基本趋于成熟，各大主流铺装方案均已形成具有中国特色的铺装结构形式。总体上来说，国内钢桥面铺装总体思路主要有以下几点。

（1）提高界面粘结性能，包括铺装层与钢板之间的粘结性能和铺装层之间的粘结性能，保证铺装层能够形成完整的整体；

（2）强化铺装下层的功能性，比如浇注式沥青铺装中下层浇注式属于铺装防水体系的一部分，组合式钢桥面铺装中下层RA属于刚性过度和隔热层；

（3）铺装上层选用易于养护的高性能材料，大部分铺装上层采用SMA，也有部分采用其他类型混合料；

（4）提高铺装层与钢板的协同变形能力，保证铺装层与钢板之间形成一个整体来承受荷载，也能保证铺装层的荷载能够完全传递至钢板。

2.1环氧沥青钢桥面铺装

目前用于我国钢桥面铺装的环氧沥青铺装结构主要有美国环氧沥青铺装、日本环氧沥青铺装和国产环氧沥青铺装三种。

2002年通车的南京长江二桥是最早应用美国双层环氧沥青铺装的跨江大桥，随着南京二桥环氧沥青铺装的成功应用，21世纪前10年，大部分跨江大桥均采用了美国环氧沥青铺装结构，而美国环氧沥青铺装也随着大范围的应用取得了长足的进步，截至2016年，美国环氧沥青铺装已改进至第9代产品。国产环氧沥青铺装起步较晚，主要是参照美国环氧沥青铺装进行了一系列的本地化改进，价格优势比较明显，但是在材料稳定性和应用范围存在欠缺之处。日本环氧沥青铺装结构相比与美国环氧沥青铺装来说，提高了集料加热温度和混合料温度，延长了施工允许时间，缩短了养生时间，但是价格也有不小的增加。国内日本环氧沥青铺装的应用较其他铺装结构要少，泰州大桥铺装上层采用日本环氧，2012年通车至今，上层使用情况依旧良好。南京二桥北往南方向重车道采用双层日本环氧沥青铺装进行维修。

值得注意的是，自2002年南京长江二桥成功通车以来，至2010年，我国新

建桥梁钢桥面铺装中美国环氧沥青铺装所占比例超过60%，而2010年后，我国

新建桥梁钢桥面铺装中美国环氧沥青铺装所占比例大幅下降，已不足30%。

表2.1-1部分采用美国环氧沥青铺装的桥梁

桥名地点建成年份主梁及桥面板类

型

桥面钢厚

度(mm)

铺装厚

度(cm)

南京长江二桥南京2000钢箱梁/正交异性14 5.0

润扬长江公路大桥镇江2004钢箱梁/正交异性14 5.5

南京长江第三大桥南京2005钢箱梁/正交异性14～16 5.0

苏通长江公路大桥南通2007钢箱梁/正交异性14 5.5杭州湾跨海大桥宁波2007钢箱梁/正交异性14 5.0武汉阳逻大桥武汉2007钢箱梁/正交异性14 5.0西堠门大桥舟山2008钢箱梁/正交异性14 5.0坝陵河大桥贵州2009钢桁架/正交异性14 5.0珠江黄埔大桥广州2009钢箱梁/正交异性14 5.0

鱼嘴大桥重庆2009钢箱梁/正交异性14 5.0

鄂东大桥黄石2010钢箱梁/正交异性14 5.0

荆岳大桥荆州2010钢箱梁/正交异性14/16 5.0

崇启大桥启东2011钢箱梁/正交异性16 5.0

我院在环氧沥青铺装方面的研究比较全面，在科研、检测、养护等各方面均有相应的研究工作，并制定了双组份环氧的地方标准和大跨径钢桥环氧铺装的养护指南。在近几年，我院针对崇启大桥、斜港大桥、南京长江三桥等桥梁钢桥面铺装进行了相应的研究工作，但相比于竞争对手来说，所做的研究工作相对较少。

●《崇启大桥多孔大跨径连续钢箱梁桥面铺装体系研究》（已鉴定，国际先进）

●《双组份环氧沥青钢桥面铺装施工技术规范》地方标准编制

●泰州大桥钢桥面铺装施工监理项目（日本环氧沥青铺装）

●常州西绕城、南京南站、润扬大桥环氧沥青钢桥面铺装技术服务

●鱼嘴大桥环氧沥青钢桥面铺装施工监理

●润扬大桥钢桥面铺装科研试验段施工管理

●润扬大桥、阳逻大桥、南京三桥环氧沥青钢桥面铺装养护技术咨询

2.2浇注式沥青钢桥面铺装

我国浇注式沥青铺装应用始于1997年江阴长江大桥和香港青马大桥，采用

英国单层MA浇注式沥青铺装结构。在江阴大桥通车后不久，铺装表面即产生

纵向裂缝和车辙病害。江阴大桥铺装早期病害除了高温重载的影响外，我国早期对钢桥面铺装的认识不深也是一个原因。2002年引入了以德国技术为主的GA 浇注式沥青铺装结构，采用聚合物改性沥青进行浇注式沥青混合料施工，并根据国内铺装使用情况，采用了GA+SMA的铺装结构形式，成功应用于安庆长江大桥、黄河胜利大桥、重庆朝天门大桥等。2008年南京四桥引入了以日本技术为主的GA浇注式沥青铺装结构，采用直馏沥青+TLA混合料后沥青进行浇注式沥青混合料施工，同时期建设的泰州大桥也采用了该种GA浇注式沥青，均获得了成功的应用。2009年世界级工程港珠澳大桥在英国单层MA浇注式沥青铺装的基础上，根据我国钢桥面铺装研究经验与使用特点，研究采用了GMA浇注式沥青铺装结构，即采用GA的生产工艺来进行MA的生产，并于2017年成功应用于港珠澳大桥。

随着材料性能的发展，浇注式沥青混合料的高温性能也得到了明显提升，由于浇注式沥青铺装具有良好的防水性能、低温弯曲性能和疲劳性能，同时浇注式沥青铺装的施工和养护相比环氧沥青铺装来说要更便利，因此，近5年内浇注式

沥青铺装的应用要远远多于环氧沥青铺装。

表2.2-1部分采用浇注式沥青铺装的桥梁

名称主梁类型通车年份铺装材料香港青马大桥钢桁架梁199740mm单层MA

江阴长江大桥钢箱梁199938mm单层MA 山东胜利黄河大桥双钢箱梁2003GA+SMA

安徽安庆长江大桥钢箱梁2004GA+SMA

湖南三叉矶大桥钢箱梁2006GA+SMA

重庆菜园坝大桥钢箱梁2007GA+SMA

南京长江四桥钢箱梁2012PGA+高弹改性沥青混合料

泰州长江大桥钢箱梁2012PGA+日本环氧沥青

安徽马鞍山大桥钢箱梁2013GA+SMA

武汉沌口大桥钢箱梁2017GA（压入碎石）+SMA

我院自2008年开始参与南京四桥浇注式钢桥面铺装研究，对浇注式沥青铺装的研究已持续近10年，取得了一系列的研究成果，编制了复合浇注式沥青铺装地方标准。

●部省联合攻关项目《南京四桥复合浇注式沥青钢桥面铺装技术引进及研究（专题三）》（已验收，国际先进）

●《复合浇注式沥青钢桥面铺装设计与施工技术规范》地方标准的编制

●南京四桥复合浇注式沥青钢桥面铺装试验项目

●泰州大桥钢桥面铺装施工监理项目

●《PGA+AC钢桥面铺装在市政工程中的应用研究》科研项目

●武汉市四环线沌口长江公路大桥浇注式沥青钢桥面铺装施工监控项目

2.3组合式钢桥面铺装方案（ERS）

树脂沥青组合体系（简称“ERS”）钢桥面铺装技术属于国内自主创新技术，具有完全自主知识产权，是我国钢桥面铺装技术难题的成套解决方案。其典型结构（如图2.3-1所示）由EBCL、RA05和高黏改性沥青SMA组成，其中EBCL （Epoxy Bonding Chips Layer）作为防水、抗滑粘结层，主要起到保护钢板、提高界面剪切强度的作用；RA05（Resin Asphalt）作为刚度过渡层，主要起到刚度过渡、均布承载和隔温的作用；SMA作为表面功能层，主要起到改善行车舒适性的作用。ERS刚桥面铺装具有良好的使用性能和寿命，同时具备良好的行车舒适性和安全性，并具有养护时间短、后期维护方便且维护费用低等优势

图2.3-1ERS钢桥面铺装典型结构

ERS始于2005年西陵长江大桥桥面铺装翻修时形成的设计理念，自2007年开始推广应用，目前已有近30座大跨径钢桥及城市跨线桥采用此项技术，涵盖了南方多雨地区及北方严寒地区，形成了成熟的铺装设计、施工、验评技术体系。具体情况如表2.3-1所示。

表2.3-1采用ERS钢桥面铺装的桥梁列表

桥梁名称桥梁类型跨径实施时间西陵长江大桥悬索桥900m2005年杭州湾跨海大桥海中平台匝道桥连续梁桥/2007年芜湖临江桥单塔斜拉桥190m2007年

杭州江东大桥悬索桥420m2008年

宁波庆丰桥悬索桥334m2008年

广州猎德桥悬索桥386m2008年

宁波青林湾桥斜拉桥380m2009年

长兴上莘大桥连续钢桁架224m2009年宜昌大桥悬索桥926m2010年锦州云飞大桥拱桥/2010年辽河大桥斜拉桥436m2010年宁波明洲大桥拱桥6502011年

象山港大桥双塔斜拉桥6882012年

嘉绍大桥6塔斜拉桥2680m2013年

鸭绿江大桥斜拉桥/2014年

斜港大桥钢箱梁桁架拱桥/2015年

2.4钢-混凝土组合钢桥面铺装方案

钢-混凝土组合结构桥梁是指将钢梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接成整体并考虑共同受力的桥梁结构形式。近20年来，组合结构桥梁在我国取得快速发展。由于施工速度快、施工成本低且桥面具有良好的整体性，组合结构桥于20世纪90年代开始逐步应用于城市桥梁及跨线桥梁中。

（1）STC超高性能轻型组合桥面铺装

为解决传统钢桥桥面铺装易损、正交异性钢桥面板疲劳开裂和钢-混凝土组合梁自重大、负弯矩区易出现受拉开裂等问题，湖南大学邵旭东研究团队自主研发了超高韧性混凝土STC及轻型组合结构，并应用于广东肇庆马房大桥、佛山佛陈大桥、株洲枫溪大桥、北京通州北关大桥及天津海河大桥等工程中。

超高韧性混凝土（Super toughness concrete，简称“STC”）是经组分优化并密配钢筋后，具有高抗拉强度和高抗拉韧性的一类超高性能混凝土（ultra-high performance concrete，简称“UHPC”），是正交异性钢桥面上专用的混凝土材料。

目前国际上报道的UHPC通常是指活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，简称“RPC”），抗压强度在150MPa以上、使用寿命超200年。RPC（UHPC）主要由硅灰、水泥、细集料及钢纤维等材料组成，按最大密实度理论，使材料内部的缺陷（孔隙与微裂缝）减至最少，以获得由其组成材料所决定的最大强度及其优异的耐久性。总体来说，STC既属于UHPC，但在抗裂、收缩等方面又优于目前市场上的UHPC。

超高性能轻型组合桥面以35~60mm的密配筋STC薄层替代部分原沥青铺装层，并且通过钢桥面板上焊接的剪力钉将钢桥面板与薄层STC紧密连接形成新的组合桥面结构，如图2.4-1所示。与传统正交异性钢桥面板相比，该新型组合桥面结构具有两个特点：一是可明显提高桥面板刚度，从而大幅改善桥面铺装层工作环境，延长铺装层使用寿命，从根本上解决正交异性钢桥面板铺装层易破坏问题；二是STC层与正交异性钢板协同受力，可明显降低局部车轮荷载作用下正交异性钢板中疲劳应力幅，提高桥面结构局部及整体力学性能，从而显著降低传统正交异性钢桥面板易疲劳开裂的风险。

图2.4-1超高性能轻型组合桥面

（2）高韧性轻质混凝土的组合桥面铺装

武汉理工大学丁庆军研究团队研发出一种基于高韧性轻质混凝土的刚性铺装层材料下面层的钢桥面铺装技术方案，即在钢箱梁桥面铺装上面层和钢桥面板之间设置一层集结构与功能为一体的高韧性轻质混凝土，同时在钢桥面板上焊接剪力连接件，在剪力连接件上绑扎钢筋网，提高刚性铺装下面层与钢桥面板之间的协同变形性能、铺装组合层的静力学性能、疲劳性能及其与钢板之间的界面抗

剪强度。本方案的结构示意图如2.4-2所示。

图2.4-2刚性下面层钢箱梁桥面铺装结构示意图

该铺装层材料是由轻质多孔的粗集料配制而成的，干表观密度在1950kg/m3以下，将其用于钢桥面铺装具有重量轻、韧性高、变形性能好、结构致密、保温隔热等优点。