钢桥面三种常用铺装方案介绍

钢桥面三种常用铺装
方案介绍
招商局重庆交通科研设计院有限公司
二〇一一年三月
1钢桥面铺装概况
近年来，随着我国基建事业的进一步投入和施工技术的提高，桥梁作为跨越江、河、谷及道路干线的便捷结构形式，得到了长足的发展，其中钢箱梁桥因其抗风稳定性能好、重量轻、工厂制造质量易于保证、安装和制造工期短等优点，现已成为目前大型桥梁的主流结构形式。

钢桥面铺装不同于一般公路沥青混凝土路面，它直接铺设在钢桥面板上，由于钢桥面板柔度大，在行车荷载与温度变化、风载、地震等自然因素共同影响下，其受力和变形较公路路面或机场道面以及其他桥型结构铺装复杂得多。

特别是在重型车辆荷载作用下，钢桥面板局部变形更大，各纵向加劲肋纵隔板、横肋（或横隔板）与桥面板焊接处出现明显的应力集中，这导致铺装层受力非常复杂，局部应变较大。

同时钢桥面板的温差大、防水防锈及层间结合要求高，这些都决定了钢桥面铺装使用条件远远苛刻于一般沥青路面，其使用寿命也要远远短于普通路面。

通常在钢桥面需要采用特殊的铺装方案，来提高桥面铺装寿命。

目前世界上钢桥面铺装使用效果较好的有三类：双层改性SMA；浇筑式沥青混凝土（GA10）+高弹SMA；双层美国环氧沥青混凝土。

现就三种铺装的特点及施工工艺做简要介绍。

2双层SMA铺装
通常桥面铺装层由防水粘结层、铺装下层、铺装上层组成，防水粘结层主要起到防止水分下渗、保护钢板和粘结钢板和铺装的作用；铺装下层通常孔隙率较小，起到防水的作用；铺装上层必须具有一定的表面构造深度，为车辆行驶提供足够的摩擦力。

2.1 铺装材料介绍
双层SMA铺装方案通常由防水粘结层、缓冲层、铺装下层和铺装上层组成，如图1所示。

图1 双层SMA桥面铺装方案
双层SMA结构相对普通沥青混合料来说具有较好的密水性和抗疲劳性能。

同时具有良好的高温抗车辙性能、随从变形性、抗滑性等。

同时SMA混合料在国内使用较为普遍，施工不需要特殊的设备，成本相对来说也不高，一般工程都能够接受。

该结构的缺点是SMA铺装在整体性和抗裂性方面的性能不如浇注式沥青混凝土，防水性能没有浇筑式沥青混凝土优越。

目前，国内采用双层SMA铺装的桥面工程，除少量情况下SMA产生车辙病害外，大部分情况下都是由于SMA 抗开裂性能不强导致沥青铺装层产生微小裂缝，随着雨水的浸入，铺装层进而产生推移和坑槽等病害。

目前，有些钢桥面铺装采用了高弹改性沥青，高弹改性沥青SMA混凝土的抗极限变形能力和抗疲劳变形能力都有了极大的提高，通常不会出现开裂情况。

但是SMA的空隙率略微偏大，很难有效阻止降水对钢桥面铺装的水损害，特别是有些边缘部位不易压实，水分下渗难以排出，在车辆行驶作用下非常容易导致病害的出现。

防腐层通常采用环氧富锌漆，上部双层环氧树脂（撒碎石），在防水的同时，可有效提高结构层间剪切强度。

由于钢桥面板在施工过程中一般会发生锈蚀，为保护桥梁结构的耐久性，在铺装前应对钢桥面进行喷砂除锈处理。

根据喷砂除锈国标GB8923-88，要求钢桥面喷砂除锈清洁度达到Sa2.5级，即“非常彻底的喷射除锈，钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，任何的痕迹应仅是点状或条纹
状的轻微色斑”。

同时，为保证防腐层与钢桥面的附着力，要求钢桥面板喷砂除锈后粗糙度达到50～100μm。

2.2 施工工艺
SMA沥青混合料国内有较多工程应用，施工简单
3浇筑式沥青混凝土（GA10）+高弹SMA
3.1 铺装材料介绍
浇筑式沥青混凝土起源于德国，已有近百年的使用历史，其最大的特点是流动成型，不需要碾压，冷却即形成强度。

具有密水性好、耐久性优、疲劳抗裂性能和随从变形能力好、整体性强、不需要碾压等优点。

常用铺装方案见图2所示。

图2浇筑式+SMA桥面铺装方案
方案二采用综合性能优良（高温稳定性、水稳性、抗滑性、疲劳性能、耐久性等）的高弹沥青SMA10作为面层。

铺装下层采用防水性能优良，具有良好疲劳性能的浇筑式沥青混凝土GA10。

浇注式沥青混凝土的特点是在施工温度条件下，沥青混合料呈流淌状态，不需要用压路机，只需要浇注式专用摊铺机摊铺整平即可，其空隙率几乎为零，完全不透水，而且沥青混合料冷却后整体性较好，强度较高。

由于浇注式沥青混凝土有
较高的沥青含量，因此具有较好的抗开裂的能力，优良的抗疲劳性能，并具备对桥面变形较好的追从性。

在德国以及日本等发达国家的规范中明确规定钢桥面铺装底层必须采用浇注式沥青混凝土铺装结构。

防水层采用最新研发的桥面防水材料体系TOPEVER®。

TOPEVER®是一种专门针对钢桥面防水而开发的丙烯酸树脂材料，对桥面防水、防腐，起保护作用，并承接铺装层，起粘结作用。

该体系由防腐底漆、TOPEVER®高分子防水涂料、二阶反应性粘结剂构成，主要功能是防护钢材结构，并承接桥面的沥青混凝土结构面层。

经过大量实验验证和工程验证，该类防水体系具有很好的密封性、耐久性，在国外，使用寿命甚至已达30年而未重行铺设。

3.2 施工工艺
4双层美国环氧沥青混凝土
4.1 铺装材料介绍
图5 桥面铺装方案三（双层环氧沥青）
方案三采用美国环氧沥青混凝土铺装结构，环氧沥青混凝土综合性能比较优良，车辙动稳定度较高，耐腐蚀性能较好，目前在国内外有大量的实体工程应用，其缺点是成本较高，并且由于其对施工环境要求非常苛刻，通常都会有施工缺陷，会造成早期病害的产生，如裂缝、鼓包等。

4.2 施工工艺
就三种方案从综合性能、施工及经济等方面进行比较，对比结果如下
铺装方案一属于国内早期常用结构，主要优点在于价格比较便宜，各种性能比普通沥青混合料要好，主要缺点在于防水性能较差和层间抗滑移性能较差。

铺装方案二中的防水体系有良好防水效果和对钢板的保护作用，方案二的结构形式密水性好，可有效避免混合料水损害的发生，能够保证桥面不被腐蚀；抗疲劳性能优越，除了在超重载交通情况下使用情况不明朗外，在正常交通情况下使用寿命较长，由于其具有优良的随从变形能力，因此在国内外有较多的成功案例：在法国、瑞士等，浇注式沥青混合料广泛应用于城市道路及桥面铺装，虽朴实无华，但坚固耐用；有的国家将浇注式沥青混凝土用于地铁站台的铺装，我国在西攀高速公路隧道工程也成功的应用了双层浇注式沥青混凝土。

但方案二高温稳定性要劣于方案一。

铺装方案三材料偏刚性，高温稳定性相当好，但抗裂性和密水性就要差一些，此外主要材料需要（环氧沥青结合料和粘结剂）全部进口。

此铺装方案最大的弱点就是对原材料、施工环境、工艺等要求相当高，施工时必须严格控制，少许的水分就会导致铺装层的严重鼓包。

正是由于一些列特殊的要求，导致环氧沥青混凝土早期由于施工原因引起的病害无法避免。

目前，已建成通车的环氧沥青混凝土桥面都或多或少存在早期病害。

此外，由于该铺装材料偏刚性，在钢桥面这种柔性支撑体系上，养护维修非常困难。

同时施工完毕后需要封闭交通养护，直到环氧沥青混凝土铺装材料达到设计强度，通常养护期长达一个月，造成大量的资金浪费。

5应用情况调查
就三种桥面铺装结构在国内外的应用情况及使用寿命进行统计，以作比较。

表2 铺装应用及使用情况比较
无论从国内，还是国外的应用情况来看，方案二应用工程远远多于方案一和方案三，使用寿命也要高于铺装方案一和方案三，三种铺装方案都已经积累下了成熟且成功的经验。

6结论
通过对上述三种方案的综合比较，认为拟推荐的三种铺装方案具有如下特点：
（1）铺装方案一有着较好密水性和疲劳性能，初期建设成本低，缺点是热稳性和耐久性略差，后期维修费用较高；
（2）铺装方案二有着较好的高温稳定性、水稳性、抗滑性、疲劳性能、耐久性等，防水粘结层具有良好的防水效果和对钢板的保护作用，浇筑式沥青混凝土结构有很好的随同钢桥面板协同变形能力，使用寿命长，初期建设成本适中，维修容易，后期维修费用低；
（3）铺装方案三高温性较好，有着较高的热稳性和耐久性，缺点是对施工水平要求较高，初期建设成本高，后期维修较困难。

从技术经济上综合分析，方案二（浇注式沥青混凝土）虽然在初期增加了投资，但是其优越的性能，保证了方案二的铺装结构更加适合于苏州斜港桥桥面铺装。

采用方案二来进行铺装，可以减少后期的养护费用，延长铺装的使用寿命。

因此建议采用方案二作为苏州斜港桥桥面维修铺装方案。

7附1：浇筑式沥青混凝土技术的应用和发展—《交通企业管理》2009年10期
浇筑式沥青混凝土（Guss Asphalt（GA）），原名为Ｇｕβ，原是“河流”之意，引申为“浇筑流淌”。

其含义浇筑式沥青混凝土具有流动性，浇筑式摊铺，一般不需要碾压，只需要简单的摊铺整平即可完成施工。

浇筑式沥青混凝土的沥青用量高（7～10％），矿质集料中矿粉含量高（20～30％），同时拌和温度很高（220～240℃），拌和时间较长（2～3min），在运输过程中也需要搅拌。

因此，浇筑式沥青混凝土具有矿粉含量高、沥青含量高、拌和温度高等“三高”特点，较多的沥青及细集料含量使粗骨料处于悬浮状态, 它与热压沥青混凝土不同的是其空隙率很小，而且内部空隙不连通[1]。

浇筑式沥青混凝土最早起源于欧洲，德国于1917 年开始研究开发浇筑式沥青混凝土， 1929年应用于苏丹尼罗河大桥桥面铺装工程。

二十世纪五十年代开始，浇筑式沥青混凝土逐渐大量的应用于建筑物防水和铺面工程中，曾应用于Oberkasseler、Mulheim、Zoo等大桥桥面铺装。

同期，在美国、日本等发达国家也得到了较为广泛的应用。

在国内，最早是由重庆交通科研设计院和重庆市智翔铺道技术工程有限公司引入德国浇筑式沥青混凝土铺装技术及配套设备，2003年在山东胜利黄河公路大桥中应用，之后在多项桥面铺装等特殊铺装工程中应用，取得了比较好的使用效果。

目前，受过国内特殊使用条件（交通、气候）的影响和原材料（沥青结合料）的限制，浇筑式沥青混凝土的综合使用性能还无法与国外产品相媲美。

1 浇筑式沥青混凝土铺装的性能优势
浇筑式沥青混凝土所具有结构特点，决定了其除了拥有沥青混凝土的性能之外，还具有不同于普通碾压沥青混凝土的特性，而这些性能优势恰恰适应了桥面铺装等一些特殊铺装工程的使用要求。

相对于普通沥青混凝土，浇筑式沥青混凝土铺装所具有的性能特点见表1。

表1 浇筑式沥青混凝土主要性能特点
现对浇筑式沥青混凝土铺装具有的主要性能优势，作进一步分析。

（1）密水性好
浇筑式沥青混凝土的空隙率接近于0，所铺筑的浇筑式沥青混凝土结构层是绝对不透水的，这是其它碾压式沥青混凝土所无法相比的。

在很多工程中，将浇筑式沥青混凝土直接作为防水层应用，或作为防水结构体系的一部分。

（2）耐久性优
浇筑式沥青混凝土具有接近0的空隙率，即使内部有微小的空隙，也是封闭不连通的。

在这种结构层中，水分的无法渗入的，水气也是无从透入。

这就避免了沥青混凝土在使用过程中由于接触空（水）气而容易老化、脆化，性能衰变，因而其耐久性比较优。

（3）疲劳抗裂性能和随从变形能力好
浇筑式沥青混凝土具有较高的沥青含量，使得铺装层在气候和交通条件作用下，具有很好的柔韧性，可以适应反复弯曲变形和与结构层的同步变形，而不会出现开裂等破坏现象。

（4）整体性强
浇筑式沥青混凝土施工采用浇筑自流成型的摊铺工艺，铺装层除了具有一定的竖向抗变形能力之外，在横向水平面内，具有较强的结合力，确保了铺装层的整体性。

（5）不会出现由于碾压所带来的病害
浇筑式沥青混凝土成型和强度，在温度冷却之后自然形成，无须碾压。

这样避免许多由于摊铺碾压所埋下的质量隐患，如温度离析、骨料离析等。

除此之外，浇筑式沥青混凝土还具有很多普通碾压沥青混凝土不具有的适用性，例如在一些在特殊路段，唯有采用浇筑式沥青混凝土结构，如人行道、中央分割带等等，这些无法采用机械碾压的区域。

2 国外应用情况
欧洲是世界上浇筑式沥青混凝土铺装技术研究和应用最早、也是最为成熟的地区。

上世纪30年代中期，德国汉堡的桥梁上就采用了浇筑式沥青混凝土(Guss Asphalt)做桥面铺装。

随之大量实体工程使用性能的验证，在欧洲很多国家的一些特殊铺装工程中，浇筑式沥青混凝土结构代替了原来的SMA铺装结构，特别是在铺装下层，得到非常广泛的使用。

在欧洲，具有代表性的应用工程有德国莱茵河克里桥、科尔勃兰特桥、Suderel桥、丹麦大贝尔特海峡桥、英国福斯公路桥、亨伯尔桥等，部分桥梁的铺装使用寿命超过30年。

欧洲的这种浇筑式沥青混凝土铺装结构在美国等北美国家也得到了比较广泛的应用，如美国西克罗恩沃大桥、曼哈顿大桥、Tommaso 大桥、加拿大摩瑞玛坎大桥等等。

上世纪七十年代中后期，日本为了解决本州四国连络桥的桥面铺装问题，由多田宏行等就桥面铺装进行了一次系统研究。

期间，以多田宏行先生为代表的铺装专家根据日本本国的特点，对德国浇筑式沥青混凝土的材料组成及相应的技术标准作了较大的调整，逐步形成了符合日本国情的一整套技术，并且在1961 年沥青铺装纲要中公布了相关的技术规范。

表2统计出了浇筑式沥青混凝土在日本桥面铺装中的应用情况，有近70%的钢桥面铺装采用了浇筑式沥青混凝土作为铺装材料。

表2 日本钢桥面铺装结构调查资料
英国福斯公路桥于1964年9月4日开通，受桥面恒载的要求，主桥的钢桥面采用单层沥青混凝土38mm厚度铺装。

在至今40多年的使用过程中，桥面铺装每8～9年局部维修一次，防水系统准备在最近的一次大修中更换。

据桥梁维修管理负责人介绍，在过去的一次大修中考虑防水系统良好的性能，只铣刨了表面
的28mm浇筑式沥青混凝土，用新料的热量熔化结合旧桥面铺装残余的沥青混凝土，在开放交通后除局部位置在多年的使用过程中需要修补，主体的桥面铺装质量是可靠的。

此外需要说明的是该桥从第一次开放交通以来，桥面交通流量逐年增加，每天的交通量达4万余，其中相当一部分是重载车辆。

丹麦的大贝尔特桥总长17.5公里，主跨1624米，是世界上最长的悬索桥之一。

该桥于1998年8月中旬开放公路交通，原铺装采用厚度为6cm的两层浇筑式沥青混凝土结构，使用寿命已经超过10年，到目前为止，使用效果良好，未出现结构性破坏现象。

在日本，比较有代表性的工程是1985年通车的大鸣门桥，1998年通车的明石海峡大桥，原桥面铺装采用3.0cm浇筑式沥青混凝土+3.5cm的密级配沥青混凝土铺装结构。

目前，使用情况良好。

同时，在08年6月欧洲浇筑式铺装技术调研中，发现浇筑式沥青混凝土除了应用于桥面铺装等特殊铺装道路铺装工程，在屋面防水、室内地板、办公桌面等方面应用的也相当普遍。

从国外桥面铺装结构和浇筑式沥青混凝土的应用情况来看：（1）浇筑式沥青混凝土的防水性能、疲劳性能及耐久性非常好，是桥面铺装的主流铺装结构；（2）浇筑式沥青混凝土在国外应用的已经较成熟、成功，对于钢桥面达到20~25年、对于混凝土桥面达到25～35年的使用寿命。

3 国内研究及应用情况
浇筑式沥青混凝土（含英国的沥青玛蹄脂混凝土）在上个世纪九十年代就引入中国，最早应用在香港的青马大桥和台湾的高屏溪大桥、新东大桥、大直桥等工程，到目前为止，使用情况良好。

该铺装技术引入大陆的时间较晚，最早应用的工程是1999年通车江阴长江大桥，采用与香港青马大桥相同的方案——英国的“浇筑式沥青混凝土”，由于当时对我国的交通气候条件考虑不充分，在交通开放的次年即出现了严重的车辙破坏。

英国所谓“浇筑式沥青混凝土”准确的称为沥青玛蹄脂混凝土（Masticasphalt），它与浇筑式沥青混凝土（Gussasphalt）有比较接近的结构组成和施工工艺，拌制的混合料都有良好的流动性，只是拌和生产工艺有所不同。

浇筑式沥青混凝土铺装技术真正在内陆应用的工程是重庆渝合高速公路隧道路面。

在浇筑式沥青混凝土铺装技术引入国内之后，重庆交通科研设计院、同济大学、东南大学、哈尔滨理工大学等科研院所对浇筑式沥青混凝土铺装技术作了比较深入、全面的研究。

2006年交通部发行的《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》（交工编字〔2006〕274号），详细列出了不同使用条件下浇筑式沥青混凝土性能技术指标及施工要求，填补了国内桥面铺装设计与施工的空白，为我国钢箱梁桥桥面铺装的设计与施工提供了技术指导。

表3 浇筑式沥青混凝土国内代表应用工程一览表
国内专家在对浇筑式沥青混凝土及其铺装结构研究的同时，根据最新的研究成果，在国内的一系列工程中应用。

截至目前为止，内陆浇筑式沥青混凝土应用
工程40余项，铺装面积超过120万平方米（江阴大桥不计），未出现大面积维修的工程。

在浇筑式沥青混凝土铺装在国内应用过程中，一些项目的成功实施，对推动浇筑式沥青混凝土铺装技术在国内的应用具有重要意义。

（1）重庆渝合高速公路北碚隧道、西山坪隧道路面
隧道路面铺装下层采用了浇筑式沥青混凝土铺装结构，首次在内陆工程中应用，开启了浇筑式沥青混凝土在内陆工程应用的先河。

（2）山东胜利黄河公路大桥桥面铺装工程
根据我国气候交通特点，提出了适宜我国气候条件的浇筑式沥青混凝土配合比设计方法及材料技术指标，首次在山东胜利黄河公路大桥钢桥面铺装中应用。

该桥于2003年7月通车，就承受前所未料到的重交通作用，在使用过程中局部曾出现了开裂、推移破坏，但经过及时处治后，经过5年的使用，整体使用性能良好。

08年11月对该桥的使用情况进行了调查，未出现新的破坏现象，见图1。

图1 山东胜利黄河大桥使用情况图
（3）江阴长江大桥桥面铺装维修工程[3]
2003年底，根据专家论证，在江阴长江大桥进行了6种类型各不相同的铺装结构，包含环氧沥青混凝土、浇筑式沥青混凝土等结构。

其中下层浇筑式+上层环氧沥青混凝土的结构，经过多年的使用，与双层环氧沥青混凝土对比，浇筑式沥青混凝土表现出了良好性能优势。

该工程采用多种铺装结构在同一苛刻条件下使用，其服务质量及使用寿命对于指导大跨径钢箱梁桥桥面铺装具有重要意义。

（4）上海东海大桥桥面铺装工程
2005年9月，国内首条跨海大桥，全长32.5km的东海大桥全桥铺装下层采
用浇筑式沥青混凝土。

该桥桥面铺装使用条件更为苛刻，高温、重载、多雨，经过三年的使用考验，未出现高温车辙等早期破坏，使用情况良好。

该工程的应用成功，为我国类似跨海大桥桥面铺装的实施提供了宝贵的经验。

2009年，10km 的上海长江大桥也采用了同样的铺装方案。

4 结论
通过对浇筑式沥青混凝土铺装技术在国内外研究及应用情况的分析、总结，认为：
（1）浇筑式沥青混凝土所具有的一些性能优势，是其它类型混凝土无法媲美的，特别是桥面铺装工程等一些特殊铺装工程中，具有很强大适用性，。

（2）浇筑式沥青混凝土在国内外得到了广泛的应用，但受内陆路面特殊使用条件（交通、气候等）的影响，其长期性能有待于进一步的验证。

（3）总而言之，浇筑式沥青混凝土铺装技术作为在国外使用成功、成熟的技术，在大陆要得到广泛、成功的推广应用，还需要建设、科研、设计、施工等单位共同地努力。

附2:关于浇筑式沥青混凝土的介绍
浇筑式沥青混凝土（Gussasphalt）属于连续级配沥青混凝土，在施工温度条件下（220～250℃），沥青混合料呈流淌状态，不需要用压路机，只需要用简单的摊铺整平机具即可完成施工，并能达到规定的密实度和平整度。

混合料本身具有细集料含量高，矿粉含量高，沥青含量高等“三高”特点，较多的沥青及细集料含量使粗骨料处于悬浮状态。

它与热压沥青混凝土不同的是其空隙率很小，而且内部空隙不连通。

浇筑式沥青混凝土具有以下优点：
①空隙率几乎为0，因而无需压实便能达到其最终强度，它不会出现因压实不足而产生的缺陷和病害；
②它既不透水，也不吸水，对含Cl-离子的溶液及经常性潮气作用之类的气候影响因素几乎不敏感，因而不会出现水损害问题，密水效果良好；
③整体性强，其呈粘弹性，对冲击及颠簸不敏感，适应桥梁在行车振动等荷载作用而不产生强度降低、松散等病害；
④空隙小，沥青结合料在气候因素影响下不易老化，因而它有较好的耐久性（使用寿命达20年以上）；
⑤浇筑式沥青混凝土沥青含量较高，因此具有良好的抗疲劳开裂能力。

德国于1917 年开始研究开发浇筑式沥青混凝土，大量应用于建筑物防水层和铺面工程中。

由于其独特的防水、抗老化性能、抗疲劳性能以及对钢桥面板优良的追从性和粘结性能，浇筑式沥青混凝土在德国等欧洲国家广泛应用于桥面铺装，具有代表性的有德国的Oberkasseler 桥、英国亨伯尔桥、瑞典霍加库斯藤大桥、丹麦大贝尔特东桥等。

1956 年日本在从德国引进浇筑式沥青混凝土技术后，以多田宏行先生为代表的铺装专家根据日本本国的特点，对德国浇筑式沥青混凝土的材料组成及相应的技术标准作了较大的调整，逐步形成了符合日本国情的一整套技术，并且在1961 年沥青铺装纲要中公布了相关的技术规范。

根据对日本国内超过300座大桥的统计资料，有近70%以上的钢桥面铺装采用了浇筑式沥青混凝土作为铺装材料。

冲绳县柏大桥，为正交异性板钢桥（开口肋），采用浇筑式沥青混凝土，已经使用20年，未发生开裂、车辙等破坏，其地区气候条件与本桥相近。

我国于20世纪90年代开始引进浇筑式沥青混凝土技术，应用于江阴长江大桥和香港的青马大桥，以及台湾的新东大桥和高屏溪大桥，江阴长江大桥、香港青马大桥由英国人设计，台湾的两座桥由日本人设计，由于对中国的交通荷载及气候条件认识不足，江阴长江大桥出现一些高温问题，香港青马大桥、新东大桥和高屏溪大桥铺装层目前使用状况良好。

重庆交通科研设计院及下属智翔公司从90年代开始了浇筑式沥青混凝土桥面铺装的研究与应用工作，并根据我国气候交通特点，对其沥青结合料性能进行改善，大幅度提高了浇筑式沥青混凝土的热稳性，并在一系列工程中得到成功应。