大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝破損狀況評價體系研究

陳 飛， 楊 響

(1.浙江省交通投資集團有限公司 杭金衢分公司， 浙江 杭州 310020； 2.江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司， 江蘇 南京 211800)

大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝破損狀況評價體系研究

陳 飛1， 楊 響2

(1.浙江省交通投資集團有限公司 杭金衢分公司， 浙江 杭州 310020； 2.江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司， 江蘇 南京 211800)

隨著國內(nèi)大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝使用年限的增加，鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的重點將由以建設(shè)為主，到建設(shè)與養(yǎng)護并重，并逐漸向養(yǎng)護為主的方向發(fā)展。通過對一般路面技術(shù)狀況評價體系進行分析，結(jié)合鋼橋面鋪裝的特點提出了需調(diào)整、優(yōu)化的評估指標(biāo)，建立了鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝破損狀況評價體系，并推薦了江蘇省大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝養(yǎng)護方案的決策樹。

鋼橋面； 環(huán)氧瀝青鋪裝； 破損狀況； 評價體系； 養(yǎng)護方案

0 引言

自南京二橋于2001年首次引進美國環(huán)氧瀝青鋪裝技術(shù)以來，環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝技術(shù)在國內(nèi)得到大量的推廣應(yīng)用，然而，由于高溫、重載、多雨等惡劣的使用條件，不少橋面使用不久就出現(xiàn)了一定程度的病害，尤其是大跨徑鋼橋，目前均面臨著大面積養(yǎng)護的需求。

然而，目前鋼橋面鋪裝還沒有設(shè)計、施工和養(yǎng)護等相關(guān)規(guī)范，其技術(shù)狀況評價仍屬于空白，有關(guān)于鋼橋面鋪裝的養(yǎng)護規(guī)劃還存在一定的盲目性，對相關(guān)養(yǎng)管部門的養(yǎng)護方案決策造成了很大難度。而且，大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的病害與傳統(tǒng)的路面病害在主要病害類型、分布特征、發(fā)展規(guī)律等都有較大區(qū)別，現(xiàn)有的《公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》JTJ H10 — 2009、《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》H20 — 2007、以及《公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》JTJ032.2-2001都是針對一般瀝青或者水泥路面而編制，不能客觀、靈敏地反映橋面鋪裝的使用狀況，不適用于評價鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的技術(shù)狀況，不能有效指導(dǎo)其養(yǎng)護規(guī)劃。

本文基于鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的主要病害類型、發(fā)展規(guī)律及其分布特征，結(jié)合不同病害對鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝體系耐久性的影響程度，提出了適合大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝的破損評價指標(biāo)和權(quán)重系數(shù)，建立了適合鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝破損狀況的評價體系，并推薦了養(yǎng)護方案決策樹，為管理部門的養(yǎng)護決策提供依據(jù)。

1 大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝典型病害

本文對潤揚大橋鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝病害進行了連續(xù)跟蹤和定期調(diào)研，通過對多功能路面采集車采集到的鋼橋面鋪裝病害數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果顯示鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的主要病害以修補、縱向裂縫和裂縫密集為主；橫向裂縫、環(huán)形裂縫、魚尾紋裂縫病害較少，見圖1。

其中，修補病害多為坑塘修補，與傳統(tǒng)瀝青路面以車轍病害為主有較大區(qū)別，主要是由于環(huán)氧瀝青混凝土是熱固性材料，強度高、模量大，車轍、擁包等病害極少發(fā)生。

圖1 鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝主要病害類型面積占比

2 一般路面技術(shù)狀況評價體系

目前，國內(nèi)主要通過《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》JTG H20 — 2007評價公路的技術(shù)狀況水平，技術(shù)水平主要分為優(yōu)、良、中、次、差5個等級(見表1所示)，主要通過指數(shù)MQI和相應(yīng)分項指標(biāo)表示，包含路面(PQI)、路基(SCI)、橋隧構(gòu)造物(BCI)和沿線設(shè)施(TCI)四部分內(nèi)容，其中路面狀況評價包含路面損壞(PCI)、平整度(RQI)、車轍(RDI)、抗滑性能(SRI)、結(jié)構(gòu)強度(PSSI)五部分內(nèi)容。

表1 公路技術(shù)狀況等級評價等級MQI及各級分項指標(biāo)評價等級MQI及各級分項指標(biāo)優(yōu)≥90次≥60,<70良≥80,<90差<60中≥70,<80

其中，高速公路的路面損壞(PCI)是路面技術(shù)狀況水平的重要指標(biāo)之一，其權(quán)重系數(shù)分別達(dá)到0.35(瀝青路面)和0.5(水泥路面)。

根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》，瀝青路面損壞分11類21項，水泥路面損壞分11類20項，主要分類見表2，瀝青路面損壞類型權(quán)重見表3。

表2 瀝青和水泥路面損壞類型類型瀝青路面水泥路面類型瀝青路面水泥路面1龜裂破碎板7沉陷接縫料損壞2塊狀裂縫裂縫8車轍坑洞3縱向裂縫板角斷裂9波浪擁包拱起4橫向裂縫錯臺10泛油露骨5坑槽唧泥11修補修補6松散邊角剝落

表3 瀝青路面損壞類型權(quán)重系數(shù)類型(i)損壞名稱損壞程度權(quán)重(wi)計量單位1輕0.62龜裂中0.8面積:m23重1.04塊狀裂縫輕0.6面積:m25重0.86縱向裂縫輕0.6長度m(影響寬度:0.2m)7重1.08橫向裂縫輕0.6長度m(影響寬度:0.2m)9重1.010坑槽輕0.8面積:m211重1.012松散輕0.6面積:m213重1.014沉陷輕0.6面積:m215重1.016車轍輕0.6長度m(影響寬度:0.4m)17重1.018波浪擁包輕0.6面積:m219重1.020泛油/0.2面積:m221修補/0.1面積:m2

《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于路面損壞的內(nèi)容涉及了瀝青路面、水泥路面和砂石路面，其中，瀝青路面損害類型和權(quán)重分級主要是根據(jù)病害對路面行駛質(zhì)量的影響程度來確定的。然而，該標(biāo)準(zhǔn)無法準(zhǔn)確、靈敏、客觀地評價大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的破損狀況，主要原因如下：

1) 環(huán)氧瀝青混凝土是熱固性材料，病害類型與一般路面有較大差別；

2) 大跨徑鋼橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)與一般路基或基層有本質(zhì)區(qū)別；

3) 沒有完全考慮到江蘇省高溫、多雨的氣候特征；

4) 沒有考慮到大跨徑鋼橋環(huán)氧瀝青鋪裝的病害分布和發(fā)展規(guī)律。

3 鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝破損狀況評價體系

3.1 病害區(qū)段權(quán)重系數(shù)

3.1.1 鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝病害權(quán)重分級

本文根據(jù)大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的使用條件和病害調(diào)研成果，對鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝病害權(quán)重系數(shù)進行了量化評級，主要調(diào)級情況如下：

1) 瀝青路面裂縫輕重程度的判定臨界值為3 mm，本文考慮到江蘇省多雨的氣候條件和環(huán)氧瀝青混凝土較低的空隙率，過寬的裂縫意味著更快的滲水速度、更高的滲水量和更長的水存留時間，對鋼橋面鋪裝體系的受力造成極為不利的影響，故推薦將1 mm的裂縫寬度作為環(huán)氧瀝青鋪裝開裂病害程度輕重的臨界值。

2) 瀝青路面對龜裂、網(wǎng)狀裂縫和塊狀裂縫分輕、重等級，而本文考慮到此類病害較易引起鋪裝體系界面脫層，危害鋼板安全，故不區(qū)分此類的病害的輕重，統(tǒng)一都默認(rèn)為重病害。

3) 瀝青路面對坑槽分輕、重等級，本文考慮到坑槽將直接導(dǎo)致鋼板暴露，嚴(yán)重影響鋼橋結(jié)構(gòu)的耐久性，將坑槽病害一致默認(rèn)為重病害。

4) 瀝青路面將修補的權(quán)重系數(shù)定0.1，而本文認(rèn)為瀝青在高溫下呈現(xiàn)的粘彈性特征將有利于提高新舊鋪裝界面的密實性，而環(huán)氧瀝青混凝土為熱固性材料，接縫一旦開裂，高溫下無法再自愈合，故將修補病害的權(quán)重系數(shù)定為0.2。

5) 瀝青路面病害中沒有提到鼓包病害，然而鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的施工過程中和使用后均會產(chǎn)生鼓包，其是密級配類型橋面鋪裝混合料最主要的病害類型之一，本文將鼓包病害的權(quán)重系數(shù)定為1.0。

環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝鼓包病害是在環(huán)氧瀝青混合料鋪裝完成后產(chǎn)生的。施工期混入的水分逐漸蒸發(fā)成為水汽，由于環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝的空隙率很小(<3%)，且可能的空隙均為內(nèi)部不連通孔，因此水很難揮發(fā)到鋪裝層外，于是逐漸形成一定的壓力將鋪裝層頂起,形成鋪裝層表面的鼓包現(xiàn)象。

其他的常規(guī)病害，如松散、波浪擁包、泛油、車轍等病害，根據(jù)調(diào)研，此類病害在鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的并不多見，不是主要病害，若出現(xiàn)此類病害，可參考《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)規(guī)定。

3.1.2 鋼橋面鋪裝病害的區(qū)段系數(shù)

本文針對鋼橋面鋪裝病害的分布特點，對大跨徑鋼橋不同區(qū)段的環(huán)氧瀝青鋪裝破損狀況建立了針對性的區(qū)段分級，具體見圖2。

敏感區(qū)域;較敏感區(qū)域;較不敏感區(qū)域; 常規(guī)區(qū)域 圖2 鋼橋面鋪裝病害的區(qū)段分級

根據(jù)潤揚大橋鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝病害調(diào)研結(jié)果顯示：下坡段的病害程度和速度都比上坡段要輕、要慢；超車道的病害程度和發(fā)展速度也遠(yuǎn)比重車道、行車道分別要輕、慢。故在相同病害程度情況下，養(yǎng)管部門在綜合考慮經(jīng)費、人員安排等因素的情況下，對超車道，緊急?？繋У炔幻舾袇^(qū)段，可以適當(dāng)推遲養(yǎng)護措施的實施；而對重車道、行車道、上坡段等敏感區(qū)段，則應(yīng)做到未雨綢繆，加強預(yù)防性養(yǎng)護，對各種病害徹底處治。

病害的區(qū)段權(quán)重系數(shù)反映的是鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝不同位置、不同類型的病害對鋪裝使用性能影響的嚴(yán)重程度。本文建議將大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青不同位置處的病害設(shè)立區(qū)段系數(shù)，見表4，江蘇大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝病害的區(qū)段權(quán)重系數(shù)分級如表5所示。

3.2 鋼橋面鋪裝破損指標(biāo)

《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》路面損壞指標(biāo)PCI仍可應(yīng)用于鋼橋面鋪裝的評價體系中，但前文中已經(jīng)根據(jù)大跨徑鋼橋面鋪裝的自身特點，對其病害的權(quán)重系數(shù)進行了重新分級，并設(shè)立了區(qū)段權(quán)重系數(shù)，故本文將鋼橋面鋪裝的PCI指數(shù)稱為SDPCI指標(biāo)，其按下式計算：

SDPCI=100-a0DRa1

式中：a0為瀝青路面采用15.00；a1為瀝青路面采用0.412；DR為路面破損率，為各種損壞的折合損壞面積之和與路面調(diào)查面積之百分比,%；Ai為第i類橋面破損面積，m2；A為調(diào)查的鋼橋面鋪裝面積(調(diào)查長度與有效路面寬度之積)，m2；wi為不同病害類型損壞的權(quán)重。

根據(jù)潤揚大橋鋼橋面鋪裝路面狀況指數(shù)SDPCI和PCI分值(2009年～2012年)對比結(jié)果，采用PCI計算方法，潤揚大橋鋼橋面鋪裝破損狀況處于85分以上，但實際上潤揚大橋鋼橋面鋪裝部分?jǐn)嗔堰@幾年來已經(jīng)歷過多次大中修。采用SDPCI計算方法，分值明顯低于PCI，說明其對鋪裝破損狀況的評價將更加嚴(yán)，有利于鋼橋面鋪裝養(yǎng)護方案的決策。

3.3 鋼橋面層間異常率指標(biāo)

脫層是鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的主要病害類型之一，是深層次病害。本文建議采用雷達(dá)探測分析的結(jié)果——層間異常率指標(biāo)LLR，評價鋪裝體系的層間狀況，其按下式計算：

表5 本文推薦的江蘇大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝病害區(qū)段權(quán)重系數(shù)表車道縱向區(qū)段病害類型權(quán)重系數(shù)重車道/行車道上坡段下坡段縱向裂縫縫寬≥1mm縫寬<1mm橫向裂縫縫寬≥1mm縫寬<1mm環(huán)形裂縫魚尾紋裂縫網(wǎng)狀裂縫塊狀裂縫坑槽修補鼓包縱向開裂縫寬>1mm縫寬<1mm橫向開裂縫寬>1mm縫寬<1mm環(huán)形裂縫魚尾紋裂縫網(wǎng)狀裂縫塊狀裂縫坑槽修補鼓包1.50.91.50.91.51.51.51.51.50.31.51.30.81.30.81.31.31.31.31.30.31.3超車道上坡段下坡段縱向開裂縫寬>1mm1.1縫寬<1mm0.7橫向開裂縫寬>1mm1.1縫寬<1mm0.7環(huán)形裂縫1.1魚尾紋裂縫1.1網(wǎng)狀裂縫1.1塊狀裂縫1.1坑槽1.1修補0.2鼓包1.1縱向開裂縫寬>1mm1.0縫寬<1mm0.6橫向開裂縫寬>1mm1.0縫寬<1mm0.6環(huán)形裂縫1.0魚尾紋裂縫1.0網(wǎng)狀裂縫1.0塊狀裂縫1.0坑槽1.0修補0.2鼓包1.0

式中：Aab為雷達(dá)探測的異?？偯娣e；A為雷達(dá)探測范圍的總面積。

采用LLR和SDPCI指標(biāo)，共同評價大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的破損狀況，可以對鋪裝體系做到“雙保險”，尤其是采用層間異常率的指標(biāo)可以對鋼橋結(jié)構(gòu)安全做到更有效的保護。

同時，根據(jù)潤揚北汊橋?qū)娱g狀況調(diào)研結(jié)果，采用雷達(dá)探測鋼橋面鋪裝層間脫空狀況時，雷達(dá)探測結(jié)果與鋼橋面鋪裝的人工調(diào)研結(jié)果有較大誤差(表6)。根據(jù)不同雷達(dá)探測面積下的探測概率，本文建議將雷達(dá)探測脫空面積進行修正，異常面積S按下式計算(不同檢測設(shè)備應(yīng)對其進行不同的修正)：

S= ∑S0～1.2×7.5%+∑S1.2～3.6×22%+

∑S≥3.6×54%

表6 雷達(dá)探測脫空與實際脫空的關(guān)系雷達(dá)探測面積/m2雷達(dá)探測脫空個數(shù)該位置實際脫空個數(shù)雷達(dá)探測概率/% 0～1.24037.51.2～3.618422>3.613754

3.4 鋼橋面鋪裝裂縫率指標(biāo)

開裂是鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的主要病害之一，也是原發(fā)性病害。本文擬將裂縫率作為鋪裝典型病害指標(biāo)，輔助鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝體系的評價，從而輔助鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的養(yǎng)護決策。裂縫率CR按下式計算：

式中：AC為裂縫病害折算面積；A為調(diào)研車道的總面積。

根據(jù)對潤揚大橋南北汊橋各個區(qū)段裂縫率的統(tǒng)計結(jié)果，當(dāng)裂縫率超過2%時，鋪裝往往將需要比較大規(guī)模的病害集中處治，故本文擬將裂縫率分成兩個等級，見表7。參照鋪裝裂縫率指標(biāo)，可以更有效地指導(dǎo)養(yǎng)護方案決策，比如當(dāng)鋪裝的SDPCI較高，而裂縫率在0～2%時，可以采取裂縫單獨處治的方案；裂縫率在2%以上時，則宜采用罩面類的預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)。

表7 鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝開裂分級裂縫率/%鋪裝開裂級別0～2輕裂>2重裂

3.5 破損狀況評級

本文采用鋼橋面鋪裝層間異常率LLR和SDPCI值雙控鋼橋面鋪裝體系的破損狀況，評價等級主要分為優(yōu)、良、中、可、次、差6種等級。相同SDPCI值的情況下，當(dāng)層間異常率達(dá)到2%以上時，其等級將相對層間異常率不足2%的鋪裝調(diào)低一級。大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝使用性能評價標(biāo)準(zhǔn)的矩陣圖見表8。

表8 大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝體系破損狀況評級SDPCI評價等級LLR<2%LLR>2%SDPCI≥85優(yōu)良70≤SDPCI<85良中55≤SDPCI<70中可40≤SDPCI<55可次SDPCI<40次差

根據(jù)潤揚大橋北汊橋開展大中修養(yǎng)護的3個車道的脫空結(jié)果(見表9所示)，3幅車道的實際層間脫空率中，最小的是揚州-鎮(zhèn)江方向重車道的脫空率1.1%，該車道是本文采用雷達(dá)探測層間異常的車道。根據(jù)計算，雷達(dá)探測的層間異常率結(jié)果為：(65.5/2835)×100%=2.3%，故本文推薦將2%的雷達(dá)檢測層間異常率可以作為另一獨立指標(biāo)，結(jié)合PCI病害指標(biāo)共同評價大跨徑鋼橋面鋪裝。當(dāng)層間異常率大于2%時，為了保護鋼橋面鋪裝體系以及鋼箱梁結(jié)構(gòu)的安全，養(yǎng)管部門應(yīng)該開始做好大中修養(yǎng)護的準(zhǔn)備。

表9 潤揚大橋北汊橋3車道脫空分析車道脫空面積/m2脫空率/%鎮(zhèn)江-揚州方向重車道1425揚州-鎮(zhèn)江方向重車道31.41.1揚州-鎮(zhèn)江方向行車道752.6

4 養(yǎng)護方案決策

依據(jù)鋼橋面鋪裝破損狀況，可以進行鋼橋面鋪裝養(yǎng)護方案決策。首先應(yīng)根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，分析鋪裝的SDPCI值和LLR值，確定鋪裝體系的破損狀況等級；其次根據(jù)鋪裝的裂縫率和鋼板銹蝕率指標(biāo)，輔助對鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的養(yǎng)護方案決策。江蘇大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝養(yǎng)護方案的決策樹見圖3所示。

圖3 本文推薦的鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝體系養(yǎng)護方案的決策樹

主要養(yǎng)護方案如下：

1) 預(yù)防性養(yǎng)護主要采用樹脂碎石罩面的表處類方案，主要是針對鋪裝結(jié)構(gòu)強度衰減較少，僅出現(xiàn)一些裂縫病害，且裂縫僅開展到鋪裝上面層、裂縫周圍鋪裝無松散或松散程度較輕的情況。

2) 小修保養(yǎng)主要針對裂縫和坑塘病害進行處理。

3) 大中修方案依據(jù)病害發(fā)展情況，可以僅銑刨鋪裝上層，加鋪一層，或者銑刨鋪裝上下兩層，重新鋪裝兩層。加鋪一層可以采用加鋪高彈改性瀝青、高溫拌合型環(huán)氧瀝青混凝土和冷拌樹脂混凝土3種方案。加鋪兩層可以采用高溫拌合型環(huán)氧瀝青混凝土和冷拌樹脂混凝土2種方案。

5 結(jié)語

本文建立了鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝病害的區(qū)段權(quán)重系數(shù)，并提出了采用SDPCI分值和層間異常率LLR指標(biāo)評價鋪裝破損狀況，建立了大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝體系破損狀況的評級矩陣，主要分為優(yōu)、良、中、可、次、差6種等級；提出了裂縫率和鋼板銹蝕率2個指標(biāo)，輔助鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝養(yǎng)護方案的決策，并推薦了江蘇省大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝養(yǎng)護方案的決策樹，對鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝養(yǎng)護技術(shù)方案的評選具有一定的參考意義。

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2016-11-02

陳飛( 1983-) ，男，工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理。

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

U 443.33

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