近几年来,我国在桥梁建设中,越来越多地采用自重较轻的正交异性板钢箱梁结构。伴随着钢桥的大量兴建,钢桥面铺装一直是大跨径桥梁建设的关键工程之一。截至2015年底,国内累计完成300万m2以上的钢桥面铺装中国沥青网sinoasphalt.com。然而,随着国内钢桥面铺装路龄的不断延长,以及国内高温、重载和多雨等恶劣使用条件,且部分桥梁钢床板厚度偏薄,存在先天刚度不足和施工质量不良等因素,国内钢桥面铺装使用现状不容乐观。因此对钢桥面铺装进行长期的性能监测,及时发现铺装早期病害并处理,延长铺装寿命,提升铺装长期使用性能,是很有必要的。
南京四桥位于长江南京区段内,是多条国道主干线在南京的重要过江通道,也是南京市跨江发展的重要战略通道,对南京市的经济、社会发展有重要作用。南京四桥主桥为主跨1 418m的3跨连续钢箱梁悬索桥,桥跨布置为575m+1 418m+483m,采用扁平流线型加劲梁,是目前国内跨径最大的双塔3跨悬索桥。南京四桥于2013年12月正式通车,是首次采用复合浇注式沥青铺装结构的大跨径悬索桥。作为首次使用的新型铺装结构,其长期使用性能尤其值得关注。
长期性能观测手段
目前国内浇注式沥青铺装常见的铺装病害主要有高温车辙、疲劳开裂等病害,及时发现铺装的早期病害并及时进行处理能够有效提高铺装的使用寿命。
多功能检测车
可以对路面进行综合数据采集,并具有分析处理的能力,能快速检测路面的损坏(坑槽等)、路面车辙、构造深度、道路平整度和前方路况等信息。检测速度能够达到100km/h,裂缝检测精度达到毫米级,能够开展三维路面性能检测。
激光断面仪
激光断面仪是检测路面车辙的专业设备,可以对路面国际平整度指数、车辙进行快速有效的检测分析,包括15个高精度的激光传感器。最大测试行驶速度为110km/h,分辨率为0.05mm。
摩擦系数检测车
目前高速公路行车的安全性越来越受到重视,高弹改性沥青混凝土的表面特性变化是检测的重点内容。
WaveBounce路面探测雷达
路面雷达可以用于检测桥面铺装脱空情况,特别是用于检测桥面铺装层桥面与钢板之间的层间病害,比较有效。
铺装性能评价体系
钢桥面铺装的使用性能从不同角度反映了铺装状况对行车要求的满足或适应程度,一般可划分为结构性能和功能性能两个方面。前者主要指铺装破损状况和结构承载能力;后者主要表现为对行驶舒适、行车安全、运行经济的影响程度。
铺装层平整度和车辙深度是影响铺装层安全性和舒适性的主要性能指标。
铺装平整度评价分析
钢桥面铺装平整度是保证行车舒适性的一个重要指标,也是评价表面功能层使用性能的重要因素,于2013年、2014年和2015年分别对复合浇注式沥青铺装层平整度进行了检测。为区分不同车道,定义大桥南北方向车道为右幅,北南方向车道为左幅。按照铺装性能评价体系与铺装性能评价指标对检测结果进行分析。
从铺装平整度的检测结果来看,经过3年连续的行车荷载作用,以及夏季高温和冬季低温天气的影响,桥面行车道铺装的平整度评价结果均为优,并且3年内平整度指数未发现明显变化,表明行车道依然保持着良好的行车质量与使用质量。
横向对比每个月的平整度检测结果,可以发现行车道每个月平整度检测结果波动幅度较小,并且每个月平整度检测数据的评价结果均为优,表明铺装在连续3年的使用中均保持着稳定的性能。
铺装车辙深度评价分析
钢桥面铺装车辙深度是影响行车安全性与舒适性的重要因素,同时车辙也是浇注式钢桥面铺装比较常见的早期病害。随着车辙病害的加剧,铺装出现推移、滑移等破坏,最终导致铺装结构的破坏。在国内高温重载的交通条件下,这个过程发展的非常迅速,如果不加以重视,会严重减少铺装使用寿命和降低铺装使用性能。
复合浇注式沥青铺装是首次应用于大跨径悬索桥,为了保证钢桥面铺装的使用性能与使用寿命,对复合浇注式沥青铺装车辙病害问题进行了深入的研究。以动稳定度试验和小梁试验为基础,提出了基于动态模量和车辙试验的车辙深度预测模型,并根据大桥的预测交通量进行了车辙深度预算,根据预算结果对复合浇注式沥青铺装的车辙深度进行跟踪检测,对比分析预算深度与实测深度,为后续养护提供参考。
基于沥青混合料动态模量和车辙试验,建立区域温度分布、汽车行车速度、车道荷载特点与桥面车辙的关系。
根据大桥未来10年交通量预测数据进行车辙深度预算,与大桥2013年~2015年车辙深度实测结果进行对比。
从对比结果可以看出,2013年~2015年车辙深度实测结果与预测结果的偏差值均在1mm左右,实测结果的发展趋势基本上同预测结果的发展趋势相同。不过,该模型的准确性还需要更多数据的支撑。
从复合浇注式沥青铺装的车辙深度实测结果来看,每年车辙深度的评价结果均为优,每年车辙深度的增长幅度基本保持一致。不过,复合浇注式沥青铺装的车辙情况仍需要长期跟踪监测,保证铺装的使用性能与使用寿命。
铺装抗滑性能
铺装的抗滑性能是影响行车安全性能的另一个重要因素。浇注式沥青铺装由于具有良好的密水性,导致其表层摩擦系数与构造深度较普通沥青混凝土小。为了提高复合浇注式沥青铺装的表层抗滑性能,从集料规格、混合料级配、机制砂粗细规格等方面进行了相应的研究,采取一系列措施在保证密水性的前提下提高混合料抗滑性能。
复合浇注式沥青铺装的表层抗滑性能要求为SFC≥54。从检测结果来看,截至2014年10月,铺装的抗滑性能均满足要求,并且从2013年5月~2014年10月,铺装SFC指数从68降低至63,降低幅度较小,表明经过两年的使用,铺装的抗滑性能依然满足要求,并且保持在较好的水准,铺装的抗滑性能稳定性较好。
探地雷达检测
钢桥面铺装的一个难点就是解决铺装层与光滑的钢板之间的黏结性能,而沥青混凝土类铺装在高温下容易产生塑性变形,随着时间的变化会发展成车辙、脱层、推移/滑移等病害。因此,通过探地雷达来检测复合浇注式沥青铺装的层间黏结性能,通过厚度检测反映铺装层是否发生纵向塑性的永久变形,通过介电常数的指标区评定铺装层内部是否存在透水空隙和层间脱空现象。
复合浇注式沥青铺装的设计总厚度为7.5cm,从检测结果可以看出,铺装的总厚度在6.7~7.1cm之间,铺装整体性良好。
从介电常数的检查结果可以看出,铺装的介电常数大部分集中在9~11之间,比较均匀,无明显异常,表明铺装经过两年的使用后状况良好,无脱空、坑槽等病害。
探地雷达检测图谱显示:南京四桥钢桥面铺装各个车道图谱分层清晰,铺装结构层反射波形整齐,无其他杂波发育,反射波幅之间波形平缓,无其他波峰波谷形成,充分说明了复合浇注式沥青铺装结构层的完整性。
结语
复合浇注式沥青铺装首次应用于大跨径悬索桥,同时面临着高温重载的恶劣使用环境,为保证铺装的长期使用性能,采用多种检测手段对复合浇注式铺装进行跟踪检测,得到以下结论。
(1)经过3年的使用,复合浇注式沥青铺装的平整度、车辙深度、抗滑性能、厚度、层间黏结性能与铺装整体性均保持在较高的水平,并且衰减程度较低,说明到目前为止复合浇注式铺装的长期使用性能良好。
(2)目前国内有关铺装性能检测的方法比较多,但现有的检测评价方法各有特点。有的能够反映铺装的实际性能,但有的与实际相差很大。因此,在评价铺装使用性能时,应该从多个方面和不同的角度来进行检测,根据检测结果来综合评价。
(3)钢桥面铺装的养护应依靠科技进步,加强养护技术管理,逐步采用先进的检测仪器设备采集路况资料,开发与应用桥面管理系统,正确评价钢桥面铺装技术状况,提出科学的养护对策,积极推广应用新技术、新材料、新工艺,发展现代化的养护技术。