泰州大橋是世界首座三塔兩跨鋼箱梁懸索橋，主橋全長2160m (2×1080m)，是江蘇省「五縱九橫五聯」高速公路網的重要組成部分。泰州大橋鋼橋面首次成功實施了「下層澆築+上層環氧」剛柔復合型鋪裝方案。自2012年12月通車以來，經過6年期運營，目前鋪裝總體使用狀況良好。但隨著使用年限的增長，鋪裝表面逐步出現了一些裂紋、層間空隙、罩面脫皮等病害，基本處於施工缺陷類病害集中爆發階段，逐步步入中短期預防性養護及小修保養期。該時期是大橋橋面鋪裝管養承前啟後的階段，觀測、養護的科學化頗為關鍵，因此本文重點對剛柔復合型鋼橋面鋪裝使用性能評估及管養技術研究。
剛柔復合型鋪裝使用狀況分析
典型病害類型
通過對泰州大橋鋼橋面鋪裝的全面調查，並對主要病害類型進行了分類和梳理，結果顯示，泰州大橋鋼橋面鋪裝目前最主要存在以下兩種病害類型：
圖1 泰州大橋鋼橋面鋪裝結構（行車道）
（1）裂縫類
裂縫是鋼橋面鋪裝最主要的病害之一，主要包括縱向裂縫、橫向裂縫、局部集中微裂、施工縫開裂等。
縱向裂縫
在正交異性板U肋頂面以及焊縫上方附近等位置易產生開裂，與鋼箱梁結構和荷載有密切關係，是在車輪荷載的反覆作用下發生疲勞破壞所致，主要出現在左、右兩側輪跡帶位置，與U肋位置負彎矩區有一定的對應關係。
施工縫開裂
施工縫位置屬於鋪裝層的薄弱環節，尤其對於剛柔復合結構，上層環氧開裂後，當荷載作用在裂縫處，作用力無法擴散導致下層澆築式所受壓應力增大，產生較大塑性變形，導致裂縫修補材料承受較大剪切力，易產生二次開裂。
修補二次開裂
泰州大橋鋪裝表面病害修補及時，現場調研發現主要有裂縫修補、砸痕修補及局部罩面修補，部分裂縫修補出現二次開裂，罩面處磨損，出現縱橫交錯的反射裂縫。
（2）層間空隙
2016年～2018年通過紅外熱成像對層間粘結性能進行檢測，陸續發現42處層間存在空隙。總體上歷年來層間空隙數量呈增長趨勢，且近3年以每年平均14個層間空隙數量逐步增長，其中5處重複出現，其餘30餘處均已消失而在新位置產生新的層間空隙。對於剛柔復合型鋪裝層間空隙消失，分析其原因，可能是因為下層澆注式高溫條件下具有一定的自癒合性能，可以與粘結層及上層環氧或鋼板重新粘合，恢復層間粘結性能，使層間空隙消失。此外也可能出現層間空隙遷移現象。
圖2 泰州大橋2013~2018年層間空隙發展規律
圖3 2016~2017年層間空隙分布規律
路用性能檢測分析
本文通過路面多功能車對全橋的技術狀況進行了檢測。
（1）平整度指數（IRI）
各車道2018年平整度指數相比2016年和2017年均有所增大，但六個車道的IRI平均值均小於2.3m/km，98%段落的平整度狀況等級為「優」。整體來看，2018年常泰方向的平整度優於泰常方向。
圖4 各車道平整度（IRI）年度發展狀況
圖5 2017年、2018年全橋平整度對比
（2）車轍深度（RD）
從2016～2018年車轍數據來看，鋪裝整體車轍狀況較好，六個車道RD平均值均小於5mm，等級為優。整體來看，常泰方向車轍狀況優於泰常方向。從全橋車轍統計規律可以看出，雙向橋面車轍小於5mm的段落占總段落的98%。
圖6 各車道車轍（RD）年度發展狀況
圖7 2017年、2018年全橋車轍對比
目前泰州大橋剛柔復合型鋪裝整體使用技術狀況較好，未產生車轍、平整度等路用性能衰退問題，與其良好的交通荷載狀況有著直接關係。
技術狀況評估和養護決策體系
為了評估泰州大橋的橋面病害分布規律，掌握其使用性能衰減規律，科學指導養護決策，採用分段分區方法對橋面鋪裝破損狀況進行精細化評估。本文採用網格化方法，由北向南方向將纜索依次編號，全橋共3個橋塔，北塔（BT）、中塔（ZT）、南塔（NT），共132根纜索（1s，2s…132s）。按行車方向由左到右，將車道分為車道1、車道2、車道3，將全橋劃分為804（134×6）個單元區。
使用技術狀況網格化評估
本文採用鋪裝破損狀況指數(SDPCI)、裂縫率(PCR)、層間空隙率(PDR)、修補率指標(PMR)四種評價指標，對橋面使用狀況進行分析，使橋面養護決策有更精確的依據。
圖8 2017年、2018年各車道破損狀況指數對比
通過對泰州大橋雙向6車道橋面性能的詳細調查檢測，整橋、單幅、6個車道的 SDPCI評分均在90分以上，均處於「優」級狀態。與2017年兩方向鋪裝層的狀況指數相比，2018年鋪裝總體技術狀況評分低了0.1，總體變化不大。
目前泰州大橋整體技術狀況較好，裂縫影響面積僅12m2（裂縫影響寬度按0.2m算），裂縫率僅0.15%，整體處於「優」級狀態。
泰州大橋運營至今共發現層間空隙44處，總面積計算為0.44m2，層間空隙率PDR僅0.005%，處於「優」級狀態，且層間連接狀況評價指數SDPDR計算為99.83分，鋪裝整體層間粘結狀況較好。
目前泰州大橋整體技術狀況良好，主要對兩處火燒的地方進行了罩面修補，並對施工縫及局部微損傷進行了灌縫處治，未產生連續性結構性破損，修補率不到1%。
分級養護決策體系
為準確掌握剛柔復合型鋪裝實際使用技術狀況，支撐科學管養，結合多指標分級評估結果和剩餘性能預測，建立鋪裝養護策略，結合各鋪裝層位典型病害特徵，以及上層環氧典型開裂、坑槽，層間空隙、澆築層車轍等病害狀況，明確各階段主要養護需求和目標，制定了相應的養護方案，包括預防性養護、日常養護、結構性養護等。同時基於實際累計荷載作用下的實橋鋪裝材料自身疲勞損傷狀況，進一步校驗和預測鋪裝未來使用性能衰變情況，支撐長期科學合理的養護決策。
圖9 基於鋪裝技術狀況的養護決策
根據泰州大橋目前使用技術狀況SDPCI＞90分、裂縫率PCR＜1%、層間空隙率PDR＜1%、車轍深度DR＜10mm，同時根據剩餘壽命預測，目前鋪裝材料累計疲勞損傷＜0.3，整體處於預防性養護階段。
分層分級預防性養護技術
本文針對泰州橋剛柔復合型鋪裝不同結構層位的特點，開發了相應的預防性養護技術以及小修保養技術。
澆築層抗車轍性能提升技術
根據橋面系溫度實時監測結果，夏季高溫條件下，泰州橋鋪裝頂面極端高溫達到71.8℃，澆築層溫度高達68.2℃，鋪裝層強度顯著降低，在重載車輛反覆作用下，上層環氧受力集中，易開裂；下層澆築變軟，易產生車轍。為了保證泰州大橋的使用性能，本文針對性開發了洒水控溫技術與隔熱罩面技術。
圖10 泰州橋鋪裝夏季晴天溫度場分布情況
（1）洒水控溫技術
根據鋪裝及氣象實時溫度，並結合未來溫度和氣候狀況發展趨勢，以及鋪裝極端溫度到來時間，在極端溫度到來之前，及時洒水降溫。根據橋面系極端高溫季節溫度檢測情況來看，晴好天氣狀況下，剛柔復合型鋪裝上層環氧和下層澆築60℃以上的持續高溫時段主要集中在11:30～15:30、13:00～16:00。因此，為控制溫度上升至60℃以上，需從10:00開始進行洒水降溫，按照每1～2h一次的頻率進行洒水，其中12:00～14:00為鋪裝層極端高溫出現時段，應適當加大洒水頻率。
（2）隔熱罩面技術
樹脂隔熱罩面主要由三層樹脂和多孔碎石組成，總厚度為3～5mm。
圖11 纖維增強樹脂隔熱罩面
下層多孔微珠隔熱樹脂底層採用高滲透性樹脂為載體，負載多孔微珠，利用空腔減小材料熱傳導係數，屏蔽熱量傳遞，從而阻斷一部分熱量從上至下傳遞，從而抑制鋪裝溫度的過快升高。
多孔樹脂碎石層則優選高強度多孔碎石骨料,利用碎石連通空腔,阻斷熱量傳遞,進一步提高罩面的隔熱效果。
熱輻射型樹脂面封層以耐候性樹脂材料為載體，負載熱輻射材料，通過波的輻射形式把物體吸收的熱量，以一定的波長發射到空氣中，從而起到降溫效果。
環氧層抗裂性能提升技術
根據泰州大橋剛柔復合型結構受力特點，需提升剛柔復合型鋪裝在高應力應變條件下上層環氧的抗裂性能，同時綜合考慮微裂縫的預防性處治和表面抗滑性能的提升需求，本文開發了強度恢復型熱塑性樹脂灌縫技術、纖維增強型樹脂隔熱罩面技術。
（1）強度恢復型熱塑性樹脂灌縫技術
本文針對性開發了滲透性樹脂作為灌縫材料，具有滲透性高、強度高、變形能力強等優點，常溫5～6h即可固化，可以很好滿足「當日施工，當日開放交通」的要求。此外還開發了雙組分膠槍高壓灌縫設備，實現灌縫材料「及時配製與及時使用」，避免材料浪費；避免傳統人工塗刷方式導致鋪裝表面受到污染，保證了表面的整潔。
（2）纖維增強型樹脂隔熱罩面
纖維增強型樹脂罩面由高強滲透性樹脂封閉層和高強纖維樹脂碎石增強層組成，總厚度為3～5mm。
圖12 纖維增強型樹脂罩面
纖維增強型樹脂隔熱罩面與環氧瀝青鋪裝有較高的粘結強度，拉拔強度高達14MPa。
下層滲透性樹脂和上層耐候性樹脂在常溫23℃下的拉伸強度分別達到32.80MPa和16.84MPa，斷裂延伸率分別達到49%和28%。都具有較高的抗裂強度和一定的變形能力。
課題採用小梁彎曲試驗評價碳纖維布薄層罩面的抗裂效果，並對比了普通薄層罩面，用碳纖維布薄層罩面試件對混合料的抗裂性能有了明顯提高，彎拉強度提高了2～4倍，極限破壞應變提升2～3倍，其低溫-10℃小梁彎曲應變可達到30000με以上，彎曲破壞強度可達到72MPa。
施工和易性好，樹脂固化時間短，可當天開放交通。
圖13 纖維增強型樹脂抗裂罩面小梁增強試驗結果
層間粘結性能恢復技術
泰州大橋近期調研結果顯示，鋪裝上層環氧與下層澆築層存在層間空隙病害，且有進一步發展增多的趨勢。針對層間空隙，本文開發了鑽孔注漿養護技術，通過鋪裝層打孔並灌入樹脂材料，將環氧層重新與澆築層整體協同工作，相應研發了高性能樹脂注漿材料，具有粘結強度高、潮濕環境下粘結性能好的優點。其基本技術指標見表5：
本文依託泰州大橋，對剛柔復型鋪裝使用狀況以及性能評估與管養技術進行了研究，主要得到以下結論：
目前泰州大橋主要病害為裂縫類和層間空隙，路面整體技術狀況較好，未產生車轍、平整度等路用性能衰退問題。
課題通過網格化方法對泰州橋使用技術狀況進行了精細化評估，目前泰州橋整體技術狀況較好，處於預防性養護階段以及小修保養的關鍵時期，並形成了分級養護決策體系。
針對提升澆築層抗車轍性能，形成了洒水控溫技術與隔熱罩面技術；針對提升環氧層抗裂性能，形成了強度恢復型熱塑性樹脂灌縫技術、纖維增強型樹脂隔熱罩面技術；針對提升層間粘結性能形成了鑽孔注漿養護技術。
本文刊載 /《大橋養護與運營》雜誌 2019年 第2期 總第6期
作者 / 蔣波 孔燕 張輝
作者單位 / 江蘇泰州大橋有限公司、江蘇中路工程技術研究院有限公司