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摘要：我国经济发展持续向好，国家对交通方面的投资持续加大，桥梁作为交通线路上的重要节点，在建设中也得到很多的技术进步。当然出现的施工质量不足，也得引起重视。目前组合桥面研究受到国际桥梁界高度关注，本文就超高性能轻型组合桥面结构的应用作具体的论述，希望能给大家一定的启发。
关键词：钢桥面铺装;超高性能混凝土;超高性能轻型组合桥面
1前言
我国桥梁工程技术不断发展，桥梁面层铺装质量是后期使用的关键。钢桥面铺装层质量问题在我国出现不少，并且后果严重。如钢结构疲劳裂缝：很多的钢桥面板使用不到十年就出现面板裂缝，或者纵肋焊缝出现疲劳裂缝。又如铺装面层频繁破损：铺装层在交通荷载下，一般使用五到八年，轮迹带就出现车辙或者较大槽坑。国内最典型的是武汉白沙洲长江大桥建成通车后十年间的 24 次维修，平均不到一年要修两次。当然这些病害也是全球钢桥面铺装的难题，因此探索研究超高性能轻型组合桥面结构应用具有重要的价值。
2沥青类面层铺装使用寿命不长的原因
（1）重载、高低温变化、雨水产生的耦合效应——沥青在低温天会硬化，弹性模量会增加十倍，呈现高应力状态。高温天的沥青会在七十度软化，叠加碾压荷载，会使铺装层内部损伤，出现车辙。两者同时作用，导致细微的裂纹，在大自然雨水的侵入后，会加速损坏;（2）正交异性钢桥面的构造细节出现应力集中现象、焊接产生的应力很难估计、疲劳应力幅大;（3）钢桥面和沥青混合材料的膨胀系数不一样，造成两层之间黏结不紧密，车轮碾压后，轮迹两边会裂开缝隙，钢结构也会产生裂缝。
3超高性能轻型组合桥面结构
湖南大学在2010年成功研发UHPC强化钢桥面技术，它和钢结构比，没有焊接残余应力问题;和普通混凝土施工比较，具有超长的耐久性及很高的强度。后来又在UHPC强化钢桥面技术的基础上，提出了“钢-超韧混凝土STC轻型组合桥面结构”——先在钢面板上设置短栓钉和钢筋，再铺35-60mm超韧混凝土结构层，最后铺装6-40mm面层。通过“静力和疲劳性能试验”验证测得STC开裂前的抗拉强度为30-42MPa;STC疲劳抗拉能力：拉应力幅0.0-21.3MPa，310万次未开裂。STC结构很大程度上提升了钢桥面的局部刚度，达四十倍以上，延长了钢桥面疲劳寿命超三倍。
3.1材料与关键技术
（1）以UHPC为基础，研发了钢桥面专用的超韧混凝土STC。具体是在超高性能混凝土UHPC内掺混杂纤维，配合密集配筋，做成超韧混凝土STC，使材料的抗拉强度可以从约8MPa提升到30-42MPa;后掺纳米材料，进行蒸汽养护，收缩应变可以从约800με缩小十倍，到80με，确保了超韧混凝土STC能抵抗钢桥面上的高拉应力。
（2）针对薄层组合界面剪应力大，提出了适宜的矮剪力键形式和计算公式。①常规栓钉→（矮剪力键）→短栓钉。②超高性能混凝土中短剪力钉的设计计算公式： S-N疲劳曲線、抗剪承载力、疲劳断裂寿命、滑移增长率。从而在设计方面确保STC层于钢板牢固结合。
（3）在宽幅大胯桥梁应用时，STC层需分次浇筑，在接缝位置会断开，导致接缝成为结构薄弱断面。如若采用常规平接缝方案，STC的抗拉强度为7.9MPa，而采用异形钢板强化接缝，STC抗拉强度可达到23.5MPa，提高约三倍。
3.2工程质量验证
2011年STC轻型组合结构桥面结构第一次实桥施工，应用于广东肇庆的马房公铁两用桥桥面翻修工程中。工程将第11跨作为STC试验跨施工铺装层（STC施工流程：焊接桥面短栓钉→钢筋网及焊钉→桥面现浇50mm厚STC层→STC桥面高温蒸汽养生）。其他跨还有四种方案：第1-9跨的橡胶沥青、第10跨的日本环氧沥青、第12跨的SPS夹心层，13-14跨的聚合物沥青。在2015年进行检查时STC完好，橡胶沥青和日本环氧沥青都开裂，SPS夹心层和聚合物沥青，严重破损，后仅保留STC和日本环氧沥青两跨，其余重铺日本环氧沥青。2017年再次检查，第11跨的STC依然完好，其他跨的日本环氧沥青破损开裂。
国家级权威检测机构中国铁道科学研究院检测中心在2011年、2012年、2014年对马房桥做了3次加载检测。检测结论：未见STC开裂破损现象;STC完成后，钢构件应力明显下降，相对于原铺装状态，应力降幅达80%-92%。
业主看到检测结论及良好的应用效果后也证明STC轻型组合结构桥面是施工五种方案中唯一未出现裂缝或者破损的方案。
2013年11月鉴定委员经过上桥查勘，没有发现裂缝。结论为：经过对比，使用效果明显优于其他铺装方案，已达到国际上先进水平，有广阔的应用前景。
3.3工程投资方案分析
目前主跨径为1480m的洞庭湖二桥悬索大桥65000平方米面层铺装经济性分析：STC与主结构同寿命，结构层免维护，保修30年，沥青磨耗层寿命10年，100年内需更换10次沥青磨耗层，更换沥青磨耗层（含清除）价格为100元/m?;ERS寿命周期为5-6年。
洞庭湖二桥是新建桥，可以用新技术整体优化投资方案，虽然STC铺装单价略高于ERS铺装方案，但是钢桥面钢板厚度相对薄，能使初期投资降低。值得注意的是STC铺装方案的全寿命周期成本上仅占ERS方案的11%左右，且更适应钢桥面板应力复杂、疲劳敏感、使用条件苛刻等问题。
除了在新建桥中的应用，在桥面后期养护费用方面，广东省交通设计院对汕头市的礐石大桥，做过50年内养护费用对比，结果显示SMA+STC费用最低，SMA+浇筑时沥青砼其次，双层环氧沥青费用最高。
4总结
在桥梁工程建设中，超高性能轻型组合桥面结构至今已经成功应用在了十多座钢桥的面层铺装上，涉及到梁、拱、斜拉和悬索桥四种基本桥型，至今没有出现裂缝。经使用STC强化后，钢桥面的应力平均能下降50%，钢结构疲劳开裂的风险很大程度上降低，且以后翻修快，对交通干扰影响小。选用超高性能轻型组合桥面结构能在不使自重增加的前提下，增加桥面系刚度，且工程投资方案比选最优。可以预见在不久的将来，超高性能轻型组合桥面结构在桥梁工程建设中将得到广泛应用。
参考文献
[1] 超高性能混凝土在中国的研究和应用[J]. 王德辉，史才军，吴林妹. 硅酸盐通报. 2016（01）
[2] 钢-薄层RPC组合桥面结构栓钉的抗剪性能[J]. 邵旭东，周环宇，曹君辉. 公路交通科技. 2013（04）
[3] STC钢桥面铺装新体系的力学计算与实桥试验对比分析[J]. 李嘉，冯啸天，邵旭东，王懿，曹君辉. 中国公路学报. 2014（03）
[4] 马房大桥钢桥面的沥青混凝土铺装研究[J]. 王育清，谢明. 交通科技. 2005（01）
作者简介 ：廖奇（1982-），男，汉，四川成都人，本科，职称：工程师，研究方向：市政工程。
四川山江建工集团有限公司 四川 成都 610000
关键词：钢桥面铺装;超高性能混凝土;超高性能轻型组合桥面
1前言
我国桥梁工程技术不断发展，桥梁面层铺装质量是后期使用的关键。钢桥面铺装层质量问题在我国出现不少，并且后果严重。如钢结构疲劳裂缝：很多的钢桥面板使用不到十年就出现面板裂缝，或者纵肋焊缝出现疲劳裂缝。又如铺装面层频繁破损：铺装层在交通荷载下，一般使用五到八年，轮迹带就出现车辙或者较大槽坑。国内最典型的是武汉白沙洲长江大桥建成通车后十年间的 24 次维修，平均不到一年要修两次。当然这些病害也是全球钢桥面铺装的难题，因此探索研究超高性能轻型组合桥面结构应用具有重要的价值。
2沥青类面层铺装使用寿命不长的原因
（1）重载、高低温变化、雨水产生的耦合效应——沥青在低温天会硬化，弹性模量会增加十倍，呈现高应力状态。高温天的沥青会在七十度软化，叠加碾压荷载，会使铺装层内部损伤，出现车辙。两者同时作用，导致细微的裂纹，在大自然雨水的侵入后，会加速损坏;（2）正交异性钢桥面的构造细节出现应力集中现象、焊接产生的应力很难估计、疲劳应力幅大;（3）钢桥面和沥青混合材料的膨胀系数不一样，造成两层之间黏结不紧密，车轮碾压后，轮迹两边会裂开缝隙，钢结构也会产生裂缝。
3超高性能轻型组合桥面结构
湖南大学在2010年成功研发UHPC强化钢桥面技术，它和钢结构比，没有焊接残余应力问题;和普通混凝土施工比较，具有超长的耐久性及很高的强度。后来又在UHPC强化钢桥面技术的基础上，提出了“钢-超韧混凝土STC轻型组合桥面结构”——先在钢面板上设置短栓钉和钢筋，再铺35-60mm超韧混凝土结构层，最后铺装6-40mm面层。通过“静力和疲劳性能试验”验证测得STC开裂前的抗拉强度为30-42MPa;STC疲劳抗拉能力：拉应力幅0.0-21.3MPa，310万次未开裂。STC结构很大程度上提升了钢桥面的局部刚度，达四十倍以上，延长了钢桥面疲劳寿命超三倍。
3.1材料与关键技术
（1）以UHPC为基础，研发了钢桥面专用的超韧混凝土STC。具体是在超高性能混凝土UHPC内掺混杂纤维，配合密集配筋，做成超韧混凝土STC，使材料的抗拉强度可以从约8MPa提升到30-42MPa;后掺纳米材料，进行蒸汽养护，收缩应变可以从约800με缩小十倍，到80με，确保了超韧混凝土STC能抵抗钢桥面上的高拉应力。
（2）针对薄层组合界面剪应力大，提出了适宜的矮剪力键形式和计算公式。①常规栓钉→（矮剪力键）→短栓钉。②超高性能混凝土中短剪力钉的设计计算公式： S-N疲劳曲線、抗剪承载力、疲劳断裂寿命、滑移增长率。从而在设计方面确保STC层于钢板牢固结合。
（3）在宽幅大胯桥梁应用时，STC层需分次浇筑，在接缝位置会断开，导致接缝成为结构薄弱断面。如若采用常规平接缝方案，STC的抗拉强度为7.9MPa，而采用异形钢板强化接缝，STC抗拉强度可达到23.5MPa，提高约三倍。
3.2工程质量验证
2011年STC轻型组合结构桥面结构第一次实桥施工，应用于广东肇庆的马房公铁两用桥桥面翻修工程中。工程将第11跨作为STC试验跨施工铺装层（STC施工流程：焊接桥面短栓钉→钢筋网及焊钉→桥面现浇50mm厚STC层→STC桥面高温蒸汽养生）。其他跨还有四种方案：第1-9跨的橡胶沥青、第10跨的日本环氧沥青、第12跨的SPS夹心层，13-14跨的聚合物沥青。在2015年进行检查时STC完好，橡胶沥青和日本环氧沥青都开裂，SPS夹心层和聚合物沥青，严重破损，后仅保留STC和日本环氧沥青两跨，其余重铺日本环氧沥青。2017年再次检查，第11跨的STC依然完好，其他跨的日本环氧沥青破损开裂。
国家级权威检测机构中国铁道科学研究院检测中心在2011年、2012年、2014年对马房桥做了3次加载检测。检测结论：未见STC开裂破损现象;STC完成后，钢构件应力明显下降，相对于原铺装状态，应力降幅达80%-92%。
业主看到检测结论及良好的应用效果后也证明STC轻型组合结构桥面是施工五种方案中唯一未出现裂缝或者破损的方案。
2013年11月鉴定委员经过上桥查勘，没有发现裂缝。结论为：经过对比，使用效果明显优于其他铺装方案，已达到国际上先进水平，有广阔的应用前景。
3.3工程投资方案分析
目前主跨径为1480m的洞庭湖二桥悬索大桥65000平方米面层铺装经济性分析：STC与主结构同寿命，结构层免维护，保修30年，沥青磨耗层寿命10年，100年内需更换10次沥青磨耗层，更换沥青磨耗层（含清除）价格为100元/m?;ERS寿命周期为5-6年。
洞庭湖二桥是新建桥，可以用新技术整体优化投资方案，虽然STC铺装单价略高于ERS铺装方案，但是钢桥面钢板厚度相对薄，能使初期投资降低。值得注意的是STC铺装方案的全寿命周期成本上仅占ERS方案的11%左右，且更适应钢桥面板应力复杂、疲劳敏感、使用条件苛刻等问题。
除了在新建桥中的应用，在桥面后期养护费用方面，广东省交通设计院对汕头市的礐石大桥，做过50年内养护费用对比，结果显示SMA+STC费用最低，SMA+浇筑时沥青砼其次，双层环氧沥青费用最高。
4总结
在桥梁工程建设中，超高性能轻型组合桥面结构至今已经成功应用在了十多座钢桥的面层铺装上，涉及到梁、拱、斜拉和悬索桥四种基本桥型，至今没有出现裂缝。经使用STC强化后，钢桥面的应力平均能下降50%，钢结构疲劳开裂的风险很大程度上降低，且以后翻修快，对交通干扰影响小。选用超高性能轻型组合桥面结构能在不使自重增加的前提下，增加桥面系刚度，且工程投资方案比选最优。可以预见在不久的将来，超高性能轻型组合桥面结构在桥梁工程建设中将得到广泛应用。
参考文献
[1] 超高性能混凝土在中国的研究和应用[J]. 王德辉，史才军，吴林妹. 硅酸盐通报. 2016（01）
[2] 钢-薄层RPC组合桥面结构栓钉的抗剪性能[J]. 邵旭东，周环宇，曹君辉. 公路交通科技. 2013（04）
[3] STC钢桥面铺装新体系的力学计算与实桥试验对比分析[J]. 李嘉，冯啸天，邵旭东，王懿，曹君辉. 中国公路学报. 2014（03）
[4] 马房大桥钢桥面的沥青混凝土铺装研究[J]. 王育清，谢明. 交通科技. 2005（01）
作者简介 ：廖奇（1982-），男，汉，四川成都人，本科，职称：工程师，研究方向：市政工程。
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