虎门大桥钢桥面铺装热稳性病害的原因分析与处治

1、文章编号:0451-0712(200101-0059-04中图分类号:U 443.33,U 445.7文献标识码:B虎门大桥钢桥面铺装热稳性病害的原因分析与处治杨秀飞1,盛赛华1,陈仕周2(1.广东省长大公路工程有限公司广州市5100752.交通部重庆公路科学研究所重庆市400067摘要:对虎门大桥钢桥面铺装热稳性病害产生的原因进行了分析,提出了处治方案,并介绍了处治施工工艺。处治后的钢桥面铺装运行状况良好,说明处治措施得当,达到了预期目的。关键词:虎门大桥钢桥面铺装;热稳性病害;原因分析;处治0概述虎门大桥主航道桥为钢箱梁悬索桥,钢箱梁节段间连接方式为焊接,钢箱梁全宽35.6m ,桥面为双向

2、六车道,行车道单幅宽14.25m 。虎门大桥钢桥面采用单层改性沥青S M A 铺装方案,铺装于1996年12月开工,1997年4月全部完工。虎门大桥于1997年5月1日试通车,同年6月9 日正式通车。通车约3个月,桥面铺装局部段落即开始出现热稳性病害如车辙、推拥等,随着时间的推移,热稳性病害继续发展,1998年下半年,鉴于病害日趋严重,于11月对虎门大桥钢桥面铺装进行了全面处治,处治后的桥面铺装通车至今,状况良好,没有出现以前类似病害。1原铺装方案1.1铺装方案根据“钢桥面铺装技术的研究”课题研究成果及钢桥面铺装试验路施工检测结果,确定的虎门大桥钢桥面铺装实施方案如图1所示。虎门大桥钢桥面铺装

3、原设计厚度为70mm ,后图1虎门大桥钢桥面铺装方案经讨论决定改为60mm ,因此铺装方案也由双层式S M A 铺装改为单层S M A 铺装方案。1.2施工简介虎门大桥钢桥面铺装分6段施工,右幅(上游收稿日期:2000-10-30公路2001年1月第1期H IGHW A Y Jan 12001N o 11分段编号为一、三、五段,各段长度分别为300m、540m和48m;左幅(下游分段编号为二、四、六段,各段长度分别为432m、408m和48m。钢桥面板富锌漆喷涂在工厂内完成,钢箱梁吊装完毕焊接好后,焊接部位富锌漆在现场喷涂。钢桥面各段防水胶、粘结层和S M A铺装层的施工相互衔接、依次紧跟进行

4、。防水胶共分四道施工,第一道为白色底漆,第二道为黄色防水胶,第三道为灰色防水胶,第四道为红色面漆。中间两道防水胶各厚约1.25mm,为甲基丙烯酸树脂类防水胶,采用双组份无气喷涂设备施工。粘结层粘接剂采用沥青洒布车喷洒施工,粘接剂洒布温度控制在200220,每段粘接剂均分三幅洒布,相邻两幅间重叠约1015c m。整个桥面粘接剂洒布厚度大部分控制在1.52.0mm之间,个别地方略偏厚。预拌沥青碎石撒布,在粘接剂洒布后进行,采用人工撒布方法施工,撒布量为5 7kg m2,撒布后没有用轮胎压路机碾压。桥面沥青铺装开工前,对S M A13混合料进行了配合比设计,见表1所示。改性沥青采用桶装成品,由普通沥

5、青脱桶设备表1S M A13混合料配合比设计结果筛孔尺寸 mm16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配要求范围 %100901003475234118301524132111171015913设计级配 %99.792.054.935.725.520.618.515.814.112.0油石比 %7纤维用量 %0.5脱桶融化,再经搅拌罐搅拌后,泵入沥青储罐待用。S M A混合料采用日本进口的新泻N11GA TA型间歇式拌和机生产,拌和机额定生产能力为150t h,生产S M A混合料的能力约为100t h, S M A混合料的出料温度控制在180200。S

6、M A 混合料摊铺采用2台具有自动调平功能的D E M A C 摊铺机联合作业,采用3台自重分别为7t、8t和9t 的钢轮压路机进行静压,碾压遍数约为46遍。S M A混合料施工时,路缘石边缘预先放置模板,铺装碾压完后将模板抽出,形成预留接缝,全桥铺装完工后再用热灌型高弹性填缝料进行灌缝。2热稳性病害的产生虎门大桥由于通车3个月,桥面铺装局部段落即出现了热稳性病害,且随着时间的推移,推拥越来越严重,车辙也越来越明显。1997年8月和11月、1998年2月和5月,我们先后对桥面铺装进行了四次观测,各段车辙深度如表2所示。从表2可以看出,各段车辙深度整体上均呈发展趋势,车辙最严重的是第三和第四段,

7、其次是第二、第五、第六段,第一段状况最好。各段车辙深度又以重车道最明显。全桥重车道与主车道间的车道线局部扭曲严重,主车道与超车道间车道线局部扭曲也较明显,重车道与紧急停车带间车道线只有少数地方发生扭曲。重车道外侧1m范围及重车道与主车道间约1m范围,铺装局部明显隆起,尤其是第二、第四段,在这两个部位可看出有两条明显的隆起带。值得指出的是,四次观测中全桥铺装均没有发现裂缝,也没有出现坑槽等病害。表2虎门大桥钢桥面铺装车辙深度观测值mm位置各次观测结果第一次第二次第三次第四次第一段重车道主车道右轮位左轮位右轮位左轮位3.45.88.511.49.76.88.98.75.18.06.54.85.05

8、.7第二段重车道主车道右轮位左轮位右轮位左轮位6.35.313.714.114.87.510.613.89.49.49.56.89.610.4第三段重车道主车道右轮位左轮位右轮位左轮位9.19.612.615.916.412.512.712.111.013.913.610.011.310.7第四段重车道主车道右轮位左轮位右轮位左轮位6.35.511.311.614.97.811.613.96.97.18.15.28.87.9第五段重车道主车道右轮位左轮位右轮位左轮位9.04.311.010.312.09.010.512.03.011.97.54.511.311.0第六段重车道主车道右轮位左轮位

9、右轮位左轮位4.73.511.811.013.06.89.017.02.85.58.03.35.88.56公路2001年第1期3病害产生原因通车这么短的时间就出现了热稳性病害,这是钢桥面铺装科研和施工单位所没有料到的。根据现场的多次观测及讨论分析,我们认为产生病害的原因主要是:粘结层过分强调了材料的韧性,忽略了粘接剂的硬度和初始抗剪强度;粘接剂洒布厚度偏大且预拌沥青碎石撒布又偏少,粘接剂无法在粘结层内“消化”,S M A铺装施工时粘接剂会上移,导致S M A混合料沥青含量偏大;改性沥青偏软,又不是现场生产随配随用,在使用过程中改性剂难免会出现离析,从而影响了质量;S M A铺装过于偏重其抗裂性

10、和防水性,并且沥青用量偏大,S M A13混合料级配4.75mm筛通过量偏大,铺装局部段落级配控制不理想;铺装厚度由原设计7c m改为6c m后,采用一层铺装施工(原计划采用两层S M A铺装,铺装层的热稳性、抗裂性、防水性等矛盾均集中在一层,很难兼顾,如改为两层式铺装方案,可以适当将铺装层的功能要求分开,有侧重地区别对待,使各铺装层的性能得到良好协调;虎门地区夏季温度较高,加之重车又多,客观上也加快了铺装热稳性病害的产生和发展。施工过程中,S M A配比偏差较大;施工中的机械故障也会引起配比发生变化等等。4热稳性病害的处治为了改善虎门大桥钢桥面铺装的使用性能,最大限度地消除或减小沥青铺装层热

11、稳性病害的发生,1998年9月,经有关各方充分讨论协商后,决定对铺装进行全面处治,我们“钢桥面铺装技术的研究”课题组提出了具体的处治方案。在进行全面处治的前一年,曾对钢桥面铺装推拥最严重的地方进行过小面积处治,但这都是治标不治本的办法,处治过后不久修补之处仍会发生隆起。4.1处治方案虎门大桥钢桥面铺装进行全面处治的方案,总的来说就是刨掉原有铺装表面层,然后再加铺一层新的S M A铺装,使整个钢桥面恢复双层式铺装方案。具体方案是:用铣刨机刨除原有铺装表面一层,使剩余铺装厚度为40±5mm,然后在整个刨除面洒布一层改性乳化沥青,洒布量为0.20.4kg m2,再加铺一层平均厚度为3035

12、mm的热拌改性沥青S M A10混合料,使整个铺装厚度达到70±5。该处治方案加铺层,将采用热稳性较好的改性沥青S M A10混合料的设计空隙率为315% 415%,保证混合料粗骨料嵌挤良好,从而使加铺层具有良好的热稳性,以达到明显改善铺装层热稳性的目的。4.2处治施工虎门大桥钢桥面铺装处治施工分4次进行,每次施工桥面单幅的一半,另一半则开放交通,纵向施工缝设置在主车道的中间位置。铣刨施工前,先按每一吊杆一个横断面量测铺装厚度,并绘出横断面图,确定每一断面特征点的铣刨厚度。按处治方案,铣刨厚度以铣刨到原有铺装层剩余厚度为40±5mm控制。对于行车道,只铣刨车辙中间高出来的位

13、置,而靠近中央分隔带路缘石位置留下20c m范围不铣刨,紧急停车带位置不铣刨。单边铣刨后,清扫掉铺装表面的浮尘、碎石颗粒等杂物,然后用沥青洒布车喷洒一道改性乳化沥青作为粘层,洒布量为0.20.4kg m2,改性乳化沥青采用5%EVA改性。加铺层S M A10混合料的拌和、运输、摊铺、碾压工艺参照“虎门大桥钢桥面铺装施工实施细则”执行,S M A10混合料采用大型沥青拌和楼拌和,改性沥青在拌和现场用胶体磨生产,混合料采用1台具有自动找平功能的摊铺机摊铺,摊铺后由1台12t钢轮压路机和1台9t钢轮压路机进行碾压。S M A10混合料采用玄武岩碎石,分510mm 碎石和05mm石屑两种规格,矿粉采用

14、石灰石粉,纤维采用木质素纤维(纤维用量为014% 016%,改性沥青采用原虎门大桥铺装用改性沥青再掺加3.5%PE和2.5%SB S,现场用改性沥青胶体磨设备生产并现配现用。加铺层改性沥青技术要求如表3所示。S M A10混合料的性能要求如表4所示。按新配方用胶体磨现场生产的改性沥青,经取样测得其30时针入度为4.6mm,40时针入度为8.8mm;软化点为84.5。S M A10混合料设计于1998年10月完成,设计级配及沥青用量如表5所示。采用新的改性沥青和按设计确定的级配拌制的S M A10混合料,70、0.7M Pa时车辙试验动稳定度达3000次 mm,表现出优良的热稳性。S M A10

15、混合料加铺层于1998年11月完成施工,施工完全按既定的施工工艺进行,施工过程中混合料级配、沥青用量和施工温度、混合料摊铺和碾压工艺等均控制较好,施工完的桥面铺装表面平整、粗糙、均匀,符合质量要求。162001年第1期杨秀飞等:虎门大桥钢桥面铺装热稳性病害的原因分析与处治表3S M A 10混合料改性沥青技术要求检测项目要求范围试验方法针入度(25,100g,5s 0.1mm 2060JTJ 052-93软化点(环球法 80JTJ 052-93延度(10,5c m m in c m20JTJ 052-93粘度(200 (mm 2 s 300A STM D 2171回弹率(25,20mm ,30

16、m in %80T eillTL -PM B 计算T 1.2 -10JTJ 052-93闪点 230JTJ 052-93针入度指数P I 1.0JTJ 052-93薄膜烘箱试验(180,2.5h 质量损失 %针入度比 %回弹率比 %1.0JTJ 052-9365JTJ 052-9380JTJ 052-93表4S M A 10混合料性能要求检测项目要求范围设计指标马歇尔稳定度 kN6.2流值 0.1mm 2050空隙率 %3.54.5饱和度 %7090骨料间隙率VM A %17.0检验指标70、0.7M Pa 动稳定度 (次 mm 200060,0.7M Pa 动稳定度 (次 mm 3000-1

17、0低温弯曲极限应变7×10-348h 浸水马歇尔残留稳定度 %805处治效果虎门大桥钢桥面铺装全面处治后,通车已有两表5S M A 10混合料设计级配筛孔尺寸 mm 13.29.54.752.361.180.60.30.150.075要求范围 %10090100304522321826142012181016813设计级配 %10010033.023.518.417.015.514.312.2油石比 %6.06.5年的时间,现铺装状况良好,基本没有出现摊移、车辙等热稳性病害,车道线也极少发生扭曲,说明性能有较大改进的新铺装层经受住了考验,目前看来,针对虎门大桥钢桥面铺装出现的热稳性病

18、害采取的处治措施基本上是成功的。6结语虎门大桥钢桥面铺装通过改善改性材料的性能和改进生产工艺,采用S M A 10新铺装层对桥面铺装进行了全面加铺处治,恢复双层式S M A 铺装方案,实践证明,处治效果良好,达到了预期目的。虎门大桥钢桥面铺装热稳性病害处治的初步成功,不仅为今后钢桥面铺装的修补与处治积累了经验,同时也使我们对钢桥面铺装技术的研究又向前迈进了一大步。我们相信,采用双层铺装方案,通过不断改善材料性能及改进施工工艺,利用国内现有的机械设备和技术是完全可以在钢桥面铺装上取得成功的。Analysis of Causes of Therm ostablity D istresses Em erg i ng i n Steel D eck Pavem en t of Hu m en Large Br idge and Treat m en t for ThemYang X iuf ei 1,Sheng Sa ihua 1,Chen Sh izhou2(1.Guangdong P rovincial Changda H ighw ay Engineering Co .,L td .Guanzhou 510075,Ch ina ;2.Chongqing H ighw ay R esearch Institute