大跨径钢桥面铺装施工技术

大跨径钢桥面铺装施工技术

0钢桥桥面铺装技术的应用进展钢桥面地板，尤其是大型跨径正交钢桥板的地板技术，一直是世界的热点和难点。桥面铺装直接铺设在正交异性钢板上,在行车荷载、风载、温度变化等因素影响下,其受力和变形远较公路路面或机场道面复杂,作为桥梁的重要组成部分,桥面铺装的好坏直接影响到行车的安全性、舒适性、耐久性及经济效益。从铺装材料和施工方法的角度来分,目前世界上主要采用的桥面铺装方案有四类:a)以德国、日本为代表的高温拌和浇注式沥青混凝土(Gussasphalt)方案;b)以英国为代表的沥青玛蹄脂混凝土(Masticasphalt)方案(实际上也是浇注式沥青混凝土,只是铺装厚度和工艺与日本有所不同);c)德国和日本等国近期采用的改性沥青SMA方案(StoneMasticAsphalt);d)以美国为代表的环氧树脂沥青(Epoxyasphalt)混凝土方案。这几种铺装材料的组成相差较大,并且性能和施工工艺也有很大区别。四种铺装材料中,改性SMA沥青混凝土在我国的钢桥中被广泛应用,近年来开始采用环氧沥青混凝土铺装层,研究成果首次在南京长江第二大桥施工中得以成功应用。由于我国特殊的气候和交通条件,这些技术不能完全适用。本文针对江苏省某高速公路匝道钢桥面环氧沥青混凝土铺装层病害专项治理的具体工程,提出一些看法。1沥青混凝土驳岸的性能研究环氧沥青混凝土是通过在沥青中添加热固性环氧树脂和固化剂,经固化反应而形成的一种强度高、韧性好的沥青混凝土。大跨径钢桥桥面沥青面层应重视其抗疲劳开裂及抗永久变形的特性研究。环氧沥青混凝土用于桥面铺装,主要具有如下优良性能。1.1变变系数将固化试件放入恒温水槽中浸泡96h后,测得环氧沥青的残留稳定度仍大于91%,衰变幅度很小,试件仍保持着满意的结构强度。环氧沥青混凝土的马歇尔稳定度是普通沥青混凝土稳定度的5～8倍,而流值却大致相同,这说明环氧沥青混凝土不仅具有较高的强度,而且还具有一定的柔韧性。1.2聚环沥青拉伸性能使用环氧沥青摊铺的粘结层具有很好的粘结能力,在23℃温度下,以500mm/min的延伸率对环氧沥青粘结层材料进行拉伸试验,其拉伸强度可达8.1MPa,断裂延伸率可达230%。1.3双组分纤维的铺设环氧沥青是一种热固性材料,在高温下会变软但不会流动。用环氧沥青混凝土摊铺的桥面铺装层具有良好的高温稳定性,一般不会出现车辙或推挤、拥包等病害。而在低温下它也不过分脆硬,强度反而低于普通沥青混凝土。1.5良好的耐用性环氧沥青混凝土的抗燃油腐蚀、抗水害性能十分优越。2铺装层与钢板的粘结如何保证铺装层和钢板之间牢固耐久的粘结力,铺装层能否适应钢板复杂的应力应变状态,一方面取决于铺装材料自身的强度与韧性,另一方面还取决于铺装层与钢板以及铺装上下层间的粘结作用。铺装层与钢板之间的粘结力丧失而脱层是桥面铺装损坏的一种主要表现。铺装层与钢板之间的脱层可认为是桥面铺装的完全破坏。一旦出现脱层现象,铺装层本身将很快发生破坏,铺装层在荷载作用下对钢板的摩擦冲击会破坏钢板的防锈层,在空气和水分作用下会使桥面板表面发生锈蚀。因此,铺装层与钢板之间的良好结合是桥面铺装与钢桥面板协同工作的关键。从国内外钢桥面铺装的破坏情况来看,粘结层的设计不当被认为是铺装层破坏的主要原因之一。桥面各层之间的粘结已成为钢桥面铺装技术中需要研究解决的关键技术之一。3例，环保沥青混凝土钢桥面地板损坏工程3.1匝道铺装层滑移及拉裂病害本研究所涉及的江苏某高速公路互通立交的匝道由五联钢筋混凝土连续梁和一联钢箱型三跨连续梁(35.5m+56m+35.5m)组成。匝道部分行车速度为80km/h;单向超高横向坡度为7%;匝道铺装层厚度为下层4cm+上层3cm双层环氧沥青混凝土,于2004年8月份开放交通。在2005年4月份的调查中发现,部分铺装层出现了上面层的滑移和拉裂等病害(见图1),下面层完好无损。滑移病害主要发生在匝道桥钢箱梁的伸缩缝前后,集中发生在进钢箱梁桥的伸缩缝后10m范围内以及出钢箱梁桥的伸缩缝前20m范围内两部分。桥面病害主要位于外侧慢车道轮迹带上,由于较大的横向坡度影响,重型车辆在经过此匝道桥时会不经意地沿着慢车道外侧行驶,这与实际桥面铺装层所表现出的滑移病害情况完全相符。相比之下,超车道的铺装使用状况较好,在调查过程中没有发现较为明显的病害。3.2铺装稳定性能由铺装层的现场滑移病害调查结果可知,下面层的环氧沥青混合料仍然表现出非常优异的性能,铺装下层较为稳定。铺装层的滑移现象仅仅发生在铺装层的表面。为了彻底解决铺装表层的滑移病害,应该对铺装滑移的病害成因进行探索,以杜绝再次发生类似的病害状况。3.2.1双车道现状交道由于大部分车辆尤其是重载车均经此匝道桥分流,同时,匝道为双车道,而过往车辆主要在行车道上行驶,渠化交通现象严重。又由于此匝道桥所处的地段坡度较大,达7%,发生滑移病害的铺装层恰好是发生在行车道上。3.2.2m范围内各部分铺装层的病害集中发生在进钢箱梁桥的伸缩缝后10m范围内以及出钢箱梁桥的伸缩缝前20m范围内两部分。由于在新建不久该处伸缩缝即发生破坏(见图2),其导致过往车辆在行经钢箱梁铺装层表面时,产生较大的冲击荷载,而此时,车辆发现伸缩缝破损情况,均会采取紧急制动来避免引起车辆过大的颠簸,这就会引发铺装层产生更大的剪切力。3.2.3连接层的原因从路面病害的表征来看,上下面层之间的层间粘结较差,这从路面修复时人工可以轻易地将面层铲除上进一步验证了粘结层存在着一定的问题。4工程疾病的处理措施的实例分析4.1机械铣人文处理针对该互通立交匝道桥的特殊使用条件(大交通量、大横坡度等),不能采取完全中断交通的方法进行修复施工。结合路面病害主要发生在行车道的情况,综合考虑各方面因素,决定采用半幅修复施工的方法。即将破损严重的铺装层挖除,再根据实际挖除过程中铺装层的粘结状况处理剩余的半幅铺装层。由于该匝道桥破损的铺装上层已经产生局部滑移,采取简单的挖除回填的修补方法已经不能满足使用条件的要求,因此,经多方面研究后决定对破损铺装层部分进行铣刨后再重新铺装。采用铣刨机进行机械铣刨,铣刨时,需要准确地控制铣刨厚度,先控制在2.5cm左右为宜,厚度精度控制在±3mm以内,以尽量减小对下层铺装的不利影响。然后采用人工切割挖除,直至将破坏的上面层3cm厚的铺装层铣刨完毕,结合采用热鼓风机等将浮动颗粒吹离铺装工作区域等方法来进行作业的表面清理。具体铣刨操作根据现场施工的实际情况确定,如铣刨机无法准确控制,可以直接采用人工进行切割挖除。4.2铺装厚度的确定考虑到该互通立交匝道桥大交通量的情况,在两处伸缩缝的附近分别采用SMA-13和环氧沥青混凝土两种铺装材料对铺装表层进行修复,以对比不同结构的使用效果。根据最大粒径和层厚的关系,则原3cm的设计铺装厚度对于SMA-13是不适宜的。因此,新设计SMA-13的铺装厚度为4cm。为保证全线铺装的平顺,在与钢箱梁两端相邻的伸缩缝附近的铺装中完成了高差的过渡。这样,本次维修工程所采取的方案如下:a)方案一:3cm新铺环氧沥青混凝土+4cm旧环氧沥青混凝土下面层。b)方案二:4cmSMA-13+4cm旧环氧沥青混凝土下面层。4.3修复材料的选择4.3.1u3000质纤维素的配合比SMA-13的结合料采用SBS改性沥青克裂王,稳定剂采用莲花牌进口木质纤维素。SMA-13的配合比按《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》规定的方法设计。混合料级配与沥青用量应在表1的范围内(见表1),尽可能接近其中值。环氧沥青混凝土主要满足表2和表3的要求(见表2、表3)。4.3.2高性能粘结料的确定对于修复铺装层所采用的粘结材料的选择,根据匝道桥的实际情况,认为这两种方案均应采用高性能环氧树脂粘结料作为首选。而对铺装状况良好的超车道铺装层修复时只采用改性乳化沥青粘结料即可。高性能粘结料的技术指标如表4所示。为了避免过多的粘结料引发铺装混合料的整体滑动,对于粘结料的用量宜控制在0.3kg/m2～0.35kg/m2。4.4天气压缩和板料压实对于环氧沥青混凝土桥面铺装层的修复应该着重注意以下几个方面的内容。4.4.1检查铣刨后的铺装层表面是否潮湿,如果比较潮湿则应待表面水分完全干燥后才能撒布粘结料,必要时可用鼓风机将其吹干。4.4.2环氧树脂粘结料在撒布过程中应精确有效地控制喷洒量。可根据单位面积喷洒量及喷洒宽度,事先计算出操作工的喷洒速度(m/min)。在喷洒过程中需要时刻监督检查操作工的行走速度。4.4.3在桥上作业时为了防止因风向影响而导致喷洒的粘结料污染周围环境,需要由人工用自制木板进行围挡,以防止粘层油污染环境,同时也为了减少浪费。4.4.4SMA-13混合料铺装过程中,需要时刻检查铺装质量,杜绝出现混合料离析、油斑等病害状况,要在规定的混合料温度范围内及时碾压完成。碾压遍数初步定为不少于四遍。钢轮压路机碾压时,采用前三遍往前静压,最后一遍往后振压的方式碾压。4.4.6为了防止料车卸料完毕后驶出工作区时污染其他区域,要在预先规定的空车行驶带上布设木板。为了确保将其污染程度降至最小,木板的数量以铺满全桥长为宜。4.4.7每天摊铺机工作完毕,应立刻进行彻底的清洗。要让工人用刮刀、铁铲清除附着在摊铺机各处的环氧沥青混合料,再用柴油和松节油对摊铺机内各机件进行清洗。4.4.8桥两端伸缩缝处的接缝要求环氧沥青铺装层比伸缩缝表面略高1mm。人工布料完毕后,首先用手扶式振动夯板紧贴伸缩缝碾压,用小型钢轮压路机进行骑缝碾压,碾轮的重力大部分要放在伸缩缝上,仅伸进新铺层5cm～10cm。反复碾压后,进行横向、纵向平整度的测量,直至满足要求。4.5性能评价本工程经过近几个月的高温和雨水季节的作用,所修复的铺装层表现出了良好的使用性能,但其长期路用性能还有待进一步的观测。5环水双组分纤维增强胶结工艺环氧沥青混凝土以其优越的使用性能为我国大跨径钢桥桥面铺装提供了新的选择,有着广阔的应用前景。但是,环氧沥青混凝土的施工要求十分严格,对层间粘结的要求也非常高。目前,由于使用单位配套设置上的差异以及操作人员素质不一等因素,在环氧沥青粘结层施工工艺方面还存在着很多误区,直接影响着粘结层的性能,进而影响着铺装层的使用寿命。另外,由于对环氧沥青混凝土铺装层的施工工艺的控制十分严格,当环氧沥青混凝土上面层出现局部破坏时,可以考虑用SMA罩面进行修复,其可大大节省工程造价,同时简化施工工艺,但是其面层之间的粘结层同样需要达到较高的标准。1.4抗裂性能环氧沥青混凝土本身