大跨徑鋼橋面鋪裝施工技術(shù)

大跨徑鋼橋面鋪裝施工技術(shù)

0鋼橋橋面鋪裝技術(shù)的應(yīng)用進展鋼橋面地板，尤其是大型跨徑正交鋼橋板的地板技術(shù)，一直是世界的熱點和難點。橋面鋪裝直接鋪設(shè)在正交異性鋼板上,在行車荷載、風載、溫度變化等因素影響下,其受力和變形遠較公路路面或機場道面復雜,作為橋梁的重要組成部分,橋面鋪裝的好壞直接影響到行車的安全性、舒適性、耐久性及經(jīng)濟效益。從鋪裝材料和施工方法的角度來分,目前世界上主要采用的橋面鋪裝方案有四類:a)以德國、日本為代表的高溫拌和澆注式瀝青混凝土(Gussasphalt)方案;b)以英國為代表的瀝青瑪蹄脂混凝土(Masticasphalt)方案(實際上也是澆注式瀝青混凝土,只是鋪裝厚度和工藝與日本有所不同);c)德國和日本等國近期采用的改性瀝青SMA方案(StoneMasticAsphalt);d)以美國為代表的環(huán)氧樹脂瀝青(Epoxyasphalt)混凝土方案。這幾種鋪裝材料的組成相差較大,并且性能和施工工藝也有很大區(qū)別。四種鋪裝材料中,改性SMA瀝青混凝土在我國的鋼橋中被廣泛應(yīng)用,近年來開始采用環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層,研究成果首次在南京長江第二大橋施工中得以成功應(yīng)用。由于我國特殊的氣候和交通條件,這些技術(shù)不能完全適用。本文針對江蘇省某高速公路匝道鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層病害專項治理的具體工程,提出一些看法。1瀝青混凝土駁岸的性能研究環(huán)氧瀝青混凝土是通過在瀝青中添加熱固性環(huán)氧樹脂和固化劑,經(jīng)固化反應(yīng)而形成的一種強度高、韌性好的瀝青混凝土。大跨徑鋼橋橋面瀝青面層應(yīng)重視其抗疲勞開裂及抗永久變形的特性研究。環(huán)氧瀝青混凝土用于橋面鋪裝,主要具有如下優(yōu)良性能。1.1變變系數(shù)將固化試件放入恒溫水槽中浸泡96h后,測得環(huán)氧瀝青的殘留穩(wěn)定度仍大于91%,衰變幅度很小,試件仍保持著滿意的結(jié)構(gòu)強度。環(huán)氧瀝青混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度是普通瀝青混凝土穩(wěn)定度的5～8倍,而流值卻大致相同,這說明環(huán)氧瀝青混凝土不僅具有較高的強度,而且還具有一定的柔韌性。1.2聚環(huán)瀝青拉伸性能使用環(huán)氧瀝青攤鋪的粘結(jié)層具有很好的粘結(jié)能力,在23℃溫度下,以500mm/min的延伸率對環(huán)氧瀝青粘結(jié)層材料進行拉伸試驗,其拉伸強度可達8.1MPa,斷裂延伸率可達230%。1.3雙組分纖維的鋪設(shè)環(huán)氧瀝青是一種熱固性材料,在高溫下會變軟但不會流動。用環(huán)氧瀝青混凝土攤鋪的橋面鋪裝層具有良好的高溫穩(wěn)定性,一般不會出現(xiàn)車轍或推擠、擁包等病害。而在低溫下它也不過分脆硬,強度反而低于普通瀝青混凝土。1.5良好的耐用性環(huán)氧瀝青混凝土的抗燃油腐蝕、抗水害性能十分優(yōu)越。2鋪裝層與鋼板的粘結(jié)如何保證鋪裝層和鋼板之間牢固耐久的粘結(jié)力,鋪裝層能否適應(yīng)鋼板復雜的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),一方面取決于鋪裝材料自身的強度與韌性,另一方面還取決于鋪裝層與鋼板以及鋪裝上下層間的粘結(jié)作用。鋪裝層與鋼板之間的粘結(jié)力喪失而脫層是橋面鋪裝損壞的一種主要表現(xiàn)。鋪裝層與鋼板之間的脫層可認為是橋面鋪裝的完全破壞。一旦出現(xiàn)脫層現(xiàn)象,鋪裝層本身將很快發(fā)生破壞,鋪裝層在荷載作用下對鋼板的摩擦沖擊會破壞鋼板的防銹層,在空氣和水分作用下會使橋面板表面發(fā)生銹蝕。因此,鋪裝層與鋼板之間的良好結(jié)合是橋面鋪裝與鋼橋面板協(xié)同工作的關(guān)鍵。從國內(nèi)外鋼橋面鋪裝的破壞情況來看,粘結(jié)層的設(shè)計不當被認為是鋪裝層破壞的主要原因之一。橋面各層之間的粘結(jié)已成為鋼橋面鋪裝技術(shù)中需要研究解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。3例，環(huán)保瀝青混凝土鋼橋面地板損壞工程3.1匝道鋪裝層滑移及拉裂病害本研究所涉及的江蘇某高速公路互通立交的匝道由五聯(lián)鋼筋混凝土連續(xù)梁和一聯(lián)鋼箱型三跨連續(xù)梁(35.5m+56m+35.5m)組成。匝道部分行車速度為80km/h;單向超高橫向坡度為7%;匝道鋪裝層厚度為下層4cm+上層3cm雙層環(huán)氧瀝青混凝土,于2004年8月份開放交通。在2005年4月份的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),部分鋪裝層出現(xiàn)了上面層的滑移和拉裂等病害(見圖1),下面層完好無損?；撇『χ饕l(fā)生在匝道橋鋼箱梁的伸縮縫前后,集中發(fā)生在進鋼箱梁橋的伸縮縫后10m范圍內(nèi)以及出鋼箱梁橋的伸縮縫前20m范圍內(nèi)兩部分。橋面病害主要位于外側(cè)慢車道輪跡帶上,由于較大的橫向坡度影響,重型車輛在經(jīng)過此匝道橋時會不經(jīng)意地沿著慢車道外側(cè)行駛,這與實際橋面鋪裝層所表現(xiàn)出的滑移病害情況完全相符。相比之下,超車道的鋪裝使用狀況較好,在調(diào)查過程中沒有發(fā)現(xiàn)較為明顯的病害。3.2鋪裝穩(wěn)定性能由鋪裝層的現(xiàn)場滑移病害調(diào)查結(jié)果可知,下面層的環(huán)氧瀝青混合料仍然表現(xiàn)出非常優(yōu)異的性能,鋪裝下層較為穩(wěn)定。鋪裝層的滑移現(xiàn)象僅僅發(fā)生在鋪裝層的表面。為了徹底解決鋪裝表層的滑移病害,應(yīng)該對鋪裝滑移的病害成因進行探索,以杜絕再次發(fā)生類似的病害狀況。3.2.1雙車道現(xiàn)狀交道由于大部分車輛尤其是重載車均經(jīng)此匝道橋分流,同時,匝道為雙車道,而過往車輛主要在行車道上行駛,渠化交通現(xiàn)象嚴重。又由于此匝道橋所處的地段坡度較大,達7%,發(fā)生滑移病害的鋪裝層恰好是發(fā)生在行車道上。3.2.2m范圍內(nèi)各部分鋪裝層的病害集中發(fā)生在進鋼箱梁橋的伸縮縫后10m范圍內(nèi)以及出鋼箱梁橋的伸縮縫前20m范圍內(nèi)兩部分。由于在新建不久該處伸縮縫即發(fā)生破壞(見圖2),其導致過往車輛在行經(jīng)鋼箱梁鋪裝層表面時,產(chǎn)生較大的沖擊荷載,而此時,車輛發(fā)現(xiàn)伸縮縫破損情況,均會采取緊急制動來避免引起車輛過大的顛簸,這就會引發(fā)鋪裝層產(chǎn)生更大的剪切力。3.2.3連接層的原因從路面病害的表征來看,上下面層之間的層間粘結(jié)較差,這從路面修復時人工可以輕易地將面層鏟除上進一步驗證了粘結(jié)層存在著一定的問題。4工程疾病的處理措施的實例分析4.1機械銑人文處理針對該互通立交匝道橋的特殊使用條件(大交通量、大橫坡度等),不能采取完全中斷交通的方法進行修復施工。結(jié)合路面病害主要發(fā)生在行車道的情況,綜合考慮各方面因素,決定采用半幅修復施工的方法。即將破損嚴重的鋪裝層挖除,再根據(jù)實際挖除過程中鋪裝層的粘結(jié)狀況處理剩余的半幅鋪裝層。由于該匝道橋破損的鋪裝上層已經(jīng)產(chǎn)生局部滑移,采取簡單的挖除回填的修補方法已經(jīng)不能滿足使用條件的要求,因此,經(jīng)多方面研究后決定對破損鋪裝層部分進行銑刨后再重新鋪裝。采用銑刨機進行機械銑刨,銑刨時,需要準確地控制銑刨厚度,先控制在2.5cm左右為宜,厚度精度控制在±3mm以內(nèi),以盡量減小對下層鋪裝的不利影響。然后采用人工切割挖除,直至將破壞的上面層3cm厚的鋪裝層銑刨完畢,結(jié)合采用熱鼓風機等將浮動顆粒吹離鋪裝工作區(qū)域等方法來進行作業(yè)的表面清理。具體銑刨操作根據(jù)現(xiàn)場施工的實際情況確定,如銑刨機無法準確控制,可以直接采用人工進行切割挖除。4.2鋪裝厚度的確定考慮到該互通立交匝道橋大交通量的情況,在兩處伸縮縫的附近分別采用SMA-13和環(huán)氧瀝青混凝土兩種鋪裝材料對鋪裝表層進行修復,以對比不同結(jié)構(gòu)的使用效果。根據(jù)最大粒徑和層厚的關(guān)系,則原3cm的設(shè)計鋪裝厚度對于SMA-13是不適宜的。因此,新設(shè)計SMA-13的鋪裝厚度為4cm。為保證全線鋪裝的平順,在與鋼箱梁兩端相鄰的伸縮縫附近的鋪裝中完成了高差的過渡。這樣,本次維修工程所采取的方案如下:a)方案一:3cm新鋪環(huán)氧瀝青混凝土+4cm舊環(huán)氧瀝青混凝土下面層。b)方案二:4cmSMA-13+4cm舊環(huán)氧瀝青混凝土下面層。4.3修復材料的選擇4.3.1u3000質(zhì)纖維素的配合比SMA-13的結(jié)合料采用SBS改性瀝青克裂王,穩(wěn)定劑采用蓮花牌進口木質(zhì)纖維素。SMA-13的配合比按《公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術(shù)指南》規(guī)定的方法設(shè)計。混合料級配與瀝青用量應(yīng)在表1的范圍內(nèi)(見表1),盡可能接近其中值。環(huán)氧瀝青混凝土主要滿足表2和表3的要求(見表2、表3)。4.3.2高性能粘結(jié)料的確定對于修復鋪裝層所采用的粘結(jié)材料的選擇,根據(jù)匝道橋的實際情況,認為這兩種方案均應(yīng)采用高性能環(huán)氧樹脂粘結(jié)料作為首選。而對鋪裝狀況良好的超車道鋪裝層修復時只采用改性乳化瀝青粘結(jié)料即可。高性能粘結(jié)料的技術(shù)指標如表4所示。為了避免過多的粘結(jié)料引發(fā)鋪裝混合料的整體滑動,對于粘結(jié)料的用量宜控制在0.3kg/m2～0.35kg/m2。4.4天氣壓縮和板料壓實對于環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝層的修復應(yīng)該著重注意以下幾個方面的內(nèi)容。4.4.1檢查銑刨后的鋪裝層表面是否潮濕,如果比較潮濕則應(yīng)待表面水分完全干燥后才能撒布粘結(jié)料,必要時可用鼓風機將其吹干。4.4.2環(huán)氧樹脂粘結(jié)料在撒布過程中應(yīng)精確有效地控制噴灑量?？筛鶕?jù)單位面積噴灑量及噴灑寬度,事先計算出操作工的噴灑速度(m/min)。在噴灑過程中需要時刻監(jiān)督檢查操作工的行走速度。4.4.3在橋上作業(yè)時為了防止因風向影響而導致噴灑的粘結(jié)料污染周圍環(huán)境,需要由人工用自制木板進行圍擋,以防止粘層油污染環(huán)境,同時也為了減少浪費。4.4.4SMA-13混合料鋪裝過程中,需要時刻檢查鋪裝質(zhì)量,杜絕出現(xiàn)混合料離析、油斑等病害狀況,要在規(guī)定的混合料溫度范圍內(nèi)及時碾壓完成。碾壓遍數(shù)初步定為不少于四遍。鋼輪壓路機碾壓時,采用前三遍往前靜壓,最后一遍往后振壓的方式碾壓。4.4.6為了防止料車卸料完畢后駛出工作區(qū)時污染其他區(qū)域,要在預先規(guī)定的空車行駛帶上布設(shè)木板。為了確保將其污染程度降至最小,木板的數(shù)量以鋪滿全橋長為宜。4.4.7每天攤鋪機工作完畢,應(yīng)立刻進行徹底的清洗。要讓工人用刮刀、鐵鏟清除附著在攤鋪機各處的環(huán)氧瀝青混合料,再用柴油和松節(jié)油對攤鋪機內(nèi)各機件進行清洗。4.4.8橋兩端伸縮縫處的接縫要求環(huán)氧瀝青鋪裝層比伸縮縫表面略高1mm。人工布料完畢后,首先用手扶式振動夯板緊貼伸縮縫碾壓,用小型鋼輪壓路機進行騎縫碾壓,碾輪的重力大部分要放在伸縮縫上,僅伸進新鋪層5cm～10cm。反復碾壓后,進行橫向、縱向平整度的測量,直至滿足要求。4.5性能評價本工程經(jīng)過近幾個月的高溫和雨水季節(jié)的作用,所修復的鋪裝層表現(xiàn)出了良好的使用性能,但其長期路用性能還有待進一步的觀測。5環(huán)水雙組分纖維增強膠結(jié)工藝環(huán)氧瀝青混凝土以其優(yōu)越的使用性能為我國大跨徑鋼橋橋面鋪裝提供了新的選擇,有著廣闊的應(yīng)用前景。但是,環(huán)氧瀝青混凝土的施工要求十分嚴格,對層間粘結(jié)的要求也非常高。目前,由于使用單位配套設(shè)置上的差異以及操作人員素質(zhì)不一等因素,在環(huán)氧瀝青粘結(jié)層施工工藝方面還存在著很多誤區(qū),直接影響著粘結(jié)層的性能,進而影響著鋪裝層的使用壽命。另外,由于對環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層的施工工藝的控制十分嚴格,當環(huán)氧瀝青混凝土上面層出現(xiàn)局部破壞時,可以考慮用SMA罩面進行修復,其可大大節(jié)省工程造價,同時簡化施工工藝,但是其面層之間的粘結(jié)層同樣需要達到較高的標準。1.4抗裂性能環(huán)氧瀝青混凝土本身