水泥混凝土桥双层SMA桥面铺装关键施工工艺

陈 研 陆凯华

国内长大跨径桥梁建设如火如荼,桥梁在高等级公路中所占的比例也越来越大,桥面铺装的使用质量决定了整个工程的成败。桥面铺装直接提供给使用者,直接影响到行车的安全性、舒适性,同时桥面铺装对保护桥梁结构也起着重要的作用。水泥混凝土桥双层SMA桥面铺装的厚度一般为8 cm～12 cm,比一般的路面薄。桥面铺装施工工艺与一般公路路面有所差异,课题对双层SMA桥面铺装的关键施工工艺进行了研究,有利于提高水泥混凝土桥桥面铺装的施工质量。

1 水泥混凝土桥面板处理工艺

目前水泥混凝土桥桥面铺装对桥面板的处理重视不够,很多情况下采用人工凿毛的方式简单处理,然后在其上施工防水粘结层,铺筑沥青混合料,给桥面铺装的质量埋下了隐患。混凝土板上的灰尘、油污等会影响防水粘结层与桥面板之间的粘结;混凝土板上的浮浆、软弱部位成为一个软弱的夹层也会影响到界面粘结和抗剪性能,这些因素导致了桥面铺装抗剪切能力的不足,在桥面铺装使用的初期即出现如脱层,推移等病害。

课题对采用不同处理方案的混凝土板,采用同一种热喷防水粘结层进行常温条件下的拉拔试验。从试验结果可以看出,喷砂处理和精铣刨处理都可以提高界面的拉拔强度,提高幅度达35%以上(见表1)。

表1 不同桥面板处理方案拉拔试验结果 MPa

从拉拔试验结果可以看出,无尘自动喷砂机、精铣刨均可以对桥面板进行有效的处理,改善铺装层的粘结性能。

2 桥面板的不平整度对铺装性能影响的研究

在桥面铺装下层施工过程中很难保证铺装的厚度能准确的控制在设计的厚度,部分位置可能偏薄2 cm～4 cm,部分位置却偏厚3 cm～4 cm。桥面板的不平整会影响铺装的碾压效果,进而影响铺装的使用性能。

考虑到桥面铺装下层SMA16施工时允许的偏差范围在铺装设计厚度4 cm～10 cm之间,因此实验室分别成型4 cm,6 cm,8 cm和10 cm的车辙板,然后切割测试车辙板的空隙率,由此比较在相同压实功条件下,不同厚度车辙板的压实情况。试验中首先成型5 cm厚标准车辙板,依据设计空隙率确定标准成型次数,然后采用该次数成型其他4种厚度的车辙板。试验结果见表2。

表2 不同厚度车辙板空隙率

从室内试验结果可以看出:不同厚度的车辙板采用相同压实功的情况下,试件最终的空隙率差别较大。采用相同的成型次数,随着厚度的增加,车辙板的空隙率增大,压实度呈下降的趋势。同时也发现,车辙板变薄,压实度也有所降低,主要原因可能是SMA-16最大公称粒径可能会影响车辙板的压实度,另外,车辙板薄了,温降速度加快,也可能影响车辙板的压实情况。因此,在现场施工过程中严格控制最小的铺装厚度,保证SMA-16铺装的厚度要大于4 cm,对于SMA-16要控制最大的铺装厚度,在铺装较厚的位置要适当增加压实功,提高铺装的压实度。

在实体工程SMA-16铺装的施工过程中,课题组也加强了对铺装厚度有变化的位置的检测,从现场检测情况看:1)桥面板的坑洼是客观存在的,SMA-16下面层铺装厚度存在变化,在设计和施工过程中要求考虑SMA-16的厚度控制在一定范围之内。2)铺装厚度较薄的位置受最大粒径与层厚以及温降速度加快的影响,压实度较其他位置的低。因此在水泥混凝土桥下面层施工时应严格控制铺装的最小厚度,对厚度不足部分应对桥面板进行局部铣刨处理或者调整铺装标高,保证下面层的最小铺装厚度。3)当铺装下面层SMA-16较厚时,在现场层施工过程中,反而较正常厚度的铺装层更容易压实,这与室内试验结果有区别。因此水泥混凝土桥下面层施工厚度可以较设计厚度适当提高,具体提高幅度应结合混合料施工和易性和现场施工条件综合分析。

3 SMA沥青铺装的碾压方案研究

我国JTG F-40沥青路面施工技术规范中,建议SMA碾压不能使用胶轮,规范推荐钢轮振动压实的碾压方式,要求紧跟、慢压、高频、低幅。碾压结束后路面平整,表面构造深度大。当配比合适、碾压及时充分,形成的SMA路面基本不渗水。在高温条件下,SMA中的玛脂具有较好的流动性,当SMA中的粗骨料在压路机的振动碾压作用下聚集并形成骨架结构时,处于流淌状态的玛脂在振动和挤压的作用下向下部孔隙移动,最终填满混合料中的孔隙,此时路面表面还有较大的构造深度。

胶轮碾压则能起到一种揉搓的作用,这种揉搓可以将SMA中的粗骨料摆放的更为合理,骨架结构更为稳定,提高混合料的密实度,特别是在温度降低以后,SMA中的碾压阻力迅速增大,使用胶轮压路机可以获得较为宽余的碾压时间,而钢轮压路机过分增大击振力则容易造成骨料被压碎。但不可否认这种揉搓作用可能会导致玛脂上浮,最终填塞表面的构造深度,甚至有可能引起表面泛油。

考虑到SMA-16作为铺装下层,对表面构造深度要求不高,密实防水是其关键,因此课题在SMA-16铺装下层施工过程中推荐采用胶轮压路机碾压。表3为某大桥SMA-16下面层试验段摊铺碾压时,对不同碾压组合方式进行的对比性碾压试验结果。从表3中不难看出,采用钢轮振动+胶轮的方式获得的压实度最大,但同时构造深度和摩擦系数并未像想象的那样迅速丧失。

表3 SMA-16碾压方式及试验结果对比

SMA-16铺装下面层时使用胶轮压路机碾压,需特别注意:1)碾压的时机问题,SMA-16混合料采用胶轮碾压要考虑温度。温度太高,胶轮上的太早均容易在路面表面形成沥青薄皮,玛脂过度上浮。一般情况下,初压结束后即可进行胶轮的碾压。2)容易出现粘轮现象,SMA易粘胶轮是因为当胶轮自身温度相对较低时,SMA中的改性沥青极易粘附在胶轮表面,粘有沥青的胶轮表面会粘附SMA的细料,因此造成路面粘连。所以在施工过程中应保持胶轮表面干净,在施工过程中需安排专人负责清理胶轮。碾压开始时,胶轮表面应涂一层隔离剂,使胶轮表面不易粘料。当胶轮温度与混合料温度趋于一致时,粘料现象会减少。

4 结语

水泥混凝土桥面铺装的施工工艺是保证桥面铺装使用性能的关键因素之一,课题对涉及水泥混凝土桥双层SMA铺装的关键施工工艺进行了研究,得到的主要结论如下:1)水泥混凝土桥桥面铺装施工前一定要重视桥面板的处理,保证桥面板粗糙洁净。2)水泥混凝土桥面板坑洼不平是客观存在的,桥面板的不平整会影响混合料的压实效果。桥面铺装施工前应对桥面板的标高进行加密复测,对铺装较薄位置进行桥面板局部铣刨或者提高铺装厚度处理,对铺装过厚部位采用细粒式混合料进行调平。3)铺装下层SMA-16施工过程中由于层厚、下卧层等因素,温降速度快,为了保证下层SMA-16铺装的泌水性和压实度,在下层施工时可以采用胶轮进行碾压。

[1]JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].

[2]JTJ 052-2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[3]沈金安.改性沥青与SMA路面[M].北京:人民交通出版社,1999.

[4]邹循华,徐小华,张明星.环氧沥青混凝土在大跨度桥面铺装中的应用[J].山西建筑,2008,34(11):301-302.