泉州田安大桥钢结构桥面铺装施工技术

2013-08-07孔庄

城市道桥与防洪 2013年11期

孔庄

（东南大学，江苏南京 210096）

0 前言

钢桥面铺装，直接将沥青铺设在正交异性钢板上，在行车荷载、风载、温度变化及地震等因素影响下，其受力和变形较一般公路路面复杂，因而对其强度、稳定性、疲劳耐久性、变形协调性等均有更高要求。决定了对铺筑在钢桥面上的铺筑层的要求高于一般道路，它的好坏直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁耐久性以及投资效益和社会效益。

1 工程概况

田安大桥主桥为城市Ⅰ级主干路；行车道为双向6车道两侧各设置5.5 m人非混合车道；设计行车速度60 km/h；设计荷载Ⅰ级公路；地震基本烈度Ⅶ度；设计基准期为100 a。其桥梁结构为上承式梁拱组合桥梁，桥面布置为50m+160m+50m=260 m，上部采用双幅分离、三跨连续结构体系。桥面单幅宽为17.75 m，全桥总宽度为36.5 m。全桥顶板均采用16mm厚度钢板。顶板采用U形加劲肋加劲，上口宽300mm，下口宽170mm，高280 mm，标准中心间距为600 mm，桥面板两端各设置一道16 mm×180 mm的扁钢加劲肋，桥面结构刚度大，摊铺总量小，适用于多种结构摊铺类型，本工程采用双层SMA沥青铺装。

2 沥青铺装层病害分析及破坏形式

钢桥面铺装病害可归结为内因和外因两个方面：

外因主要是受外部条件的影响，如气候、交通荷载状况等等。内因主要指材料特性，如防水粘结材料的结合强度、防腐性能，沥青铺装层的高低温特性、变形性能等。

2.1 纵向、横向裂缝的破坏

该破坏形式比较普遍，主要产生原因有：（1）过往车辆荷载超重；（2）钢桥面板设计厚度过薄，纵横加劲肋间距过大；（3）铺装层抗疲劳性能不足。

钢桥面铺装结构特点决定了其上的铺装层受力较为复杂，在加劲肋的顶部为负弯矩区，铺装层表面受到拉应力、拉应变较大，在重载车的反复疲劳荷载作用下，极易出现疲劳开裂，表现为沿加劲肋顶部的纵向裂缝及沿横隔板的横向裂缝。有时，裂缝是斜向的，主要是由于铺装层整体的抗拉强度不足，铺装层在推移过程中形成的。

2.2 车辙破坏（热稳性病害）

车辙破坏一般分为失稳性车辙、结构性车辙和磨耗性车辙。发生在钢桥面铺装层上的车辙以失稳性车辙为主，其产生原因有以下几点：

外部环境：区域气候条件恶劣，如气温高、高温持续时间长；同时重载车多、超载现象普遍等。两者耦合作用下，加剧了铺装层的热稳性破坏。另外，大多数钢箱梁桥为封闭式，对环境温度的吸收大于释放，内部温度相对较高，从而引起铺装层温度过高，间接导致其热稳性破坏。以及铺装层材料和结构自身热稳性不足，在汽车荷载反复作用下逐渐形成永久性形变累积。

2.3 脱层及推移

脱层及推移破坏的出现主要和粘结层、铺装层沥青混合料的高温稳定性有关。对于钢桥面铺装层与钢板之间的粘结则存在一些问题，主要是层间粘结强度随温度的升高而降低。使改性沥青类铺装结构常温时剪切强度在1.0 MPa以上，而70℃时的剪切强度一般在0.1～0.3 MPa之间。根据计算分析，考虑转弯及制动条件下的最不利条件下，铺装层与钢板间的剪应力可达到0.4～0.5 MPa，在重载交通的反复疲劳荷载作用下，铺装层更容易产生脱落层。同时，铺装层的开裂，同时，水分的渗透，可以加速铺装层的脱层和推移。

2.4 坑槽、松弛及其它

坑槽破坏一般与材料的局部不均匀性以及对其它病害没有及时维护有关。如沥青混凝土混合料空隙过大，抗水损害能力不足，病害发生会迅速向周边扩散。

2.5 其他钢桥面铺装的破坏形式

（1）伸缩缝与铺装结合部位在长期行车荷载作用下形成错台；

（2）行车磨耗作用及使用材料抗磨光功能不足而引起铺装抗滑性能不足；

（3）沥青混凝土铺装施工中产生（鼓包）等破坏，主要是由于防水粘结层施工时，界面不清洁，存在着水、油污等污染源；乳化沥青粘结层未完全破乳，残留多余水分也会导致这种破坏；

（4）铺装表面局部松散、乏油、表面光滑等轮迹带。主要是由于施工配合比设计不当、局部施工缺陷造成。

桥面铺装层一旦发生开裂，水分将通过裂缝渗入铺装层结构内容部，不仅加速了铺装层的破坏，严重情况下危及桥梁的使用寿命，见图1。因此施工中要科学选取铺装材料，并严格控制施工质量。

图1 钢桥面铺装常见病害形式

3 铺装层结构特点

钢桥面铺装层的主要功能是再设计期内为车辆提供稳定、平整的行驶路面，要求铺装层具有较高的强度及耐久性，较好的耐磨性及抗滑性，优良的高温稳定性、低温抗裂性以及防水渗透能力。

铺装层厚度考虑功能要求的不同，分三层设计。总厚度75mm，粘接层和缓冲层总厚度为5mm；铺装下层采用SMA10厚度35 mm；铺装面层采用SMA10，厚度 35 mm。

3.1 铺装面层及铺装下层

SMA具有粗集料多、矿粉多、沥青多和细集料少等特点，粗集料石对石接触、相互嵌锁形成的骨架直接承受了荷载的作用，对高温敏感性较小，含量较高的矿粉与沥青形成粘结力很高的玛蹄脂，提高整体力学性能。改性沥青SAM混合料铺装层优点：柔韧性、抗松散、抗裂能力强；具有良好的耐久性和防水性能；抗塑流和抗永久变形的能力强，不易产生车辙；具有粗糙的表面结构，防滑性能好；没有特殊的施工要求，施工期短，费用较低。

3.2 防水粘结层及缓冲层

防水粘结层是整个桥面铺装结构形成有机整体的重点，除了防止水分下渗锈蚀钢板，还应粘结钢桥面与铺装层，使之成为一个整体。其性能的好坏对钢桥面铺装的耐久性有着直接影响。本工程拟采用环氧树脂，在固化反应过程中收缩率小，其固化物的粘结性、耐热性、耐腐蚀性和憎水性等性能优良。

缓冲层由两层200～400 g/m2，溶剂粘结剂作为底涂层和3～6 mm橡胶沥青砂胶组成。作为变形能力大的弹性材料，有效吸收应变，降低桥面装铺层的弯拉应力。削弱钢桥面在温度升高对粘结防水层的力学稳定性的影响。阻止水分下渗，提高防水层与沥青混凝土铺装层的抗剪切能力。

通过防水层及缓冲层的有效设置，满足致密不透水，具有较高的粘结强度和良好的变形协调能力，以及具有抵抗温度对防水层不利影响的作用。

4 施工工艺流程

钢桥面喷砂除锈－环氧富锌漆－环氧粘结层－橡胶沥青砂胶缓冲层－SMA铺装下层－改性沥青SMA铺装面层－封雾层，流程见图2。

图2 施工工艺流程图

（1）桥面铺装前，为保护桥梁结构的耐久性，先对桥面进行清洁，用清洁剂或溶剂清洗钢桥面板表面的油、油脂、盐分及其它脏物。用高压清水清洁,直至无油污、尘垢为止。干燥处理后进行喷砂除锈处理，要求喷砂清洁度达到Sa2.5级，要求钢桥面板喷砂除锈后粗糙度达到50～150 um。在清洁度和粗糙度都满足要求之后对桥面进行环氧富锌漆的施工，环氧富锌漆的施工与桥面喷砂除锈完成的时间间隔不能超过4 h，以免钢板表面被氧化而不能完全达到保护钢板的要求。

（2）在环氧富锌漆完全固化，用刮涂工具刮涂第一层环氧树脂，施工时应严格按涂布率为200～300/m2，将环氧树脂均匀刮涂，在环氧树脂表面还未固化前，用人工撒布0.3～0.6 mm碎石，用量约为300～400 g/m2。当第一层环氧胶完全固化后，用扫把清走表面多余的碎石，经钢桥板与环氧胶界面的附着力检测合格后，在均匀地刮涂第二层环氧树脂，涂布率为400～600，均匀地撒布1.18～2.36 mm的碎石，待环氧胶完全固化后清扫多余的石子。

（3）橡胶沥青缓冲层：环氧粘结层固化合格后，涂洒溶剂型粘结剂，其用量为：200～400 g/m2，在溶剂粘结剂施工完4～8 h后，即可施工橡胶沥青砂缓冲层，在缓冲层施工中要注意施工厚度，厚度不能太厚也不能太薄，太厚容易形成车辙，太薄又不能起到很好的缓冲作用，在橡胶沥青砂胶生产过程中要注意控制温度，防止沥青老化。

（4）缓冲层固化后，在上部施工双层参加聚酯纤维的高弹改性沥青SMA10，设计空隙率为3.0%～4.0%，高弹改性沥青SMA10具有良好密实性和整体性，高弹改性沥青相对于普通改性沥青而言，具有更好的抗开裂能力和耐疲劳能力，且其粘度较小更容易压实以保证空隙率；上下层间设置网孔大小为38.1 mm×38.1 mm的自粘玻纤格栅，起到防止推移、抵抗车辙的作用；铺设时不允许出褶，卷端重叠部分搭接75～150 mm，确保重叠部分顺着铺设方向，两侧重叠部分搭接25～50 mm，铺设格栅并碾压后，施工车辆或紧急车辆可以通过，但应保证不因车辆的转弯或刹车造成对格栅的损坏，保持格栅的清洁、无泥、无尘或其他杂物，损坏部分应被移走或修补，注意格栅的整体性。

（5）玻纤格栅铺设前撒布改性乳化沥青粘层（用量300～500 g/m2）。改性乳化沥青粘层在铺装面层混合料摊铺前一天施工(必须在面层混合料摊铺8 h前完工)，要求洒布均匀并基本满布。

（6）在面层SMA10铺设完后，即可进行整个桥面的封水处理，最好在面层冷却之后。封水前需对桥面进行清理，封水施工用沥青撒布车进行施工，局部地方用人工进行补涂，以确保涂布均匀。