城市快速路钢箱梁桥环氧沥青混凝土铺装及施工工艺

2013-11-20丁祖奇

交通运输研究 2013年3期

丁祖奇

（合肥市重点工程建设管理局，安徽合肥 230001）

0 引言

目前，城市快速路跨线桥多采用钢箱梁形式，一方面钢箱梁的建筑净空较大，桥梁线性美观轻巧；另一方面钢箱梁采用工厂预制现场吊装，可以大大降低施工干扰，缩短建设工期。但是，选中何种铺装形式可以提供耐久舒适的路面，又能够满足城市建设工期苛刻要求，问题一直困恼相关建设部门。

合肥市南二环改造工程中翡翠路立交桥的第一联也是连续钢箱梁结构，其跨径布置为30m+30m+40m+30m，横坡为双向1.5%，桥梁上部采用斜腹板单箱四室截面，钢箱梁顶面全宽为25m，箱底宽度16.284m，两侧翼板悬臂长度3.891m，斜腹板水平夹角为59.04°。综合各种因素分析，该桥最终采用下面环氧沥青混凝土，上层采用SMA的铺装结构，既保证桥梁按时通车，又保证桥面舒适耐久。

1 钢桥面铺装类型

在市政部门面临钢桥面铺装问题之前，国内外的交通部门已经开始多种铺装类型的尝试，并且在国外已经实施多种钢桥面铺装，有的铺装方案经历数十年考验，可以称得上成功方案，但是具体到市政工程特点，有的方案不仅仅要进行一定修正，甚至有的方案因为条件不足可能需要放弃。

目前国内外较为成功的钢桥面铺装类型有三种形式：a）浇注式沥青混凝土；b）环氧沥青混凝土；c）高性能改性沥青混凝土。三种类型铺装材料可以根据不同情况进行组合，诞生出多种铺装方案。其中，浇注沥青混凝土多在欧洲国家广泛采用，日本常采用下层浇注上层改性沥青混凝土方案，环氧沥青混凝土在美国使用较多。我国自上世纪90年代末陆续实施大跨径钢箱梁斜拉桥以及悬索桥，三种铺装形式基本上都采用过，其中江阴大桥以及香港青马大桥采用浇注式沥青混凝土，厦门海沧大桥等采用双层SMA，以南京二桥为代表的采用环氧沥青混凝土，运营实践表明，环氧沥青混凝土具有较好的耐疲劳性能，在保证其施工环节的情况下可以实现较好使用性能。

综合各种钢桥面铺装破坏类型进行分析可以看出，目前钢桥面铺装破坏主要发生在U型肋顶部，主要原因在于该处处于一种复杂受力状态，此外，还有一种破坏形式不能忽视，就是铺装层与桥面之间发生了脱层，铺装层在车辆荷载作用下反复拍击钢桥面，甚至在雨天发生钢桥面锈蚀的现象。因此，不论何种铺装层，要作为钢桥面铺装层，需要满足以下几点：a）具有较好的抗疲劳能力由于钢桥面铺装处于一种复杂受力状态，因此，材料的疲劳寿命直接影响到铺装使用；b）具有优异的粘结性能，尤其与钢板的粘结性能三种铺装形式中由于环氧沥青混凝土的多种极性基团，可以较好保证与钢桥面的粘结；c）具有较好高低温平衡性能目前欧洲以及日本常采用的浇注式沥青混凝土，其单独作为桥面铺装，由于其高温性能不足容易导致行车舒适性下降；d）密水性能这一点三种类型基本上均能实现。

综合分析考虑气候、安全、性能等各方面因素[1-3]，翡翠路立交桥桥面铺装采用复合结构，结构层设置为：4cmSMA沥青混凝土+环氧沥青粘结层+4cm环氧沥青混凝土+环氧沥青防水层，桥面铺装结构形式如图1所示，其中环氧沥青混凝土铺装为合肥地区首次使用。

图1 桥面铺装机构形式

2 下层环氧沥青混凝土性能试验

由于铺装上层采用与两侧接线相同的SMA改性沥青混凝土，基本上与目前广泛使用的SMA结构类似，本文不再赘述。下面将结合合肥地区本地集料特征介绍环氧沥青混凝土相关室内试验。

2.1 原材料

环氧沥青结合料和粘结料，由北京华路祥交通技术有限公司提供，试验结果如表1、表2和表3所示。

表1 环氧沥青A组分检测结果

表2 环氧沥青B组分技术指标

表3 环氧沥青固化后技术指标

集料满足《公路沥青路面施工技术规范》中对高速公路所用集料的指标要求，并根据铺装要求提高洛杉矶磨耗值、针片状含量以及矿料密度等关键指标的标准[4]。试验产用1#、2#、3#三种石灰岩集料，填充料采用磨细石灰岩（或玄武岩）矿粉。技术指标如表4和表5所示。

表4 粗细集料技术指标

表5 矿粉技术指标

2.2 级配设计

为了保证较小的孔隙率以实现密水性能，环氧沥青混凝土一般采用密级配，其设计级配上限AC-13级配上限还要细密，中值基本上与AC-13上限吻合。采用该密级配，一方面可以保证材料具有较好的细密性，成型混凝土试件的孔隙率基本上低于4%，甚至达到1%以下，保证雨水及空气中水分较少浸入到铺装与钢板夹层；其次，采用该密级配还可以保证采用较好用油量，以保证混凝土具有较高的疲劳寿命。合成级配曲线如下图2所示。

图2 级配曲线

2.3 室内马歇尔试验

根据选定的级配类型和环氧沥青材料推荐用油量，成型法马歇尔试件，并根据强度、流值、孔隙率、密度和饱和度等技术指标确定最佳用油量为6.3%。最佳用量下的马歇尔试验结果如表6所示。由表6可知，环氧沥青混凝土具有较高强度，其稳定度高达48kN，远远高于目前常用的改性沥青混凝土的强度；其次，未固化试件的强度达到了7.2kN，满足基本通车要求的6kN，距离规范规定的高速公路沥青路面要求的7.5kN较近，可以保证施工完毕后即可以实现施工车辆通行。

表6 马歇尔试验结果

3 施工质量控制

3.1 环氧沥青与普通改性沥青区别

环氧沥青混凝土的施工与普通改性沥青混凝土存在一定的差别，其根本原因就在于两种材料的改性剂不同，前者采用环氧树脂体系作为沥青改性剂，而后者采用SBS等热塑性树脂作为改性剂。环氧树脂体系一般由环氧树脂、固化剂等组成，环氧树脂与固化剂混合后即发生了化学反应，一定时间内可以形成不能熔化的凝胶结构，因此，环氧沥青一般采用双组份储存与运输，现场实施时采用专用的添加设备实现两组份的混合与泵送。

图3为120℃下环氧沥青材料的粘度—温度曲线，从图中可以看出，环氧沥青的粘度随着时间增长而逐渐升高，普通改性沥青的粘度与时间基本上无任何联系。因此，环氧沥青在两组份混合后，必须在规定时间内将混合后的环氧沥青材料泵出并与石料拌合均匀，运输到现场并摊铺碾压，一旦在规定时间内无法实现上述工序，则容易出现废料，甚至出现了拌合楼管路堵塞等事故。

图3 120℃下环氧沥青材料的粘度—温度曲线

实际施工过程中，一旦了解环氧沥青材料这种特性，并有针对性进行相关预案处理，施工还是非常顺利的，而且有普通改性沥青混凝土施工经验的队伍均可以开展。

3.2 环氧沥青混凝土实施要点

针对环氧沥青材料的特点，本工程结合试拌实施过程中的问题，不断总结与分析，制定了环氧沥青混凝土拌合与施工实施要点，并有针对性地对相关要点进行控制，有效保证整个工程的顺利实施。具体实施要点如下。

3.2.1 拌合过程中的实施要点

3.2.1.1 每次环氧沥青混凝土拌合前，要求采用普通沥青或者改性沥青进行试拌。由于环氧沥青混凝土拌合温度为120℃，低于普通沥青，采用普通沥青的控制温度为140℃，待普通沥青拌合一切正常后，方可切换到环氧沥青混合料的拌合。

3.2.1.2 拌合过程保持连贯，不得随意中断，一旦由于不可抗拒因素导致中断，则整个系统立即切换到普通沥青，并采用普通沥青拌合两盘热料后方可中断拌合。

3.2.1.3 每次拌合结束，也采用普通沥青拌合两盘热料进行唰机。

3.2.1.4 控制混合料温度稳定在115～125℃（115℃～120℃最佳），并结合试验室检测结果调整矿料级配及沥青含量在要求的范围内并保持稳定。拌合时需对生产的每一盘混合料温度进行检测，对于拌合温度高于125℃或者是存在花白料及焦料现象，应立即作废料处理，必要时停止拌合，找出原因后再重新生产。

3.2.2 运输与摊铺碾压实施要点

3.2.2.1 为了实时了解前后场的每一辆料车的温度变化及波动情况，本项目结合环氧沥青相关室内试验以及国内环氧沥青混凝土铺装实际经验，制定了施工容留时间表（见表7）。

表7 环氧沥青（结合料）生产和运输的时间限制

3.2.2.2 由于本项目实施环境温度较低，对运料车采用碎石预热方法进行预热，并在车厢内与混合料接触的部位，涂一层植物油作为隔离剂，保证混合料质量；运料车厢顶用帆布及棉被覆盖，已经离析或结成团块或在运料车卸料后滞留于车上的混合料，以及低于、高于规定温度或被雨水淋湿的混合料都予废弃。

3.2.2.3 调度员根据容许卸料时间范围确定每一料车的具体卸料时刻和卸完时刻，根据前后几车的具体卸料时间范围确定料车先后卸料顺序，并通知摊铺机管理员。摊铺机管理员再根据料车具体卸料时间范围、混合料的重量、摊铺宽度、摊铺厚度确定摊铺机的行进速度。

3.2.2.4 环氧沥青混合料摊铺前，应预先在摊铺机及运料车行走的轮迹处人工铺撒少量环氧沥青混合料热料，以防止车辆在行走过程中出现粘轮现象，破坏粘结防水层结构；且要预热摊铺机，预热温度在110～120℃之间，为防止局部过热，采用断续加热的方式加热。

3.2.2.5 环氧沥青混合料摊铺时，将松铺系数初步拟定为1.15，摊铺过程中每10m测一次松铺厚度，并且螺旋布料器中的料位以略高于螺旋布料器2/3为宜，避免摊铺层出现离析；设专人计算并控制摊铺速度，根据供料能力及各料车送料单的“容许卸料时间范围”进行及时调整，以控制不停机、不超时；专人负责不间断翻动螺旋布料器两端和中间部分易产生“死料”的地方，有效预防“死料”的产生。环氧沥青混合料摊铺厚度应均匀，误差范围在最终厚度的40±2mm内。

3.2.2.6 碾压应紧跟摊铺机进行。碾压过程分为初压、复压、终压三个阶段进行。压路机碾压组合及碾压遍数如表8所示。初次压实应在混合料温度下降至80℃之前完成，终压在温度下降至60℃之前完成。