浇筑式沥青钢桥面铺装工法在悬索桥中的应用
2014-08-11李逢源
李 逢 源
(山西长兴路桥工程有限公司,山西 长治 046000)
浇筑式沥青钢桥面铺装工法在悬索桥中的应用
李 逢 源
(山西长兴路桥工程有限公司,山西 长治 046000)
对热固性材料、沥青类材料、组合类材料三类钢桥面铺装方案进行了对比分析,结合南京长江四桥的铺装案例,主要对复合浇筑式沥青钢桥面的铺装工法进行了论述,实践证明该工法确保了铺装结构的追随性与抗疲劳性,既提高了施工质量,又缩短了工期。
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0 引言
钢桥面铺装是国内外桥梁界最为关注的问题之一,也是桥梁工程中的关键技术之一。自20世纪90年代以来,我国掀起了一股大跨径桥梁的建设热潮。在新建的大跨径桥梁中,绝大多数钢桥面均采用了正交异性钢桥面板,极大的促进了我国钢桥面铺装事业的发展。在我国,钢桥广泛的应用,在国内形成一套成熟的桥面铺装工法已成为亟待完成的课题。
悬索桥由于箱梁位移、变形大,对铺装的变形协调要求非常高,要求铺装层具有平整、防水、防腐、抗塑性变形、追随钢桥面板变形和耐候、抗疲劳破坏的优良品质。2012年年底通车的南京长江四桥采用的是三跨吊索连续体系钢箱梁,这对钢桥面铺装具有更高的要求,铺装结构的追随性与抗疲劳性能更加重要。采用的复合浇筑式沥青钢桥面铺装施工工法促进了国内钢桥面铺装的自主创新,成果总体上达到了国际领先水平,不仅提高了施工质量,还使工期大大缩短。
1 钢桥面铺装结构
钢桥面铺装是桥梁工程中的关键技术之一,而悬索桥由于跨度长、变形大,其桥面铺装更是世界性工程难题之一。
德国是世界上最早进行钢桥面铺装研究和应用的国家,其他一些发达国家,如法国、日本、美国等,随后也进行了这方面研究,主要是采用结合材料试验的经验设计法。典型的钢桥面铺装方法有:
1)浇筑式沥青混凝土。由TLA掺配一定比例石油沥青或改性沥青配制,起源于德国,在英国、日本等国家得到了发展。
2)改性SMA沥青混凝土,起源于德国,间断密级配,由于粗集料之间相互嵌挤作用,因此具有优异的高温稳定性。
3)环氧沥青混凝土。首次用于美国San Mateo Hayward大桥,在美国、加拿大、荷兰和澳大利亚等国广泛应用。
4)ERS三层桥面铺装结构。由我国开发的结构。EBCL作为防水、抗滑粘结层;RA05作为铺装整体化层、刚度过渡层、隔温层;SMA作为高粘改性沥青表面功能层。
按照混合料中的结合料性能,钢桥面铺装可分为热固性材料、沥青类材料、组合类材料三大类,各类铺装方案的主要使用状况如表1所示。
悬索桥对铺装的变形协调性要求较高,要求铺装层具有平整、防水、防腐、抗塑性变形、追随钢桥面板变形和耐候、抗疲劳破坏的优良品质。在国内外,各种铺装材料均有应用,且使用效果也各不相同。南京四桥钢桥面铺装采用复合浇筑式沥青钢桥面铺装工法,实现了大跨径桥梁钢桥面铺装施工技术的多项创新,填补了国内空白,成果总体达到国际先进水平。
表1 三类铺装方案的对比
2 复合浇筑式沥青钢桥面铺装工法
南京长江四桥主跨1 418 m,是国内跨径最大的三跨悬索桥。如何解决特大跨径悬索桥的钢桥面铺装一直是一个世界级难题。经过研究讨论,决定采用浇筑式沥青铺装,在主桥桥面上摊铺两层不同种类的沥青,下面层使用浇筑式的沥青,直接在现场浇筑,提高沥青与桥面的粘合度;上面层使用普通改性沥青(如图1所示)。
南京四桥采用的铺装结构见图2。
采用浇筑式沥青混凝土进行钢桥面铺装,该工法主要包括混合料的生产、运输、摊铺、撒布碎石等环节(如图1所示)。浇筑式沥青混凝土具有流动性,只需要简单的摊铺整平即可。浇筑式沥青混凝土属于密级配沥青混凝土,不透水,水不会渗透到桥梁主体结构中,有效保护桥梁主体结构不受腐蚀。
采用浇筑式沥青混凝土进行钢桥面铺装的主要工序包括:
1)在铺装前,最主要的环节是进行钢桥面清洁。
在铺设沥青前,要对钢桥面进行打磨(如图3所示),对光洁度要求非常高,需要达到97%以上。
2)防水粘结层施工(如图4所示)。
钢桥面打磨完成后,必须立即涂刷第一遍粘结油,必须在打磨完成1 h后进行,否则,需要边打磨边浇筑。
粘结层施工要求如表2所示。
表2 粘结层施工要求表
3)混合料生产。
混合料在拌和时,由于拌和的温度高,且时间长,因此拌和设备要具备相应的拌和耐高温能力。
混合料在拌和时,进行温度控制是一项重要内容。当采用未加热的矿粉时,应将石料加热到290 ℃~330 ℃;混合料的出料温度控制在220 ℃~250 ℃为宜。
混合料进行拌和时,由于矿粉量较高,应先干拌15 s,再湿拌90 s。
在拌和过程中,应确保矿粉及沥青掺量能够精确计量。
4)混合料运输。
生产好的混合料在运输过程中,为确保施工质量,避免混合料出现离析和温度大幅降低,应采用专用的运输车Cooker进行拌和与保温。
专用运输车Cooker主要由搅拌系统、加热系统和罐储存系统三部分构成。在混合料装车前,应先将其预热,一般控制在160 ℃为宜。装料后,应对混合料进行不间断的搅拌。为确保出料温度,在运输途中将混合料温度控制在220 ℃~250 ℃为宜。
在施工中,应尽量缩短混合料在运输车中的停留时间。从装车到出料,以不超过5 h为宜,应确保搅拌时间不少于40 min。在很多的工程实例中,将运输时间控制在3 h之内。
为防止运输车进入施工现场后造成的桥面污染,应在其进入施工现场前,安排专人划定专门区域对其进行轮胎及底部清洗。
5)混合料摊铺。
采用自流成型无须碾压的沥青混合料时,需要使用专用摊铺机。
在摊铺前,应提前0.5 h进行摊铺机预热,预热温度控制在160 ℃~200 ℃为宜。
由于混合料具有的流动性较强,为防止混合料的侧向流动,需在两侧设置边侧限制。混合料运至施工现场后,必须进行温度及其他检测,只有符合施工要求的混合料,方可允许进行铺摊。
混合料摊铺速度应与混合料运输及拌和能力相匹配。
摊铺机后紧跟碎石撒布机。根据施工设计的要求,进行预拌沥青碎石撒布作业。为确保碎石具有良好的嵌入效果,使用人工进行滚筒碾压作业。
6)接缝处理。
在混合料铺装中,为确保铺装层的整体强度,应尽量避免横向接缝的产生。
在施工中,对由于等料、天气变化等原因出现的停工,应先将与摊铺宽度相同长度和高度的挡板置于施工缝位置固定,采用人工施工将混合料抹平并紧贴挡板,将混凝土敲击压实,待其冷却后将挡板拆除即可。
当继续进行桥面铺筑施工时,为确保桥面铺装的整体性,先对接缝处一定宽度进行加热,待其软化后再进行正常摊铺,以确保接缝处的粘结效果和强度。
当在接缝处发现有松散或麻面等病害时,必须立即进行人工处治。
下层铺好后,在上层使用普通的改性沥青混合料进行摊铺。
南京四桥的工程实践表明,下层浇筑沥青混凝土层可达到抗塑性变形开裂、防水、抗老化的效果,上层高弹改性沥青混凝土层可达到抗松散、抗裂、抗滑、耐久、抗永久变形的能力。铺筑的路面具有优良的高温稳定性、低温抗裂性、抗腐蚀性和对钢板的追从性。
3 浇筑式沥青混凝土的应用
南京长江四桥桥面引进的浇筑式沥青铺装技术,是在国内特大型桥梁中的首次使用,形成了复合浇筑式沥青钢桥面铺装设计施工成套技术。在该工程中,创新铺装技术的应用,不仅提高了施工质量,还使工期缩短1个月,大大提高工程性价比。
2014年1月通车的福州琅岐闽江大桥钢桥面铺装工程也使用了该工法,采用的是GA10+SMA13的铺装结构。
浇筑式沥青铺装技术能够确保钢桥面具有优良的高温稳定性、低温抗裂性、抗腐蚀性和对钢板的追从性,性价比高,在我国具有极大的推广应用前景。
[1] 周 凯.复合浇筑式沥青钢桥面铺装施工工法[Z].济南:山东省路桥集团有限公司,2014.
[2] 廉兴军.浇筑式沥青混凝土在正交异性板钢桥面铺装中的应用[J].桥梁建设,2008(1):39-40.
[3] 刘 卓,孙 华.浇筑式沥青混凝土钢桥面铺装技术[J].天津建设科技,2005(1):61-62.
The application of pouring asphalt steel deck pavement construction method in suspension bridge
LI Feng-yuan
(ShanxiChangxingRoad&BridgeEngineeringLimitedCompany,Changzhi046000,China)
This paper compared and analyzed the thermoset materials, asphalt materials, composite materials three kinds of steel deck pavement schemes, combining with the pavement case of Nanjing Yangtze River four bridge, mainly discussed the pavement method of composite pouring asphalt steel deck, the practice proved that the method ensured the back resistance and fatigue resistance of pavement structure, not only improved the construction quality, also shorten the construction period.
pouring, steel deck, pavement, asphalt
1009-6825(2014)35-0188-03
2014-10-09
李逢源(1975- ),男,工程师
U445
A