马鞍山长江公路大桥钢桥面铺装方案设计与论证

2016-03-12詹成根王民刘克

筑路机械与施工机械化 2016年2期

詹成根+王民+刘克

Abstract： According to the working conditions and technical requirements of deck pavement of Maanshan Yangtze River Highway Bridge， three pavement schemes were proposed， including “gussasphalt （GA） +SMA”， “double epoxy asphalt concrete （EA）” and “double SMA”. Technical properties， working condition applicability， operational performance and construction cost of those design schemes were compared by means of laboratory test， engineering survey and qualitative evaluation. The results show that “gussasphalt （GA） +SMA” is the best choice， while “double epoxy asphalt concrete （EA）” is superior to “double SMA”.

Key words： road engineering； deck pavement； scheme design； gussasphalt

0引言

马鞍山长江公路大桥是上海—合肥高速公路的重要组成部分，其跨江主体工程全长为11209 km，主跨为2×1 080 m的三塔两跨悬索钢箱梁桥，桥面顶板厚14 mm[1]。本文拟根据该桥使用条件和技术要求拟定几种常用的钢桥面铺装方案，通过室内试验、工程调查及定性评价，对比研究拟定方案的技术性能、建设条件适应性、使用性能及建设费用，以得到最佳铺装方案。

1大桥使用条件与技术要求

大桥地处长江下游的北亚热带季风气候区，气候温和，四季分明。桥区累年极端最高气温为43 ℃，最低气温为-14 ℃，年平均气温为158 ℃；降水量较丰富，多年平均降水量为1 053.0 mm；空气湿度相对较大，历年平均相对湿度为76%[23]。

根据调研及实桥交通量预测，该桥交通量为332×116轴次，而一般高速公路的车道累计标准轴次通常为（20～30）×106，因此该桥交通较为繁重[46]。

马鞍山长江公路大桥的桥面铺装应满足如下技术要求。

（1）良好的追随变形能力和抗疲劳开裂性。

（2）良好的抗车辙性、水稳性及密水性。

（3）对桥梁结构应具有良好的保护作用，能适应桥区气候。

（4）桥面铺装层材料的初期筛选应兼顾后期养护管理的便捷性。

2铺装方案的初步拟定

根据该桥桥面铺装的技术要求，提出满足基本使用条件的3种初步铺装方案：浇注式沥青混合料GA10+高弹改性沥青SMA10铺装；双层环氧沥青混凝土EA10铺装；双层高弹改性沥青SMA10铺装，如表1所示。

3铺装方案对比分析

3.1技术性能对比分析

3种铺装方案的基本性能测试结果如表2所示。

对比分析3种铺装方案基本技术性能指标，可以得出以下结论。

（1）层间结合效果方面。双层EA铺装方案的层间结合强度（粘结强度、剪切强度）最高，双层SMA铺装方案的层间结构强度最小，GA+SMA铺装方案居中。

（2）材料结构性能方面。双层EA铺装方案具有优良的高温抗车辙性能，同时也具有较好的低温抗开裂性能；GA+SMA铺装方案与双层EA铺装方案的疲劳次数都达到100万次而结构未出现破坏，而双层SMA铺装方案则只有80万次，说明前2种铺装方案具有良好的疲劳耐久性。

（3）路用性能方面。GA+SMA铺装方案的下层密水性能良好，且面层耐磨抗滑，保证了行车安全；而双层EA或双层SMA内部都有一定数量的连通空隙，难以保证整个铺装层的密水效果，同时，EA在施工过程中的级配偏细，铺装层表面构造深度降低，对行车安全不利。

（4）抗变形性能方面。如图1所示，随着温度的增加，GA、SMA和EA的变形能力都在增强，但GA和SMA的弯拉应变要高于EA。这表明混合料在常温或疲劳温度区间内时，GA和SMA的抗变形能力优于EA。

从防水粘结层材料综合性能方面的高低排序依次为：GA+SMA铺装方案、双层EA铺装方案、双层SMA铺装方案。从铺装材料结构性能方面的高低排序依次为：双层EA铺装方案、GA+SMA铺装方案、双层SMA铺装方案。从路面使用性能方面的高低排序依次为：GA+SMA铺装方案、双层EA铺装方案、双层SMA铺装方案。

3.2基本建设条件的适应性分析

建设条件对桥面铺装工程的品质具有重要影响，铺装方案的确定需要尽可能适应其基本建设条件。马鞍山长江公路大桥的3种铺装方案对建设条件的适应性分析见表3[7]。

从表3可以得出，对于建设条件的适应性，GA+SMA铺装方案具有明显优势，其次为双层SMA铺装方案，而双层EA铺装方案对建设条件的适应性最弱。

3.3已建工程使用性能调研

调研了3种方案已建工程的使用效果，统计结果如表4所示，表明以下问题[811]。

（1） GA+SMA铺装方案的整体使用效果良好，除了浇注式沥青混合料应用的第1座钢桥，其余桥梁（包括表中未列出桥梁），在通车5年内出现病害的极少，部分桥梁通车多年未出现任何病害，可见该铺装质量比较稳定，可靠性较高。

（2）在应用双层EA铺装方案的桥梁中，个别桥梁使用性能表现良好，但更多桥梁使用效果欠佳。所列桥梁在科研设计或施工过程中，投入了较多人力、物力开展专项攻关，但实桥仍在通车3～5年后便出现鼓包、裂缝、坑槽等破坏现象，且部分破坏面积较广，甚至有些桥梁在通车次年便出现裂缝、坑槽。

（3）双层SMA铺装方案使用情况与使用条件有较大的相关性，早期应用桥梁较多，目前除了中小桥，采用该方案较少[12]。从实际调研数据来看，整体使用效果一般，质量稳定性正常，具体情况与建设初期投入有一定关系。

3.4建设费用分析

项目建设不仅要考虑初期建设成本，还要考虑其寿命周期内的维护费用问题。以初期建设成本、后期养护费用、养护频率及预测使用寿命为指标，评价了3种铺装方案的经济性，结果如表5所示。

从表5可以看到，GA+SMA方案的初始建设费用与同类方案相比一般，但后期养护管理费用及养护频率低，且目前使用性能表现良好，实际运营寿命较长。双层EA方案的初期建设费用高，但由于早期病害较大，加之维修技术难度大，后期养管费用及养护频率偏高，从实桥使用情况来看，在类似使用条件下的使用寿命一般。双层SMA方案的初期建设费用低，但由于结构体系不完善，耐久性有限，后期养管费用及养护频率偏高，因而在类似使用条件下使用寿命最短。

4结语

在综合技术性能方面，GA+SMA优于双层EA，双层EA优于双层SMA。在建设条件适应性方面，GA+SMA优于双层SMA，双层SMA优于双层EA。通过已建工程使用性能调研，表明GA+SMA优于双层EA，双层EA优于双层SMA；经济性方面，GA+SMA优于双层EA，双层EA优于双层SMA。

参考文献：

[1]詹成根，王民，张昭.马鞍山长江公路大桥钢桥面铺装设计指标分析[J].交通科学与工程，2014，9（3）：3539.

[2]招商局重庆交通科研设计院有限公司.钢桥面铺装建管养一体化铺装方案设计与论证[R].重庆：招商局重庆交通科研设计院有限公司，2013.

[3]招商局重庆交通科研设计院有限公司.马鞍山长江公路大桥钢桥面铺装施工图设计[R].重庆：招商局重庆交通科研设计院有限公司，2013.

[4]江苏省交通科学研究院股份有限公司.泰州长江大桥复合浇筑式钢桥面铺装应用研究[R].南京：江苏省交通科学研究院股份有限公司，2012.

[5]江苏省交通科学研究院股份有限公司.南京长江四桥钢桥面铺装技术研究[R].南京：江苏省交通科学研究院股份有限公司，2013.

[6]中铁大桥勘测设计院集团有限公司.马鞍山长江公路大桥施工图设计总说明[R].武汉：中铁大桥勘测设计院集团有限公司，2009.

[7]张强，徐宏光.马鞍山长江公路大桥设计与创新[J].桥梁建设，2010，12（6）：14.

[8]重庆交通科研设计院.公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南[S].

[9]JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].