某工程鋼橋面鋪裝設計分析

楊友國

(貴州橋梁建設集團有限公司)

1 鋼橋面鋪裝研究現(xiàn)狀

橋梁橋面鋪裝作為大跨徑橋梁工程的非常重要的組成部分，其工程質量的好壞將直接影響到橋梁的結構的耐久性、車輛通行能力、行車的舒適性和安全性以及經(jīng)濟效益和社會效益。我國開始對鋼箱梁橋橋面鋪裝技術的應用與研究的時間很短，在已建成的鋼橋梁工程中橋面鋪裝后的運營情況并不是很好，特別是懸索橋的鋪裝早期破壞，相比其他例如斜拉橋等結構型式，其鋪裝出現(xiàn)的問題更為嚴重。到目前為止我國設計建造并投入運營的鋼梁懸索橋有十幾座，應當盡快對鋼箱梁正交異性鋼橋面鋪裝設計進行系統(tǒng)性的科學研究，尋求適合我國氣候條件和交通荷載的新型橋面鋪裝材料，具有很好的理論價值和實用意義。

目前國內(nèi)外鋼橋面鋪裝采用的主要是四種鋪裝材料和三類鋪裝結構。環(huán)氧瀝青混凝土在美國的應用最普遍，澆注式瀝青混合料主要有日本的澆注式瀝青混凝土(Guss Asphalt)和英國的瀝青馬蹄脂(Mastic Asphalt)。在中國工程領域應用最多的是改性瀝青SMA材料。鋼橋面鋪裝工程中的三類鋪裝結構主要是指同質單層、異質雙層結構以及同質雙層三種。目前鋼橋面工程領域中應用較多的鋪裝結構有:雙層環(huán)氧瀝青混合料、雙層澆注式瀝青混凝土、下層澆注式瀝青混凝土加上層改性密級配瀝青混凝土、雙層改性瀝青SMA以及單層瀝青馬蹄脂混凝土等幾類形式。最近幾年國內(nèi)的鋼橋面鋪裝設計研究出了一些新的材料組合和結構形式，并在多個橋梁工程中的得到應用，取得很好的效果。

2 鋼橋面鋪裝方案

某橋梁工程橋梁形式是單跨雙鉸懸索橋，南北的邊跨分別是118m和134m，中跨的跨度是380m。中跨鋼箱梁段的車行道21m，人行道兩邊各2.5m，全寬則是27.8m，其中人行道和車行道中間設置0.9m的吊索區(qū)。該橋梁的設計依據(jù)和設計指標:橋面的設計車速為50km/h，設計荷載和驗算荷載分別是汽-超20級和掛車-120，自然氣候見表1所示的橋位區(qū)氣象特征表。

表1 橋位區(qū)氣象特征表

根據(jù)當?shù)氐臍庀筚Y料并結合工程人員對過去對鋼橋面鋪裝溫度測試總結的經(jīng)驗:通常高溫環(huán)境時，鋪裝層溫度比環(huán)境氣溫高20～25℃左右，鋼板溫度和鋪裝底面溫度比環(huán)境氣溫高15～20℃;在低溫環(huán)境下，鋪裝溫度應該要略高于環(huán)境氣溫，?？紤]工程施工的一些影響因素，估算該工程鋼橋面鋪裝使用溫度約在10～65℃，鋼板溫度和鋪裝底面溫度約在10～55℃。所以鋼橋面的車行道鋪裝用改性瀝青的使用溫度為10～65℃。

按照雙層SMA設計的設計理論，鋼橋面鋪裝車行道的總厚度為75mm，緩沖層和粘接層總厚度是5mm，鋪裝上層采用厚度為35mm的SMA10，鋪裝下層采用厚度為35mm的SMA10。該鋼橋的車行道面板進行噴砂除銹，光潔度等級達到Sa2.5、粗糙度達到50～100μm后，涂抹布上200～300g/m2環(huán)氧粘接劑，同時在其上面撤布0.2～0.7mm，用量為300～400g/m2的碎石，等材料完成固化后，再涂布500～600g/m2的環(huán)氧粘結劑，同時在其上面撒布用量為500～800g/m2d的碎石，等環(huán)氧粘結劑完成固化后再涂抹兩層總厚度為0.1～0.2mm的溶劑型的粘結劑，然后做3～6mm橡膠瀝青緩沖層;鋪裝下層SMA10設計空隙率為2.0%～3.0%，這樣整體就具備良好密實性。鋪裝上層SMA10的設計空隙率為3.0%～4.0%，這樣結構就具備很好的抗裂性、熱穩(wěn)性和表面抗滑性能。

圖1 車行道鋼橋面鋪裝結構示意圖

對于鋼構橋面的人行道進行鋪裝，鋼板噴砂除繡、緩沖層、粘接層和橋面的車行道相同，只是鋪裝層改為采用厚度為7cm的雙層砂粒式瀝青混凝土AC-5，采用重交AH-704#基質瀝青。

3 車行道鋪裝混合料配合比分析

該橋梁鋼橋面車行道的鋪裝結構是雙層SMA，上下層SMAl0使用的瀝青都是K-4改性瀝青材料，這種改性瀝青材料的基質瀝青是埃索AH-70#瀝青，然后摻入一些有效的外摻劑改性做成。這種K-4改性瀝青具備很好的低溫性能和熱穩(wěn)性。K-4改性瀝青的產(chǎn)品檢測結果如表2所示。

表2 K-4改性瀝青檢測試驗結果

按照工程設計文件中對纖維提出的要求，工程為鋪裝層SMA改性瀝青混合料的選擇穩(wěn)定劑是一種聚脂纖維-肯特萊纖維，該纖維能夠耐240℃的高溫。按照該橋梁現(xiàn)場的來料篩分結果，對SMA10進行級配選擇，然后根據(jù)性能的要求、上下層的混合料體積以及施工現(xiàn)場來料篩分的結果，采用了同一種級配，纖維的用量占混合料的0.3%，油石比是6.7%，拌和溫度為170～175℃，雙面各進行擊實50次。經(jīng)成型然后檢測體積指標并進行材料的性能試驗，最后上下層配比就確定了。合成級配見表3。

表3 合成級配

按照鋼橋鋪裝層SMAIO的目標配合比設計結果以及混合料性能要求，用熱料倉取樣篩分結果對鋼橋鋪裝底層和表層表的混合料進行配合比設計，表4為SMAIO生產(chǎn)配合比混合料性能。

表4 SMA10生產(chǎn)配合比混合料性能

4 結束語

鋼結構橋梁由于其剛度較大、強度較高、自重輕、施工便捷等特性，在橋梁工程中廣泛應用。與其它類型的橋梁橋面鋪裝對比，鋼橋面進行鋪裝的受力條件更復雜，工作環(huán)境更苛刻。同時為了滿足橋梁大跨度的設計要求，應當減輕橋梁整體的恒載，這樣就嚴格的限制了鋪裝層的結構厚度。目前在公路與市政道路中常規(guī)的路面材料都無法滿足如此的高要求，無法直接在鋼橋面的鋪裝工程中應用。本工程所采用鋼橋面鋪裝技術希望對其他工程有一定的借鑒意義。

［1］張華，牟建波，王敬平，等.宜昌長江大橋鋼橋面鋪裝技術的研究［J］.公路，2001，(1):22.

［2］何兆益，雷婷，陳洪興，等.瀝青路面車轍變形的三維粘彈性動力有限元分析［J］.重慶建筑大學學報，2008，(6):28.