雙層異質(zhì)環(huán)氧瀝青復(fù)合型橋面鋪裝SEC-DECK

陳先華，厲學(xué)武,2

（1.東南大學(xué),江蘇南京 2 0018;2.南京朝科路橋工程技術(shù)有限公司,江蘇南京 210018）

0 引言

雙層異質(zhì)復(fù)合鋪裝近些年來(lái)在國(guó)內(nèi)鋼橋面鋪裝工程中受到高度重視。實(shí)踐證明，與單層鋪裝結(jié)構(gòu)或雙層同質(zhì)鋪裝結(jié)構(gòu)相比，經(jīng)合理設(shè)計(jì)的雙層異質(zhì)復(fù)合鋪裝結(jié)構(gòu)可充分發(fā)揮不同特性材料的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)性與功能性要求的綜合平衡，對(duì)于加快施工進(jìn)度、降低工程建造成本等亦具有重要意義。

東南大學(xué)在鋼橋面鋪裝的研究過(guò)程中，考慮國(guó)內(nèi)的交通軸載狀態(tài)與鋼橋面鋪裝技術(shù)特點(diǎn)，提出了鋼橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)性與功能性綜合設(shè)計(jì)理念，并針對(duì)性地發(fā)展了以環(huán)氧瀝青混凝土材料為基礎(chǔ)的多種雙層異質(zhì)復(fù)合鋪裝結(jié)構(gòu)譜系，以滿足不同區(qū)域、橋型結(jié)構(gòu)及交通軸載條件等對(duì)橋面鋪裝的使用要求[1-2]。本文介紹“下層環(huán)氧瀝青混凝土+上層瀝青瑪蹄脂碎石混合料”（SEC-DECK）的新型鋪裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能及其應(yīng)用情況，供國(guó)內(nèi)同行橋面鋪裝設(shè)計(jì)參考。

1 國(guó)內(nèi)的鋼橋面鋪裝概況

我國(guó)自20 世紀(jì)90年代中期開(kāi)始興起大跨徑鋼橋的建設(shè)熱潮，鋼橋?yàn)r青混凝土鋪裝技術(shù)的系統(tǒng)研究也始于該時(shí)期。經(jīng)過(guò)十多年的研究與建設(shè)，國(guó)內(nèi)已形成了澆注式瀝青混凝土、環(huán)氧瀝青混凝土與改性瀝青SMA 等多種鋪裝材料和結(jié)構(gòu)并存的局面。各種鋪裝材料與結(jié)構(gòu)的實(shí)施難易程度與使用狀況等均存在較大差異，以環(huán)氧瀝青混凝土類鋪裝的使用狀況較好，服役年限較長(zhǎng)。許多大跨鋼橋的瀝青混凝土鋪裝層在運(yùn)營(yíng)早期便出現(xiàn)了疲勞開(kāi)裂、車轍、推擠、滑移與脫層等病害，部分橋梁的鋪裝層短時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷多次大修，個(gè)別橋梁的鋼橋面板構(gòu)件局部已見(jiàn)明顯的疲勞裂紋。

綜合國(guó)內(nèi)外的研究成果，車轍、推移、坑洞、松散等病害可通過(guò)合適的材料設(shè)計(jì)與嚴(yán)格的施工控制等措施加以避免，而鋼橋面鋪裝的開(kāi)裂與層間失效則需要聯(lián)合鋪裝材料與鋪裝結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)等手段。因正交異性鋼橋面板的局部剛度差，在車輛荷載作用下，其必然會(huì)產(chǎn)生如圖1所示的局部反彎，縱、橫隔板附近亦產(chǎn)生差異變形，同時(shí)因鋪裝層與鋼材的模量差異較大，層間界面受力也是主控因素之一；反過(guò)來(lái)，橋面鋪裝亦對(duì)鋼橋面板有一定的加勁作用。因此，合理的橋面鋪裝設(shè)計(jì)需將瀝青鋪裝層視為鋼橋面系的有機(jī)整體進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從一方面考慮增強(qiáng)鋼橋面系的局部剛度，從另一方面亦需要增加鋼橋面鋪裝的變形適應(yīng)性。

圖1 輪載作用下鋼橋面鋪裝的局部反彎變形

2 SEC-DECK 鋪裝結(jié)構(gòu)與基本特點(diǎn)

2.1 雙層異質(zhì)復(fù)合鋪裝的設(shè)計(jì)理念

依據(jù)東南大學(xué)鋼橋面鋪裝課題組的雙層異質(zhì)復(fù)合鋪裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，SEC-DECK 的鋪裝下層為永久性聯(lián)結(jié)保護(hù)層，應(yīng)具備優(yōu)良的防腐、抗?jié)B性和變形追從能力，以及荷載分散能力，為橋面板提供良好的保護(hù)；鋪裝上層為磨耗型行車功能層，需具備良好的抗車轍性能與低溫抗裂性，以及優(yōu)良的抗滑能力，便于后期維護(hù)；鋪裝上下層以及鋪裝下層與橋面鋼橋之間采用環(huán)氧瀝青粘結(jié)，以增強(qiáng)界面安全性；粘結(jié)層同時(shí)兼作防水層，與經(jīng)合適的抗?jié)B設(shè)計(jì)的鋪裝下層及鋪裝上層瀝青混合料構(gòu)成完善的鋼橋面鋪裝立體防水體系。

2.2 鋪裝結(jié)構(gòu)

SEC-DECK 總厚度60～90 mm，鋪裝下層采用多組份環(huán)氧瀝青混凝土鋪筑，厚度30～45 mm 鋪裝上層采用改性瀝青SMA 鋪筑，厚度30～45 mm，各結(jié)構(gòu)層的厚度及鋪裝總厚度需綜合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境氣候條件、橋型結(jié)構(gòu)、交通軸載條件等技術(shù)條件及工程經(jīng)濟(jì)性等因素確定[1]。SEC-DECK 具體結(jié)構(gòu)如表1 所示，橋面鋼橋推薦采用噴砂除銹與噴涂環(huán)氧富鏡漆的防護(hù)處理。

表1 SEC-DECK 鋪裝結(jié)構(gòu)

2.3 SEC-DECK 的基本特點(diǎn)

國(guó)內(nèi)的研究與實(shí)踐均表明，環(huán)氧瀝青混凝土為一種優(yōu)良的高性能鋪裝材料，具有結(jié)構(gòu)致密、變形追從性優(yōu)良、熱穩(wěn)定性好、疲勞耐久等特點(diǎn)，特別適合于作為鋪裝下層以形成鋼橋面系的長(zhǎng)壽命保護(hù)層；因其回彈模量顯著高于工程中常用的熱塑性的瀝青混凝土，因此，采用環(huán)氧瀝青混凝土的優(yōu)點(diǎn)還在于有效降低因車輪荷載引起的鋼橋面板及其焊縫處的疲勞應(yīng)用，從而使得鋼橋面構(gòu)件出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂的時(shí)間大大延緩。鋪裝上層采用經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的改性瀝青SMA，其高低溫性能與抗疲勞性能較為均衡，由于采用骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，表面具有豐富的宏觀紋理構(gòu)造，與懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)相比，其抗滑性能與降噪效果均較優(yōu)異；從施工角度，SMA 的施工技術(shù)成熟，施工難度小，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間養(yǎng)護(hù)，且后期維護(hù)方便。鋪裝層間采用熱固性環(huán)氧類材料進(jìn)行粘結(jié)，確保了層間界面的安全性。這種雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，符合長(zhǎng)壽命鋪裝結(jié)構(gòu)的基本理念，在總體上兼顧了鋼橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)性與功能性要求，并有效降低了鋪裝工程造價(jià)，加快工程進(jìn)度。

3 組成材料及技術(shù)要求

3.1 防水粘結(jié)層

防水粘結(jié)層為多組份環(huán)氧瀝青，采用全自動(dòng)環(huán)氧瀝青灑布車實(shí)施。摻配好并充分反應(yīng)固化的環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層性能應(yīng)符合表2 的規(guī)定。

表2 環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層的技術(shù)要求

3.2 鋪裝下層

鋪裝下層采用環(huán)氧瀝青混合料，采用多組份環(huán)氧瀝青與符合技術(shù)要求的堅(jiān)硬致密集料及石灰石粉配制而成，參照現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法[2]進(jìn)行設(shè)計(jì)，環(huán)氧瀝青混合料其基本性能要求見(jiàn)表3。

表3 環(huán)氧瀝青結(jié)合料的技術(shù)要求

3.3 瀝青瑪蹄脂碎石混合料

鋪裝上層采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA，采用高彈改性瀝青與優(yōu)質(zhì)的玄武巖集料、石灰石粉，以及特種礦物纖維配制而成，參照現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的瀝青瑪蹄脂碎石混合料配合比設(shè)計(jì)方法[2]進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體指標(biāo)要求見(jiàn)表4。

表4 鋪裝面層SMA 混合料性能要求

4 SEC-DECK 的應(yīng)用簡(jiǎn)況

SEC-DECK 最早為潤(rùn)揚(yáng)大橋鋼橋面鋪裝的備選方案之一，后經(jīng)多次優(yōu)化，目前已在國(guó)內(nèi)二十多座鋼橋中得到成功應(yīng)用，表5 為SEC-DECK 的典型工程應(yīng)用簡(jiǎn)況。

另外，上海昌吉東路大橋、龍華港鋼橋、蕰藻浜鋼橋，北京西關(guān)環(huán)島大橋，鄂爾多斯烏蘭木倫河4 號(hào)大橋工程，常州西繞城高速京杭運(yùn)河特大橋，昆山中環(huán)快速路跨滬寧高速高架橋，沈陽(yáng)繞城高速后丁香大橋，寧波明州大橋等鋼橋亦采用了此結(jié)構(gòu)型式。這些已建成通車的橋梁，其SEC-DECK 的整體路用性能表現(xiàn)優(yōu)秀，未見(jiàn)開(kāi)裂、車轍、推移或脫層等鋼橋面鋪裝的常見(jiàn)病害。

表5 SEC-DECK 的典型工程應(yīng)用簡(jiǎn)況

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了新型雙層異質(zhì)復(fù)合鋪裝結(jié)構(gòu)SEC-DECK 的性能、技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用情況。室內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果均證明，該鋪裝具有良好的抗疲勞開(kāi)裂與抗車轍性能，鋪裝的整體性好。大量的工程實(shí)踐表明，該方案的施工風(fēng)險(xiǎn)可控，易方便快速實(shí)施，工程造價(jià)相對(duì)較低，在使用過(guò)程中路用性能良好，是值得推廣的鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)。

[1] 黃衛(wèi).大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)理論與方法[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006.

[2] 吳勝東,黃衛(wèi),鐘建馳，等.潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋建設(shè)（第5 冊(cè)）[M].鋼橋面鋪裝,北京:人民交通出版社,2006.

[3] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范 [ S].