西陵長(zhǎng)江大橋ERS鋼橋面鋪裝技術(shù)應(yīng)用研究

黃衛(wèi)東　尚　磊

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司　合肥　230031)

西陵長(zhǎng)江大橋ERS鋼橋面鋪裝技術(shù)應(yīng)用研究

黃衛(wèi)東尚磊

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司合肥230031)

摘要針對(duì)現(xiàn)有鋼橋面鋪裝技術(shù)的缺陷，我國(guó)學(xué)者提出了一種新型鋪裝體系——樹脂瀝青組合體系(即ERS鋼橋面鋪裝技術(shù))。目前ERS鋼橋面鋪裝技術(shù)的應(yīng)用研究及成熟經(jīng)驗(yàn)較少?；诖?，文中依托西陵長(zhǎng)江大橋，從原材料、混合料性能、配合比設(shè)計(jì)、施工工藝與質(zhì)量控制等方面對(duì)ERS各層結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)研究，總結(jié)施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，并在已有研究成果基礎(chǔ)上，提出各材料性能要求和施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞西陵長(zhǎng)江大橋鋼橋面鋪裝ERS組合式鋪裝混合料性能

正交異性鋼橋面板具有重量輕、跨度大等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)大跨徑鋼橋中得到了廣泛的應(yīng)用。而正交異性鋼橋的橋面鋪裝是鋼構(gòu)橋建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其性能的好壞將直接關(guān)系到行車的安全、舒適、耐久性，所以一直備受國(guó)際橋梁工程界和學(xué)術(shù)界的重視。

當(dāng)前，我國(guó)的鋼橋面鋪裝方案主要有以下3大類[1]：

(1) 以德國(guó)、日本為代表的高溫拌和澆注式瀝青混合料(gussasphalt)方案。

(2)以美國(guó)為代表的環(huán)氧樹脂瀝青(epoxy asphalt)鋪裝方案。

(3) 德國(guó)、日本等國(guó)近期采用的雙層改性瀝青SMA方案(stone mastic asphalt)。

上述3種鋼橋面鋪裝技術(shù)雖在我國(guó)廣泛應(yīng)用，但是多年的使用及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，它們都有致命的缺陷。如澆注式瀝青混合料鋼橋面鋪裝技術(shù)高溫穩(wěn)定性差，易形成車轍，施工組織復(fù)雜，需要專用設(shè)備，并且施工溫度較高，達(dá)到240 ℃；環(huán)氧樹脂瀝青混合料鋪裝技術(shù)施工工藝復(fù)雜，對(duì)時(shí)間、溫度及施工環(huán)境要求嚴(yán)格，并且國(guó)外環(huán)氧瀝青價(jià)格較高，環(huán)氧瀝青混合料的配制工藝比較復(fù)雜；雙層改性瀝青SMA混合料鋪裝技術(shù)主要缺點(diǎn)是與鋼板的粘結(jié)性處理不佳，對(duì)防水粘結(jié)層設(shè)置要求高，并且耐久性能一般[2]。

針對(duì)上述鋼橋面鋪筑技術(shù)的缺點(diǎn)，我國(guó)專業(yè)技術(shù)人員經(jīng)過多年技術(shù)探究及施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，推出了一種新的鋼橋面鋪裝技術(shù)——樹脂瀝青組合體系(ERS)組合鋪裝技術(shù)。

本文依托西陵長(zhǎng)江大橋，從原材料、混合料配合比設(shè)計(jì)、性能，以及施工工藝與質(zhì)量控制等方面對(duì)樹脂瀝青組合體系(ERS)鋪裝技術(shù)展開研究，為其推廣應(yīng)用提供理論參考。

1ERS鋪裝結(jié)構(gòu)與材料要求

1.1　鋪裝體系結(jié)構(gòu)

ERS組合式鋼橋面鋪裝是由EBCL層、RA05層和SMA層組合而成，典型結(jié)構(gòu)見圖1。

40mm厚SMA-13/SMA-10熱噴聚合物改性瀝青防水粘結(jié)層(1.0~1.2kg/m2)25mm厚RA05EBCL層(0.9~1.1kg/m2)鋼橋面板噴砂除銹Sa2.5(80~100μm)鋼橋面板

圖1ERS組合式鋪裝典型結(jié)構(gòu)圖

EBCL——exopy bonding chip layer，即環(huán)氧碎石粘結(jié)層，通過環(huán)氧瀝青強(qiáng)力粘結(jié)力將碎石粘結(jié)到鋼板表面；RA05——resin asphalt，冷拌樹脂瀝青混凝土，集料為0～3，3～5 mm，它既保護(hù)了EBCL層，又可以分散荷載作用；上面層是高粘改性瀝青SMA，即表面功能層。

ERS采用一種完全不同于環(huán)氧瀝青混凝土體系的理念，ERS認(rèn)為鋼橋面鋪裝的核心問題是鋼板與鋪裝材料界面的處理，它首先把鋼板表面“改造”成類似混凝土橋面的界面，“改造”成功后，傳統(tǒng)改性瀝青混凝土(SMA)仍可適用于鋼橋面鋪裝[3]。ERS是一種非勻質(zhì)鋪裝材料鋪裝體系。

1.2　鋪裝材料及要求

ERS改造鋼板的過程分為2步：①在鋼板表面涂刷EBCL材料，并在上面撒布碎石，形成一個(gè)粗糙且牢固的表面，提高了整個(gè)鋼橋面鋪裝界面的抗剪強(qiáng)度，同時(shí)也達(dá)到了防水防腐的目的；②在EBCL層上鋪設(shè)樹脂瀝青(RA05)，其具有較好的高溫適應(yīng)性和耐疲勞性能，RA05層與EBCL層共同將鋼板改造成類似混凝土橋面的鋪裝材料工作界面[4]。

鋼板改造完成后，就可以按照傳統(tǒng)混凝土橋面的做法采用普通鋪裝材料，即首先施工一層防水層，之后上層采用改性瀝青混凝土SMA。各結(jié)構(gòu)層技術(shù)指標(biāo)要求[5]見表1～表3。

表1　EBCL膠結(jié)料技術(shù)指標(biāo)要求

表2　RA05樹脂瀝青混凝土性能要求

表3　SMA-13指標(biāo)和性能要求

2ERS配合比設(shè)計(jì)與性能研究

2.1　ERS級(jí)配設(shè)計(jì)

ERS組合鋪裝設(shè)計(jì)對(duì)RA05樹脂瀝青混合料的級(jí)配有一定的要求，文本依托西陵長(zhǎng)江大橋配合比設(shè)計(jì)，提出樹脂瀝青混合料的級(jí)配范圍(見表4)，推薦油石比范圍為8%～10%，纖維摻量為混合料的0.1%。

表4　樹脂瀝青混合料(RA05)推薦級(jí)配范圍

注：設(shè)計(jì)級(jí)配為西陵長(zhǎng)江大橋的級(jí)配。

上面層SMA-13的推薦級(jí)配范圍見表5。

表5　SMA-13推薦級(jí)配范圍

注：設(shè)計(jì)級(jí)配為西陵長(zhǎng)江大橋的級(jí)配。

2.2　ERS性能研究

對(duì)RA05樹脂瀝青混合料及SMA-13瀝青混合料進(jìn)行相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6　RA05樹脂瀝青混合料與SMA-13

由表6可見，2種瀝青混合料的各項(xiàng)性能都遠(yuǎn)超過表2和表3的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3ERS鋪裝體系施工質(zhì)量控制研究

本文結(jié)合西陵長(zhǎng)江大橋ERS橋面鋪裝施工經(jīng)驗(yàn)，提出了ERS橋面鋪裝各個(gè)層位施工應(yīng)注意的問題，具體如下。

3.1　鋼橋面板噴砂處理

鋼橋面噴砂前要保證鋼板清潔、干燥、無(wú)污染，確保鋼板表面無(wú)焊瘤、飛濺物、針孔、飛邊和毛刺等，鋼板表面的清潔度達(dá)到Sa2.5級(jí)。采用真空無(wú)塵打砂機(jī)對(duì)鋼板進(jìn)行噴砂除銹，噴砂過程中要求噴砂機(jī)連續(xù)、勻速噴砂。

3.2　EBCL層施工

拋丸打砂后立即組織EBCL層施工，施工時(shí)要求天氣干燥、氣溫不得低于10 ℃，有霧、下雨或相對(duì)濕度大于90%時(shí)不得施工。

EBCL分2層施工，人工涂刷，首先在經(jīng)噴砂除銹后的鋼板表面涂布1層0.1～0.2 kg/m2的EBCL膠料，待該層完全固化后再涂刷1層0.6～0.8 kg/m2EBCL膠料，然后立即灑布1層3～5 mm單粒徑的石子，使之完全與EBCL膠料一起固化，撒布量為3～3.5 kg/m2，達(dá)到滿布面積的80%即可。

EBCL層施工過程中應(yīng)注意膠料的流淌問題，縱坡大的路段尤其要重視。施工過程禁止吸煙，操作人員要穿防護(hù)衣和鞋套，施工結(jié)束后，立即用專用清洗液將各種量具和涂刷工具清洗干凈。施工完后，應(yīng)根據(jù)氣溫情況養(yǎng)生3～5 d，待達(dá)到固化強(qiáng)度后方可施工上層。

3.3　RA05施工

RA05層在施工前首先需注意原材料的質(zhì)量，確保纖維拌和后分散均勻，避免聚酯纖維成團(tuán)、結(jié)塊問題。其施工攤鋪厚度采用非接觸式移動(dòng)平衡梁控制。碾壓采用1遍光輪靜壓加4遍膠輪復(fù)壓的方式進(jìn)行施工，在初壓結(jié)束后，立即安排專人在RA05表面均勻撒布1層10～13 mm粒徑的石子，碎石撒布量按滿布面積的50%控制，將RA05層嵌固不牢的石子掃除。

與此同時(shí)，攤鋪、碾壓過程中要安排專人及時(shí)將已反應(yīng)結(jié)團(tuán)的RA05料清除出去，攤鋪碾壓結(jié)束后及時(shí)用專用清洗液清洗攤鋪機(jī)、壓路機(jī)上粘連的RA05混合料，避免RA05膠料完全固化后無(wú)法清洗。根據(jù)氣溫情況養(yǎng)生3～5 d，待達(dá)到固化強(qiáng)度后方可施工上層，養(yǎng)生時(shí)間以試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果而定。

3.4　熱噴改性瀝青防水粘結(jié)層施工

噴灑改性瀝青防水粘結(jié)層前，用滾筒式清刷機(jī)及除塵設(shè)備對(duì)下層進(jìn)行清理，至表面清潔、平整、干燥，以便使其與下層表面結(jié)合牢固。

采用智能瀝青灑布車進(jìn)行聚合物改性瀝青灑布，溫度控制在(180±50) ℃，碎石采用粒料撒布車進(jìn)行撒布，對(duì)瀝青漏灑的部分進(jìn)行人工補(bǔ)灑，對(duì)浮動(dòng)重疊的碎石進(jìn)行清理。

撒布完后，采用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，用輪胎壓路機(jī)碾壓(行駛速度4～5 km/h)，碾壓1～2遍。碾壓時(shí)應(yīng)由路邊緣向中間碾壓，壓路機(jī)在改性瀝青碎石防水層上碾壓時(shí)不得停留、調(diào)頭、急剎車和急轉(zhuǎn)彎。

3.5　SMA瀝青混凝土施工

在防水粘結(jié)層之上進(jìn)行SMA瀝青混凝土的施工。其施工時(shí)需關(guān)注拌和、攤鋪以及碾壓工藝。

SMA瀝青混合料拌和時(shí)要求混合料均勻，顏色一致，無(wú)花白料現(xiàn)象，瀝青均勻地裹覆在礦料顆粒表面，表面黑色略帶棕色光澤，裝車時(shí)不堆塌，不離析。礦料加熱溫度一般控制在190～210 ℃之間，瀝青加熱控制在165～175 ℃之間，出料溫度控制在185～195 ℃范圍內(nèi)。干拌時(shí)間為10～15 s，濕拌時(shí)間為30～45 s，混合料總拌和時(shí)間應(yīng)控制在40～60 s。

SMA瀝青混合料攤鋪溫度，正常情況下應(yīng)不低于170 ℃，采用非接觸式平衡梁對(duì)攤鋪厚度進(jìn)行控制，設(shè)置點(diǎn)位，測(cè)出SMA10鋪裝松鋪系數(shù)。攤鋪機(jī)熨平板預(yù)熱溫度不低于100 ℃，鋪筑過程中熨平板的振搗或夯錘壓實(shí)裝置應(yīng)選擇適宜的振動(dòng)頻率和振幅，以提高路面的初始?jí)簩?shí)度，熨平板加寬連接應(yīng)仔細(xì)調(diào)節(jié)至攤鋪混合料沒有明顯的離析痕跡。

攤鋪機(jī)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，起步速度要慢，平穩(wěn)勻速前進(jìn)，控制在2～3 m/min范圍內(nèi)，盡量減少中途停機(jī)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)混合料出現(xiàn)明顯的離析、波浪、裂縫、拖痕時(shí)應(yīng)及時(shí)分析原因，予以消除。

混合料的碾壓溫度正常情況下不低165 ℃，采用追隨式碾壓方式，即壓路機(jī)緊跟攤鋪機(jī)向前推進(jìn)。

初壓。采用BW202AD-4雙輪鋼筒式壓路機(jī)以2～3 km/h的速度靜壓1遍。

復(fù)壓。采用BW202AD-4雙輪鋼筒式壓路機(jī)以3～5 km/h的速度呈階梯狀分別振動(dòng)碾壓4遍。

終壓。采用BW202AD-4雙輪鋼筒式壓路機(jī)以3～6 km/h靜壓1遍。

除上述壓實(shí)機(jī)械外，配備1～2 t手扶式小型振動(dòng)壓路機(jī)以及人工熱夯，以便在邊角及狹窄路段使用。

3.6　施工質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

ERS鋼橋面鋪裝的施工過程中需對(duì)材料性能進(jìn)行檢測(cè)，不合格材料嚴(yán)禁使用，材料性能檢測(cè)滿足表1～表3要求。ERS鋼橋面鋪裝完成后需滿足表7所列檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[6]。

表7　鋼橋面鋪裝施工現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

4結(jié)論與展望

(1) ERS組合式鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵是EBCL和RA05的設(shè)計(jì)，應(yīng)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)并滿足表1和表2的要求；施工時(shí)注意碎石的撒布量。

(2) 上面層SMA瀝青混合料可以設(shè)計(jì)成SMA-10或SMA-13均可，取決于交通量的大小。

ERS鋼橋面鋪裝技術(shù)是我國(guó)專業(yè)人員針對(duì)以往鋼橋面鋪裝不足發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，各個(gè)結(jié)構(gòu)層功能明確、清楚；有良好的施工和易性，不需特殊的機(jī)具設(shè)備；所有材料均為國(guó)產(chǎn)，造價(jià)低；表面功能層SMA可以根據(jù)使用狀況及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)施工簡(jiǎn)單，全壽命周期費(fèi)用更為合理。因此，ERS鋼橋面鋪裝技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，是今后大力推廣的鋼橋面鋪裝技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2015-01-28

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.015