武漢軍山長江大橋ERE鋼橋面鋪裝技術(shù)應(yīng)用

鐘 昕，曹 蔚，簡 函，盧天翔，何文華

(1.湖北京珠高速公路管理處,武漢 430056；2.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司,武漢 430051；3.湖北白洋長江公路大橋有限公司,宜都 443300；4.中南安全環(huán)境技術(shù)研究院有限公司,武漢 430071)

武漢軍山長江公路大橋是京港澳和滬渝兩條國道高速公路主干線跨越長江的共用特大橋梁，于2001年12月建成通車。大橋主橋?yàn)槲蹇?48+204+460+204+48=964 m)連續(xù)雙塔雙索面半漂浮體系鋼箱梁斜拉橋。原設(shè)計(jì)橋面鋪裝層采用7.5 cm雙層改性瀝青SMA，面層與鋼箱梁粘結(jié)采用溶劑型防水粘結(jié)劑。2010年全橋鋪裝進(jìn)行大修，采用“橡膠環(huán)氧砂漿+雙層改性SMA”鋪裝結(jié)構(gòu)[1]，近年來隨著交通量的激增，橋面鋪裝出現(xiàn)了較嚴(yán)重的車轍、推移、坑槽等病害。

通過現(xiàn)場病害調(diào)查分析，一方面，由于現(xiàn)有鋪裝層與原鋼板的粘結(jié)力較差，容易在重載反復(fù)作用下發(fā)生層間剪切破壞。另一方面，高溫氣候下，瀝青混合料受自身材料特性，容易變軟從而導(dǎo)致病害加劇。為此，我國專業(yè)技術(shù)人員創(chuàng)新研究出一種新的鋼橋面鋪裝技術(shù)——冷拌環(huán)氧樹脂混凝土體系(ERE)鋪裝技術(shù)。

1 鋼橋面鋪裝(ERE)結(jié)構(gòu)

ERE技術(shù)是冷拌環(huán)氧樹脂混凝土體系鋼橋面鋪裝技術(shù)的縮寫。其典型結(jié)構(gòu)是EBCL+RA13/RA08+EBCL，見圖1。其中“EBCL”(epoxy bonding chips layer)是環(huán)氧粘結(jié)碎石抗滑層的英文縮寫，“RA08”和“RA13”(resin asphalt)是兩種集料最大粒徑為9.5mm和13.2 mm的冷拌樹脂瀝青混凝土的縮寫。

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

1)環(huán)氧粘結(jié)碎石層(EBCL)。具有改性環(huán)氧樹脂耐高溫、高強(qiáng)度和可追隨變形的眾多優(yōu)點(diǎn)，在光滑的鋼板上形成一層防水、防腐的抗滑層，約束鋪裝層不產(chǎn)生水平滑動(dòng)位移，從而解決鋪裝界面與鋼橋面剪切變形的問題[2]。

其特點(diǎn)是鋪裝完成后，EBCL防水抗滑界面可有型地獨(dú)立存在，也可作為表面抗滑磨耗層，并不混同于其他鋪裝層。

2)環(huán)氧樹脂混凝土層(RA)。具有強(qiáng)度高、整體性好、防水效果好、高溫抗永久變形能力很強(qiáng)，低溫抗裂性能好。

其特點(diǎn)是RA混合料因采用樹脂瀝青作為拌合用膠結(jié)料，具有很好的抗疲勞性能，并且由于環(huán)氧鋪裝剛度較大，能在一定程度上改善鋼箱梁受力狀態(tài)。

3)RA樹脂瀝青粘結(jié)層。環(huán)氧樹脂瀝青作為鋼橋面鋪裝層混合料膠結(jié)料及界面粘結(jié)材料。ERE鋪裝體系下的樹脂瀝青采用常溫固化劑，膠結(jié)料可以在常溫條件下發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，因而樹脂瀝青及混合料可以在常溫條件下進(jìn)行拌合及攤鋪碾壓施工。

其特點(diǎn)是不僅自身強(qiáng)度和粘結(jié)能力比改性瀝青有大幅提高，并且改變了石油瀝青隨溫度提高自身迅速變軟的特性。同時(shí)樹脂瀝青因?yàn)橛惺蜑r青等柔性材料的加入而具有一定的可變形特性，可以滿足鋼橋面鋪裝追隨鋼箱梁變形的使用需要。

2 ERE配合比設(shè)計(jì)與性能研究

2.1 ERE配合比設(shè)計(jì)

ERE組合鋪裝設(shè)計(jì)中RA樹脂瀝青混合料RA13和RA08的級配范圍見表1、表2。

表1 RA13混合料級配

表2 RA08混合料級配

2.2 ERE性能研究

對RA13和RA08樹脂瀝青混合料進(jìn)行相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 RA樹脂瀝青混凝土性能要求

由表3可見，RA的馬歇爾穩(wěn)定度比SMA混合料(≥8 kN)大7倍，即ERE鋪裝在車輛荷載作用下產(chǎn)生破壞時(shí)所需要的能量比SMA大7倍，對于重載交通量巨大的軍山橋來說，這一特性十分重要。

其次，RA混合料空隙率的降低使得水分難于滲入橋面鋪裝層內(nèi)部，因此水穩(wěn)定性和凍融劈裂對RA混合料性能的影響微弱，鋪裝體系發(fā)生水損壞的幾率大大降低。

最后，由于RA混合料采用的是樹脂瀝青，固化后瀝青材料的高溫流變特性顯著降低，70 ℃高溫的動(dòng)穩(wěn)定度≥20 000 次/mm，高溫抗車轍能力是SMA混合料(≥4 000 次/mm)無法比擬的。同時(shí)，RA樹脂瀝青膠結(jié)料的彈韌特性使得混合料在小梁低溫彎曲時(shí)不容易發(fā)生斷裂，其低溫極限變形能力得以明顯增加。

3 ERE鋪裝體系質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

ERE鋼橋面鋪裝完成后，其質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D64—2015》[3]，如表4所示。

表4 鋼橋面鋪裝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

軍山橋的RA混合料攤鋪厚度為7～7.5 cm，為了保證平整度滿足要求，宜分兩層鋪筑，每次鋪筑厚度為3～4 cm[4]。同時(shí)，為了提高鋪裝層摩擦系數(shù)，頂面EBCL碎石撒布量也應(yīng)做到超量全覆蓋，固化后將未粘結(jié)的多余碎石掃除掉[5]。

現(xiàn)場檢測表明，軍山橋鋼橋面鋪裝各項(xiàng)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)均滿足規(guī)范及使用要求。并且，經(jīng)過2年多的實(shí)踐運(yùn)行，目前橋面鋪裝的情況良好，未見任何不良病害出現(xiàn)。

4 結(jié) 語

軍山長江大橋的ERE鋪裝實(shí)踐表明，采用改性環(huán)氧樹脂形成的EBCL抗滑界面和樹脂瀝青混凝土RA層后，有效地解決了現(xiàn)有雙層SMA鋼橋面鋪裝容易出現(xiàn)的車轍、推移、坑槽等問題。ERE鋪裝具有良好的高溫穩(wěn)定性，能夠有效抵抗重車荷載，其常溫施工的特點(diǎn)可使現(xiàn)場管理和質(zhì)量控制都相對簡便。該技術(shù)的研究與應(yīng)用對其它類似橋梁的橋面鋪裝有著重要參考價(jià)值，并將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1] 李遠(yuǎn)軍．軍山長江公路大橋鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]．公路，2016(3)：95-98.

[2] 何 清，姜 煒，李知強(qiáng)，等．ERS鋼橋面鋪裝技術(shù)在宜昌長江公路大橋中的應(yīng)用[J]．交通科技，2012(3)：99-101.

[3] JTG D64—2015,公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 曾 俊，肖高霞，毛 斌．樹脂瀝青組合體系(ERS)在之江大橋鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用[J]．交通科技，2012(12)：56-59.

[5] 黃衛(wèi)東，尚 磊．西陵長江大橋ERS鋼橋面鋪裝技術(shù)應(yīng)用研究[J]．交通科技，2015(3)：44-47.