澆注式瀝青混凝土在鋼橋面鋪裝中的應用

蔡 鑫

（深圳市交通公用設施建設中心，廣東 深圳 518000）

0 引言

近年來，在我國交通基礎設施建設中大跨徑橋梁采用鋼結(jié)構(gòu)已十分普遍。但大量工程實例證明，大跨徑鋼結(jié)構(gòu)橋梁在運營一段時間后，橋面鋪裝層會呈現(xiàn)出不同程度的裂紋、裂縫等病害。其影響因素主要包括：（1）交通量的增加及重型車輛對橋面的過載；（2）橋面鋪裝材料的性能；（3）橋面鋪裝施工工藝。由此可見，提高橋面鋪裝材料的性能及施工工藝對控制鋼結(jié)構(gòu)橋面鋪裝病害、延長橋梁耐久性和使用壽命至關重要?；诖耍疚膶︿摻Y(jié)構(gòu)橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝的施工工藝進行相關闡述。

閆東波等[1]（2011年）通過試驗及現(xiàn)場監(jiān)測探討了聚合物改性瀝青的澆注式混凝土在鋼結(jié)構(gòu)橋梁橋面鋪裝中的應用。唐頌等[2]（2015年）通過理論分析與試驗研究對澆注式瀝青混凝土和環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝方案的力學特征進行了分析。陳仕周等[3]（2009年）簡述了在重載作用下鋼橋面鋪裝的要點。趙國云等[4]（2015年）綜述了國內(nèi)外非傳統(tǒng)鋼橋面鋪裝體系的防水技術。徐宇霞[5]（2015年）以“黏結(jié)劑+GA+SMA”結(jié)構(gòu)為例，闡述了鋼橋面澆注式瀝青混凝土的鋪裝工藝。張貝貝[6]（2015年）簡介了鋼橋面澆注式瀝青混凝土的鋪裝工藝。鐘海建[7]（2014年）簡介了鋼橋面澆注式瀝青混凝土的鋪裝工藝要點。朱華平等[8]（2013年）通過有限元模擬了澆注式瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)面的力學特征。李偉治[9]（2018年）以港珠澳大橋為例，通過實驗研究了澆注式瀝青混凝土GMA10的高溫、低溫、抗水損害性能。唐江虎[10]（2017年）以盤江特大橋為例，探討了澆注式瀝青混凝土GA-10施工過程中存在的問題及相關控制難點。李樂樂[11]（2019年）以貴州鴨池河特大橋為例，講解了澆注式瀝青混凝土GA-10在鋼橋面的鋪裝工藝。

通過分析上述文獻發(fā)現(xiàn)，“甲基丙烯酸（MMA）+聚合物改性瀝青（GA-10）+高彈改性瀝青（SMA-13）”鋪裝形式的澆注式瀝青混凝土在鋼橋面鋪裝中逐漸被采用，但目前其施工工藝并不清晰全面。為此，本文以深圳市南坪快速路高架鋼結(jié)構(gòu)橋梁的澆注式瀝青混凝土橋面鋪裝為例，對該施工工藝進行闡述，為同類工程提供借鑒與參考。

1 工程概況

深圳市南坪快速路為城市快速路，二期工程起于廣深沿江高速前海立交，終點接南坪一期塘朗立交。深圳市南坪快速路二期主線工程（A段）中山園段沿平南鐵路高架工程：南頭立交以東，線位跨至平南鐵路上方，以橋梁形式于平南鐵路正上方通過，直至經(jīng)過南山自來水廠后，跨出平南鐵路。其三維模型示意圖如圖1所示。本工程左、右幅各18聯(lián)，其中左幅第9、12、15、16聯(lián)與右幅第2至15聯(lián)為鋼箱梁。本段高架平行坪南鐵路，騎跨鐵路部分采用35 m左右跨的連續(xù)鋼箱梁，3或4孔一聯(lián)，橋?qū)?27～17 m、17～21.75 m，主梁采用全焊鋼箱梁，外側(cè)懸臂長度均為1.85 m，單箱多室結(jié)構(gòu)，梁高1.8 m。鋼箱梁橋面面積38045.94 m2。

圖1 深圳市南坪快速路二期主線工程示意圖

鋼橋面瀝青混凝土鋪裝按雙層設計，鋪裝下層采用聚合物改性澆注式瀝青混凝土，鋪裝上層是高彈改性瀝青（SMA-13），鋪裝總厚度為8.2 cm，即0.2 cm甲基丙烯酸（MMA）防水層+4 cm聚合物改性瀝青（GA-10）（鋪裝下層）+4 cm高彈改性瀝青（SMA-13）（鋪裝上層），具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖 2MMA+（GA-10）+（SMA-13）鋼橋面鋪裝層三維圖

鋼橋面鋪裝層采用0.2 cm MMA+4 cm（GA-10）+4 cm（SMA-13）進行施工，工藝較復雜，機械設備投入等成本較高，為深圳地區(qū)工程項目首次大規(guī)模使用，其施工成果可對深圳市及其他地區(qū)后續(xù)同類工程提供借鑒參考。

2 施工工藝流程

2.1 鋼橋面板的檢查驗收及噴砂除銹

2.1.1 鋼橋面板的檢查驗收

（1）鋼橋面板肋板間的凹凸量應不大于2 mm，面板現(xiàn)場焊接余高不大于5 mm，鋼板表面凹陷不大于5 mm，吊耳及其他殘留部的高度不大于5 mm，否則應處理。

（2）鋼橋面板必須進行表面清理后方可進行鋪裝施工。需確保鋼橋面板表面無焊瘤、飛濺物、針孔、飛邊和毛刺等，盡量做到無油、無雜質(zhì)、無瑕疵。

2.1.2 鋼橋面板噴砂除銹

鋼橋面板在噴砂除銹處理時，清潔度需達到Sa2.5級；粗糙度達到50～100后再進行甲基丙烯酸MMA防水體系施工。配備表面清潔度標準和對照圖譜以及表面粗糙度測量儀，并用6～10倍放大鏡對鋼橋面板除銹清潔度進行驗收。保持表面干燥，用多功能自回收式噴砂機進行噴砂除銹，注重邊角處理。在噴砂除銹檢驗合格后3 h內(nèi)噴涂底涂層，用量為100～200 g/m2，采用滾涂方式施工，待其固化后進行防水體系施工。橋面噴砂處治前后對比如圖3所示。

圖3 橋面噴砂處治前后對比圖

2.1.3 檢測及評定標準

（1）噴砂設備根據(jù)試驗段的行走速度、方式、搭界寬度確定，保持連續(xù)、勻速的作業(yè)方式。

（2）噴砂除銹后的鋼橋面板表面應達到GB 8923-88標準Sa2.5以上要求。

（3）粗糙度必須達到 Rz：50～100 。

（4）不得將水源、油等對橋面有污染的物質(zhì)帶進作業(yè)區(qū)，嚴格控制水滴進入作業(yè)區(qū)。

2.2 防水層MMA施工工藝

橋面鋪裝的最主要作用之一即是保護橋面板及橋梁結(jié)構(gòu)，除了加強瀝青鋪裝層的密水性外，還應重視防水黏結(jié)層材料的選擇。鋼橋面鋪裝要求防水黏結(jié)層具有優(yōu)良的變形協(xié)調(diào)性和韌性，能跟隨鋼板變形并具有良好的耐久性?？紤]到本項目橋位區(qū)的氣候條件（臨海地區(qū)），防水黏結(jié)層采用了甲基丙烯酸類樹脂防水黏結(jié)體系，包含防腐層、防水層及黏結(jié)層，具有良好的防腐、防水、黏結(jié)性能。

具體施工工藝流程如下：

（1）噴砂除銹檢驗合格后，應立即進行防水黏結(jié)層施工。在3 h內(nèi)實施底涂層，4 h內(nèi)完成全部涂抹，以免產(chǎn)生新的銹斑。

（2）采用滾涂施工。底涂層用量為150 g/m2，干膜厚度約為50，嚴禁過多涂抹。底涂層的干燥時間視現(xiàn)場環(huán)境而定。遇到表面溫度低于10℃或雨天、大風的天氣時則不得施工防水黏結(jié)層和黏結(jié)層，施工時必須保持工作面干燥、潔凈。

（3）甲基丙烯酸甲脂防水層的施工。待底涂層固化后，噴涂甲基丙烯酸甲脂防水材料。分兩層噴涂施工，每層濕膜厚度不小于1.2 mm，干膜總厚度不小于2 mm，嚴禁過多涂抹，總的涂抹量需符合要求。待首涂層固化后，直接噴涂下一層。

（4）黏結(jié)層的施工。甲基丙烯酸甲脂防水層噴涂結(jié)束并完全固化后，應立即施工粘結(jié)層。黏結(jié)層的噴涂也采用滾涂施工，用量不小于150 g/m2。待其完全固化后，方可進行下一道工序。

（5）在鋪筑澆注式瀝青混合料之前，任何人、車輛和設備均不得進入已涂抹并已驗收的黏結(jié)層區(qū)域。

（6）防水黏結(jié)層施工速度應和除銹清潔的速度相匹配。

2.3 澆注式瀝青混凝土GA-10施工工藝

澆注式瀝青混凝土意為“流動路面”，其含義為具有流動性，攤鋪時不需要碾壓，只需簡單的攤鋪整平即可完成施工。澆注式瀝青混凝土屬于密級配瀝青混凝土，混合料中細集料含量高，礦粉含量高，瀝青含量高。較高的瀝青含量使骨料處于懸浮狀態(tài)，與熱壓瀝青混凝土不同，其空隙率很小，從而使得澆注式瀝青混凝土具有較好的抗低溫開裂能力，同時又具有良好的密水性、耐久性、整體性好等特點。

2.3.1 現(xiàn)場放線、鋪筑后高程測量

在澆注式瀝青混凝土鋪裝中，澆注式瀝青混凝土攤鋪設備不能自動找平，不能完全保證攤鋪后的瀝青路面高程，從而會影響整個鋪裝層的鋪裝效果，所以需要制定嚴格的測量方案以控制整個鋪裝層的厚度以及橋面鋪裝質(zhì)量。由于澆注式瀝青混凝土鋪裝層厚度主要靠攤鋪機的行走基面來控制，行走基面的平整也是控制橋面平整度的關鍵，因此攤鋪時對模板和輪胎行走基面的調(diào)平精度有較高的要求。測量方法如下：

（1）縱斷面測量?？v斷面采用5 m一個斷面進行測量，對橋面板的現(xiàn)狀進行統(tǒng)計，保證攤鋪平整度和攤鋪厚度。

（2）橫斷面測量。橫斷面分點位置為0.5m、8m、15.5 m三點控制。

2.3.2 現(xiàn)場施工管理

（1）專用攤鋪機的準備。在施工前應對攤鋪機進行檢查。主要檢查攤鋪機發(fā)電和動力系統(tǒng)、攤鋪機的液壓系統(tǒng)、整平板的加熱系統(tǒng)。在確保攤鋪機處于正常工作狀態(tài)后，方可進行混合料的拌合生產(chǎn)。在進行混合料的攤鋪前，應提前30 min對攤鋪機進行預熱，預熱溫度應達到160～200℃。

（2）邊側(cè)限位。由于澆注式瀝青混凝土在220～250℃攤鋪時具有流動性，因此需設置邊側(cè)限位裝置，防止混合料側(cè)向流動。本工程采用鋼制模板作為邊側(cè)限位擋板。邊側(cè)限位分別采用約40 mm厚和10～15 mm厚、100 mm寬的鋼制或木制擋板，邊側(cè)限位擋板放置根據(jù)澆注式混凝土攤鋪的寬度來確定。

（3）模板安放。在橫向0.5 m和8 m處沿橋梁縱向擺放模板，根據(jù)測量的相對鋪裝厚度對模板進行找平。

（4）厚度控制。由于澆注式攤鋪機自身的特點，影響攤鋪平整度的部分因素來源于攤鋪機本身行走軌道平面的平整度，因此攤鋪施工中，除了對模板平面進行控制以外，還要對攤鋪機行走軌道的平整度進行控制。在實際施工中，測量人員對攤鋪機的行走軌道進行相對高程測量，采用膠板對軌道進行找平處理，使攤鋪機的行走軌道大致在一個平面上。碎石撒布緊隨其后，當攤鋪的瀝青混凝土降到合適的溫度時，撒布粒徑4.75～9.5 mm的碎石。

（5）運輸方式。拌合樓生產(chǎn)出來的澆注式瀝青混凝料還需不斷拌和、保溫，以免發(fā)生因離析和溫度降低導致的無法使用。因此，澆注式瀝青混合料需使用專門的運輸設備Cooker。Cooker主要由三部分構(gòu)成：瀝青混凝土攪拌系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和攪拌罐儲存系統(tǒng)。在施工前，應對攪拌罐進行清理，并仔細檢查攪拌和加熱系統(tǒng)，避免Cooker裝入混合料后發(fā)生故障致使混合料滯留攪拌罐中。Cooker的加熱方式可分為燃氣和燃油兩種。施工前應確保Cooker中的油、氣充足。在Cooker初次進料之前，應將其溫度預熱至160℃左右；混合料裝入Cooker時,應將溫度設置在220～250℃之間，并保持不停地攪拌確?；旌狭线\至現(xiàn)場的溫度為220～250℃。盡量避免澆注式瀝青混合料在高溫的Cooker車中停留太久，總的等待時間不能超過5 h。在Cooker中的攪拌時間應至少在40 min以上，實際工程施工中的控制在1～3 h之間。

（6）現(xiàn)場攤鋪。Cooker到施工現(xiàn)場前，現(xiàn)場應做好充分準備。MMA黏結(jié)層不應有任何雜物、灰塵、潮濕或水滴等；施工工人應穿鞋套，戴口罩；Cooker在準備施工的前一聯(lián)上掉頭，清掃車輛輪胎，確保輪胎干凈后進入攤鋪工作面。同時在施工工作面運料車的車行道上滿鋪一層土工布，只準許Cooker在土工布上行駛，以確保工作面的清潔度。期間嚴禁無關人員進入施工現(xiàn)場。Cooker倒行至攤鋪機前方，把混合料通過其后面的卸料槽直接卸料。攤鋪機整平板的正前方布料板左右移動，把混合料鋪開。攤鋪機向前移動把混合料整平到控制厚度。對攤鋪中出現(xiàn)的缺陷點應盡快人工處理，如發(fā)現(xiàn)有氣泡或鼓包，可用細尖頭工具對氣泡刺穿進行放氣處理。

（7）預拌碎石撒布及清理。在澆注式瀝青混凝土施工時，待攤鋪的澆注式瀝青混凝土降到合適的溫度，采用人工緊跟攤鋪機，撒布粒徑4.95～9.5mm預拌0.4～0.8%瀝青的碎石（用量為3～6 kg/m2），并用鐵滾筒進行碾壓，使預拌碎石部分嵌入澆注式瀝青混凝土內(nèi)。施工完畢后，用清掃車掃除未粘牢的碎石。

（8）GA-10相關檢測要求及方法。參照國外相關檢測標準并結(jié)合國內(nèi)的相關實際施工經(jīng)驗，采用劉埃爾法檢測混合料的和易性，采用貫入度、貫入度增量以及車轍試驗檢測澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性，從而保證施工質(zhì)量。

2.4 高彈改性瀝青SMA-13施工工藝

瀝青混凝土鋪裝面層應具備良好的高溫抗車轍性、抗滑性及抗水損害性。采用SMA-13作為鋪裝面層具有良好的變形能力，并且抗疲勞開裂性能優(yōu)良。

（1）高彈改性瀝青SMA-13混合料的攤鋪。鋼橋面行車道鋪裝施工SMA-13混合料，每一次鋪筑整幅行車道，采用一臺或兩臺攤鋪機并行一次攤鋪。攤鋪開始前1 h使攤鋪機就位于起點，充分預熱攤鋪機熨平板。攤鋪機采用非接觸式平衡梁方式找平。攤鋪機行走速度應盡可能放慢，以便與拌合樓拌和能力相匹配（攤鋪能力適當?shù)陀诎韬湍芰Γ?。鋪裝下層及面層混合料時，攤鋪機行走速度依據(jù)拌和能力，一般控制在1.5～2.0 m/min。攤鋪機行定時，應盡可能避免在澆注式鋪裝層上轉(zhuǎn)彎，絕對禁止急轉(zhuǎn)彎和調(diào)頭。

（2）高彈改性瀝青SMA-13混合料的壓實。高彈改性瀝青SMA-13混合料碾壓必須緊跟攤鋪機碾壓，初碾、復碾工作長度30 m，不得超過50 m。初碾采用自重大于10 t的壓路機進行靜壓，壓路機每次前進時，均應前行到接近攤鋪機尾部。每次前進后均應在原輪跡上（重復）倒退，第二次前進應重復約2/3輪寬，往返一次為碾壓1遍。需碾壓1～2遍。鋪裝表面層施工時，行駛速度控制在3 km/h以內(nèi)。初步確定SMA-13鋪裝層復碾采用水平振蕩壓路機，特殊情況下（氣溫較低或鋪裝中層）采用輪胎壓路機，碾壓2～4遍。復碾完成時鋪裝溫度應大于130℃。最后采用鋼輪壓路機無振動碾壓收跡1～2遍即可。收跡碾壓終了時溫度應大于120℃。在邊緣難以用大型壓路機壓實的部位，需采用小型壓路機及人工操作的機動夯錘夯實。

（3）施工縫設置與處理。在鋼橋面鋪裝施工中，盡可能不設置橫向施工縫（單向一次成型）。若遇特殊情況，需設置施工橫縫時，橫縫應設置在橫梁間隔約l/4處，面層應設置在另一邊約1/4處。上下層橫縫錯開1.5 m以上。橫縫界面應涂布改性乳化瀝青或黏結(jié)劑，鋪裝下層橫縫可使用邊側(cè)限位板橫放的辦法設置。鋪裝上層橫縫采用碾壓成斜面并切割清除斜面部分，再行下段施工。切割清除工作應在下段鋪裝的下層施工完畢后進行。切割界面在清潔、干燥后應滿涂改性乳化瀝青或黏結(jié)劑。

3 結(jié) 語

“甲基丙烯酸（MMA）+聚合物改性瀝青（GA-10）+ 高彈改性瀝青（SMA-13）”鋪裝層形式的澆注式瀝青混凝土具有形變大、滲透性低及整體性好等特點。將這種鋪裝形式應用于鋼橋面鋪裝能協(xié)調(diào)橋梁結(jié)構(gòu)變形，有效阻止外部環(huán)境腐蝕橋梁鋼結(jié)構(gòu)，有助于延長橋面鋪裝使用壽命，降低維修、養(yǎng)護及管理成本，具有良好的經(jīng)濟、社會效益。