鋼箱梁橋面瀝青混凝土鋪裝施工技術(shù)

劉俊龍 中交二公局第三工程有限公司

1.鋼箱梁橋面鋪裝的特點及鋪裝方案

橋面鋪裝質(zhì)量會對全橋的使用效果帶來直接影響，直接關(guān)乎車輛通行的舒適性與安全性，因此以合理的方式完成橋面鋪裝作業(yè)具有必要性。鋼箱梁橋施工時，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點可知橋面是主要的荷載承受體，因大量交通荷載的影響，不利于橋面鋪裝作業(yè)。鋼箱梁橋施工的特殊之處在于攤鋪作業(yè)時缺乏底板的支撐，因此受礫石自重等因素的影響將出現(xiàn)橋面變形現(xiàn)象，箱梁橋多設(shè)置為大跨度結(jié)構(gòu)形式，橋梁自身也存在變形現(xiàn)象，在上述多重因素的作用下，將加大瀝青混凝土鋪設(shè)難度。同時，鋼箱梁面板施工易受到施工區(qū)域內(nèi)風(fēng)力因素的影響，橋面板產(chǎn)生振動，降低了鋪裝作業(yè)的安全性。由于存在荷載作用，使得鋼箱梁結(jié)構(gòu)形成負彎矩，加之拉伸荷載的影響，易破壞橋面原有狀態(tài)，全橋受力模式發(fā)生明顯變化。

2.鋼箱梁橋面瀝青混凝土鋪裝技術(shù)概況

大跨徑正交異性鋼箱梁橋在我國建設(shè)規(guī)模偏小，迄今為止投入使用的有十余座。從大跨徑鋼橋面施工現(xiàn)狀來看，鋪裝材料常見有環(huán)氧樹脂瀝青混凝土、改性熱瀝青混凝土等，前者在中國應(yīng)用較為廣泛，后者在德國和日本取得廣泛應(yīng)用。各類型材料的性能不盡相同，澆筑式瀝青混凝土的特出特點在于防水、抗疲勞效果良好，總體上其力學(xué)性能優(yōu)良，在多種環(huán)境中都具有適用性，是全球多數(shù)國家鋼橋面鋪裝施工中的重要材料。高粘度改性瀝青復(fù)合材料也取得廣泛應(yīng)用，可顯著改善鋪裝層的性能。

2.1 澆注式瀝青混凝土

澆注瀝青混凝土的本質(zhì)指的是瀝青混合料，但建立在高溫的環(huán)境中?；旌蠝囟认鄬^高，此環(huán)境下混合物具有優(yōu)良流動性，相較于常規(guī)方法而言可省去機械碾壓環(huán)節(jié)，因此施工效率得以提高。將此類材料應(yīng)用于橋面鋪裝中，可提高結(jié)構(gòu)的抗水化性能，鋼板間形成較強的附著力。

2.2 改性瀝青混凝土

改性瀝青混凝土的本質(zhì)是粗嵌入材料，其具備的突出特點在于優(yōu)良的抗變形能力，應(yīng)用于橋面鋪裝施工中可以發(fā)揮出防滑的作用，橋面耐久性更為優(yōu)良。從行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r來看，改性瀝青混凝土的應(yīng)用前景較廣，但局限之處在于成本投入較大，且施工工藝復(fù)雜，對技術(shù)人員提出較高的要求。

2.3 環(huán)氧瀝青混凝土

環(huán)氧瀝青混凝土的核心組成為瀝青，向其中摻入環(huán)氧樹脂而得，當(dāng)此類混合料與固化劑接觸后，將產(chǎn)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，從而生成固化物，在此影響下瀝青的性能得到改善，具有更優(yōu)良的熱固性，同時各方面的物理性能也得到改善。

3.鋼箱梁橋面鋪裝的技術(shù)要求

3.1 較好的強度與剛度及可靠的變形隨從性

大跨徑鋼箱梁橋的建設(shè)規(guī)模相對較大，主梁易發(fā)生變形現(xiàn)象，所設(shè)置的鋼板若缺乏足夠的變形隨從性，則容易產(chǎn)生破壞，具體可歸結(jié)為兩種形式：

（1）剪切破壞，主要集中在粘結(jié)層，原因在于鋪裝層與鋼板發(fā)生大幅度的錯動；

（2）彎曲破壞，主要集中在鋪裝層。針對此問題，橋面鋪裝作業(yè)時必須注重與橋面板的連接，需形成穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)，確保橋面鋪裝與橋面板能夠達到協(xié)同變形的效果。若鋪裝層缺乏足夠的強度，將降低輪跡帶的施工品質(zhì)，于該處出現(xiàn)積壓損壞現(xiàn)象。鋼板與防水層兩結(jié)構(gòu)間也應(yīng)達到有效粘結(jié)的關(guān)系，使各結(jié)構(gòu)層形成穩(wěn)定的整體，若存在荷載作用，在鋪裝層隨從性的作用下可有效避免結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象。若要確保鋪裝層與鋼板間形成穩(wěn)定的整體，便要注重對粘結(jié)材料的選擇，其在熱穩(wěn)定性、抗剪等方面都要足夠良好。

3.2 合理的鋪裝層厚度

具體應(yīng)注重如下幾點：

（1）為提升鋪裝層的強度與剛度，需適當(dāng)加大該層厚度，使其在抗疲勞等方面的性能較為優(yōu)良；

（2）考慮到鋪裝層的變形隨從性要求，同時為了盡可能降低橋梁恒載，需避免鋪裝層厚度過大的情況；

（3）同時兼顧攤鋪與壓實兩方面要求。

3.3 良好的防水性能

瀝青混凝土是構(gòu)成鋪裝層的關(guān)鍵部分，此材料在泌水性與抗水損兩方面均要足夠良好；形成的鋪裝結(jié)構(gòu)要有效抵御水的影響，應(yīng)形成防、排水體系，以免鋼橋面發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。

3.4 良好的抗裂性能

車輛荷載是重要的影響因素，并在橋面上形成特定的荷載作用區(qū)，其周邊的u形加勁肋頂?shù)臉蛎驿佈b處使用狀況較為特殊，即該處存在最大橫向拉應(yīng)力；同時，周邊橫隔板頂部區(qū)域內(nèi)的鋪裝面所處的受力狀態(tài)也相對欠佳，該處存在最大縱向拉應(yīng)力。瀝青混凝土性能指標(biāo)中，收縮系數(shù)尤為關(guān)鍵，該值將直接影響到鋼板的溫度收縮系數(shù)，各自具備的導(dǎo)熱性也有所不同。根據(jù)此特點，在選擇瀝青混凝土材料時，必須盡可能縮小溫度收縮系數(shù)，使其在夏天可適應(yīng)高溫工作環(huán)境，避免車轍等變形問題；而在冬天則具備抵抗低溫的能力。

3.5 良好的高溫穩(wěn)定性與抗剪能力

結(jié)合我國鋼箱梁橋的應(yīng)用狀況，得知各類病害中以橋面鋪裝破壞較為典型，與熱穩(wěn)定性及高溫抗剪能力不足有密切關(guān)聯(lián)，隨之產(chǎn)生車轍等病害。具體而言，在相同氣候條件下，相較于普通瀝青路面而言，此類工程中的橋面鋪裝溫度將明顯提升；鋼板與鋪裝各自對應(yīng)的模量差異顯著，由于車輛的頻繁通行，產(chǎn)生的荷載作用將直接對鋪裝層造成影響，其與鋼板間將產(chǎn)生剪切作用。從這一角度來看，鋼橋橋面鋪裝設(shè)計時必須重點關(guān)注鋪裝層的性能，體現(xiàn)在高溫穩(wěn)定性與抗剪性能兩個方面。

3.6 良好的抗疲勞性能

橋梁使用過程中，因車輛荷載作用，使得橋面鋪裝處產(chǎn)生較為明顯的拉應(yīng)力，并且具備反復(fù)作用的特點，易出現(xiàn)疲勞開裂現(xiàn)象。而大跨徑橋梁所設(shè)置的橋面面積相對較大，其對橋梁鋪裝提出更高的要求，應(yīng)具有足夠的柔韌性與抗變形能力，否則易受到溫度的影響而開裂。不僅于此，橋面鋪裝層的穩(wěn)定使用還需得到養(yǎng)護與維護工作的支持，但操作難度較大。所以，為了提升橋面鋪裝的整體使用效果，其抗疲勞能力尤為關(guān)鍵。

3.7 鋪裝層表面具有合適的粗糙度

鋪裝層不可過于光滑，在不影響平整度的前提下，需具有足夠的粗糙度，以提升抗滑能力，為車輛的通行創(chuàng)造安全的環(huán)境。

4.實際應(yīng)用案例

某鋼箱梁橋面鋪裝長888m，寬度14.25m×2，根據(jù)使用要求，鋪裝層厚度為6cm，全橋均采用的是SMA結(jié)構(gòu)。項目建成通車以來，由于受到不同的交通荷載以及自然環(huán)境影響，經(jīng)過長時間運營后，鋪裝層使用效果不良，該橋先后進行了2次處治工程。

4.1 原設(shè)計鋪裝層結(jié)構(gòu)

該橋梁主鋪裝設(shè)置為一層形式，具體構(gòu)成情況見圖1。

鋪磚層選擇的是SMA13.2，該層施工中瀝青混凝土是主要材料，空隙率為1%～3%，經(jīng)過碾壓處理后密實性有所提升，可滿足防水要求。設(shè)置有防水層，主要由富鋅底漆、反應(yīng)性樹脂底層、反應(yīng)性樹脂粘層和緩沖層構(gòu)成。以聚合物改性瀝青為施工材料，形成緩沖層，此處所用材料軟化點為85℃，可為攤鋪機作業(yè)創(chuàng)造良好條件。防水體系的應(yīng)用可實現(xiàn)對鋪裝層的有效保護，主要由防水隔離系統(tǒng)與接縫處理系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)情況見圖2。當(dāng)形成防水體系后，可有效抵御外界雨水的不良影響，避免鋼橋面腐蝕現(xiàn)象。

4.2 鋪裝層病害及原因分析

大橋在長期行車荷載的作用下，加之高溫天氣的影響，可以發(fā)現(xiàn)在橋面發(fā)生了不同程度的病害，主要有：（1）施工所用的瀝青混凝土性能欠佳，不具備優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，隨之出現(xiàn)車轍與橫向推移現(xiàn)象；（2）受多方面因素影響，富鋅漆界面受損，使得鋪裝層出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

經(jīng)現(xiàn)場分析后，總結(jié)出如下幾點原因：

（1）粘結(jié)層施工中過度追求材料的韌性指標(biāo)，使其在硬度與強度兩方面欠佳，同時厚度超出合理范圍，使用的碎石量不足；

（2）使用的改性瀝青在高溫環(huán)境下易發(fā)生性能波動，施工人員過度注重防水性與抗裂性，拌制作業(yè)時摻入的瀝青量偏多；

（3）未合理設(shè)置鋪裝層厚度，僅為6cm，經(jīng)現(xiàn)場檢測得知，鋪磚層表面溫度已經(jīng)提升至70℃；

（4）SMA混合料施工欠缺合理性，由于施工人員在此方面缺乏經(jīng)驗，因此最終的級配控制偏離預(yù)期要求；

圖1 大橋鋼橋面主鋪裝結(jié)構(gòu)（mm）

圖2 接縫處理系統(tǒng)

（5）鋼板防水設(shè)計不到位，使用到大量的防水膠，該材料與鋼板各自對應(yīng)的脹縮量存在差異，隨之出現(xiàn)防水膠鼓包現(xiàn)象；

（6）富鋅底漆不具備足夠的強度，該處干膜厚度偏大，粗糙度未得到有效控制。

4.3 橋面鋪裝層的第一次處治

根據(jù)上述提及的各類鋪裝層病害，以改善該橋使用狀況為基本目標(biāo)，對該橋出現(xiàn)的病害進行第一次處治。具體方法為：在銑刨機的作用下削一層，針對凸出部分的特殊性，該處銑削量提升至40±5mm；結(jié)束之后，全面檢查設(shè)置防水層與鋼板層之間的連接區(qū)域，即結(jié)合層，對其采取修補措施；選擇改性乳化瀝青材料，通過灑布的方式形成結(jié)構(gòu)層，并施作SMA橋面結(jié)構(gòu)，該處厚度范圍為70±5mm。經(jīng)過上述處理后，在后續(xù)每晝夜1.5萬車次的通車強度下，該橋經(jīng)過2個冬季后最終表現(xiàn)出較為嚴(yán)重的病害，如縱向開裂、防水膠鼓包等。主要原因在于：盡管所用的瀝青混合料具有較強的熱穩(wěn)定性，但處理區(qū)域較為有限，部分熱穩(wěn)定性欠佳的區(qū)域依然維持較差的工作狀態(tài)，車輛荷載作用下隨之產(chǎn)生裂縫，而出現(xiàn)防水膠鼓包現(xiàn)象的原因也與之一致。

4.4 橋面鋪裝層的第二次處治

從該橋第一次處治中汲取經(jīng)驗，工程人員展開第二次處治作業(yè)，此時選擇的是雙層SMA設(shè)計方案，共分為2個鋪裝層，各自厚度均為35mm；優(yōu)化了隔水層的構(gòu)成，為環(huán)氧粘結(jié)層與防水層兩部分。根據(jù)現(xiàn)場情況確定防水隔離層工藝，具體為：

（1）將原鋪裝層完全鑿除干凈，處理橋面板，要求粗糙度為50～100μm；

（2）使用到環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑，形成結(jié)構(gòu)層，再撒布碎石（300～400kg/m2）；

（3）當(dāng)該材料達到固化狀態(tài)后，再刷涂環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑，形成0.4～0.6mm的結(jié)構(gòu)層，并撒布碎石，此處用量提升至500～800kg/m2；

（4）檢驗環(huán)氧樹脂粘膠劑的狀態(tài)，完全固化后再連續(xù)刷涂兩道溶劑型粘膠劑，并施作橡膠瀝青砂膠防水層?？紤]到上下層穩(wěn)定連接的要求，兩層結(jié)構(gòu)間增設(shè)了改性乳化瀝青粘層。

5.結(jié)束語

綜上，大跨度預(yù)應(yīng)力橋梁建設(shè)工作中，應(yīng)采取嚴(yán)格的控制措施，選擇合適的瀝青混凝土鋪裝層施工技術(shù)，全面確保鋪裝層的穩(wěn)定性，為車輛創(chuàng)造良好通行環(huán)境，推動橋梁建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。