靜音抗滑磨耗層在某長江大橋橋面鋪裝養(yǎng)護工程中的應(yīng)用

申 林，王志祥，伍 宇，李善強

(1.四川省交通建設(shè)集團股份有限公司，成都 610072；2.廣東交科技術(shù)研發(fā)有限公司，廣州 510550)

0 引言

某長江大橋是主橋上部結(jié)構(gòu)為184m+460m+184m的雙塔PC梁斜拉橋，于2008年4月建成通車，是該地區(qū)現(xiàn)階段交通運輸?shù)闹饕ǖ?。該橋梁原鋪裝采用水泥混凝土，經(jīng)過多年的使用，橋面出現(xiàn)開裂、坑洞、坑槽及局部凹陷等病害，路面整體抗滑性能不足，行車噪音大，平整度較差，行駛舒適性下降，迫切需要維修養(yǎng)護，以提升路面行駛的安全性能，減輕對沿線居民的交通噪音影響，改善其行車舒適性。

相對于水泥混凝土鋪裝，橋面采用瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)具有抗滑耐久性好、行車舒適性優(yōu)、維修養(yǎng)護可操作性強以及全壽命周期養(yǎng)護成本低等優(yōu)勢，因此，水泥混凝土橋面鋪裝“白改黑”或“白加黑”養(yǎng)護設(shè)計是目前的主要發(fā)展趨勢?；跇蛎驿佈b的實際狀況，結(jié)合交通量、沿線氣候、材料等條件，對該長江大橋橋面鋪裝進行適宜的養(yǎng)護設(shè)計，不僅可提升其使用的舒適性、耐久性，同時也具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 橋面鋪裝改造設(shè)計

1.1 設(shè)計原則

結(jié)合該工程的實際需求以及交通量、沿線氣候、材料應(yīng)用等條件，橋面鋪裝改造設(shè)計時需滿足以下原則：

(1)在確保橋梁結(jié)構(gòu)受力安全的前提下，盡量采用增加恒載小的超薄磨耗層罩面黑化。

(2)提升路面的耐久性、行車舒適性、降低路面行車噪音。

(3)選擇安全可靠、經(jīng)濟合理、方便施工、利于養(yǎng)護的結(jié)構(gòu)方案。

(4)積極穩(wěn)妥地采用安全可靠的新技術(shù)、新工藝、新材料。

(5)徹底處治原橋面鋪裝層病害，確保超薄磨耗層罩面的使用耐久性能。

1.2 方案比選

基于改善路面行車安全、減少行車噪音、盡量減少增加恒載以及兼顧適當(dāng)提高行車舒適性的考慮，本工程擬采用薄層罩面方案設(shè)計，其優(yōu)缺點、成本以及使用年限見表1。

表1 橋面鋪裝改造設(shè)計方案

通過經(jīng)濟技術(shù)綜合分析，方案一和方案二恒載增加較多，考慮本橋已通車營運13年，在確保橋梁結(jié)構(gòu)安全性的前提下，為盡可能地提高行車舒適性、降低行車噪音、提升抗滑性能，主橋橋面鋪裝結(jié)構(gòu)推薦基本不增加恒載的方案三，即：2.0cm超薄磨耗層+專用粘層油+病害處治合格的原水泥混凝土橋面(精銑刨1.5cm)。

2 靜音抗滑磨耗層混合料級配設(shè)計及性能

2.1 混合料級配設(shè)計

基于抗滑提升及降低噪音的考慮，瀝青混合料宜設(shè)計豐富的正、負表面紋理結(jié)構(gòu)，增加路面與輪胎之間的附著力，同時增加反射聲波反射及透射頻率，消散噪音能量，緩解“泵吸噪聲”?；诤穸纫蠹氨砻嫫秸孢m性能的考慮，宜采用最大公稱粒徑為9.5mm的細粒式瀝青混合料?；诨旌狭系哪途眯?、抗滑性能考慮，瀝青混合料的空隙率不宜過大，宜控制在10%～18%，同時采用高粘高彈改性瀝青增加混合料的粘結(jié)，確保其優(yōu)良的抗老化、抗疲勞性能。

基于此，在靜音抗滑磨耗層混合料設(shè)計時采用5～10mm、3～5mm堅硬耐磨的玄武巖粗集料，其性能指標滿足規(guī)范要求。采用高粘高彈改性瀝青，技術(shù)指標見表2，其較高的軟化點、延度，確保了混合料的高溫、低溫性能，其優(yōu)良的粘彈性能(60℃動力粘度大于68萬Pa·s，25℃彈性恢復(fù)為98%)，確保了優(yōu)異的抗老化、抗疲勞性能以及阻尼降噪性能。此外，135℃運動粘度小于3.0Pa·s，確保了混合料具有較好的施工和易性?；旌狭喜捎迷鰪娦凸羌芙Y(jié)構(gòu)，確保瀝青混合料抗高溫變形。采用馬歇爾設(shè)計方法對瀝青混合料的配合比進行設(shè)計，級配曲線如圖1所示；在160℃～170℃溫度下成型試件，測試的體積指標見表3。

表2 高粘高彈改性瀝青技術(shù)指標

圖1 瀝青混合料級配曲線

表3 瀝青混合料體積指標

2.2 混合料性能分析

按照規(guī)范要求成型試件，并對比GAC-16(PG76改性瀝青)、SMA-13(PG82改性瀝青)、某抗滑磨耗層，分析靜音抗滑磨耗層混合料的抗滑性能、降噪效果和高、低溫性能以及疲勞性能。

2.2.1 抗滑及耐久性能

基于室內(nèi)加速加載試驗對試件的抗滑性能進行分析，加載荷載為0.7MPa，加載速度為8 000次/h,如圖2所示。不同加載次數(shù)后測試其擺值，測試結(jié)果如圖3所示。隨著加載次數(shù)的增加，不同類型的磨耗層的抗滑性能出現(xiàn)不同的衰減；GAC-16瀝青表層的初始抗滑性能最優(yōu)，但衰減速度很快，加載500萬次后擺值已降至45BPN左右；相比于SMA-13抗滑表層、某抗滑磨耗層，靜音抗滑磨耗層初始擺值在65BPN左右，加載500萬次后擺值降至60BPN左右，這說明靜音抗滑磨耗層具有更好的初始抗滑及抗滑耐久性能。

圖2 加速加載設(shè)備

圖3 不同加載次數(shù)下抗滑性能衰變

2.2.2 溫度敏感性

基于車轍試驗評價高粘高彈改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，試驗結(jié)果如圖4所示。從測試結(jié)果來看：60℃的車轍動穩(wěn)定度為11 500次/mm，70℃的車轍動穩(wěn)定大于5 500次/mm，高摻量、高粘彈改性瀝青以及增強型骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計確保了混合料的抗永久變形能力；抗高溫性能優(yōu)于GAC-16(PG76改性瀝青)、SMA-13(PG82改性瀝青)、某抗滑磨耗層。

圖4 不同加載次數(shù)下高溫試驗結(jié)果

基于小梁彎曲試驗分析瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性。試驗溫度選擇10℃，加載速率50mm/min，試驗結(jié)果如圖5所示。從測試結(jié)果看：靜音抗滑磨耗層、GAC-16(PG76改性瀝青)、SMA-13(PG82改性瀝青)、某抗滑磨耗層混合料的低溫彎曲應(yīng)變均大于2 500με，低溫抗裂性能較優(yōu)。

圖5 不同加載次數(shù)下低溫試驗結(jié)果

2.2.3 水穩(wěn)定性

基于浸水馬歇爾試驗分析瀝青混合料的抗水損壞性能，試驗結(jié)果如圖6所示。從測試結(jié)果看：殘留穩(wěn)定度達到98.4%，表明瀝青混合料性能穩(wěn)定，抵抗水損壞能力較強。

圖6 殘留穩(wěn)定度試驗結(jié)果

2.2.4 抗疲勞性能

基于四點彎曲疲勞試驗分析瀝青混合料的抗疲勞性能，試驗結(jié)果如圖7所示。從測試結(jié)果看：700με微應(yīng)變下，靜音抗滑磨耗層的疲勞壽命達到100萬次，相比于GAC-16(PG76改性瀝青)、SMA-13(PG82改性瀝青)、某抗滑磨耗層分別提高115%、30%、24%，說明靜音抗滑磨耗層抗疲勞破壞的性能較好，主要來自于高粘高彈瀝青的強粘結(jié)性能以及良好的級配設(shè)計。

圖7 疲勞試驗結(jié)果

3 試驗段鋪筑及工后效果

3.1 原路面處治

超薄磨耗層主要應(yīng)用于預(yù)防性養(yǎng)護和非結(jié)構(gòu)性損壞的養(yǎng)護，并不能作為結(jié)構(gòu)補強層。路面病害必須徹底處治，對縱橫接縫及剝落的填縫料用聚氨酯填縫料修復(fù)；對局部啃邊、碎裂，采用環(huán)氧砂漿進行修補；對破碎板及板角斷裂等病害，挖除后采用快硬混凝土修補；對裂縫采用環(huán)氧樹脂灌縫；對板底脫空采用環(huán)氧漿液注漿處理。

為保證原混凝土板表面粗糙及平整度，消除原混凝土板塊錯臺，對原混凝土板精銑刨1.5cm(精銑刨應(yīng)分2層進行銑刨，第一層銑刨1cm)，如圖8所示。精銑刨施工前應(yīng)檢測鋼筋網(wǎng)保護層厚度，確保銑刨施工不出露鋼筋網(wǎng)。具體要求：

圖8 精銑刨施工作業(yè)

(1)實施銑刨作業(yè)時，應(yīng)根據(jù)原路面的平整度、錯臺情況適當(dāng)調(diào)整銑刨深度。

(2)為達到較均勻的銑刨紋理，相鄰兩個刀具的垂直投影刀尖距宜采用6mm或8mm，同時每一個銑刨圓截面有180°對稱分布的兩個刀頭的銑刨鼓，刀頭數(shù)量不少于600個。

(3)銑刨的紋理深度及精細程度不僅取決于銑刨鼓的刀尖距，還與銑刨時的銑刨速度密切相關(guān)，銑刨速度不得大于8m/min。

(4)銑刨后路面縱向及橫向平整度控制要求：±3mm(3 m直尺)；銑刨后路面抗滑表面構(gòu)造深度控制要求：0.8～1.2mm(鋪砂法)。

(5)最后采用真空吸塵器將表面的浮灰吹干凈，確保銑刨裸露面潔凈、干燥、穩(wěn)定，如圖9所示。

圖9 精銑刨工后效果

3.2 施工控制

3.2.1 粘層油的灑布

靜音抗滑磨耗層的粘層油采用專用的高粘改性乳化瀝青，采用同步噴灑工藝。將乳化瀝青加熱到60℃～70℃時，乳化瀝青能夠均勻噴出，且不堵塞噴頭。當(dāng)灑布量為0.6kg/m2時，噴灑出的乳化瀝青未能有效覆蓋構(gòu)造深度為0.8～1.2mm的水泥混凝土基面；灑布量調(diào)整為0.9kg/m2時，粘層油灑布均勻，能有效覆蓋基面構(gòu)造，不流淌，如圖10和圖11所示?？紤]到乳化瀝青在覆蓋瀝青混合料后，破乳速度變慢，粘層油灑布宜按0.9 kg/m2控制。

圖10 灑布量0.6kg/m2的效果

圖11 灑布量0.9kg/m2的效果

3.2.2 混合料生產(chǎn)、運輸

混合料生產(chǎn)采用德基4000型間歇式瀝青混合料攪拌設(shè)備。瀝青混合料熱料為三檔碎石，分別為：5～8mm、3～5mm和0～3mm機制砂。混合料拌合溫度為175℃～185℃，拌合時間60s。生產(chǎn)出來的混合料色澤光亮，攪拌均勻，無纖維成團及混合料花白現(xiàn)象，混合料攪拌效果良好。

3.2.3 混合料攤鋪、壓實

攤鋪機行走速度要與壓路機碾壓速度相協(xié)調(diào)，以保證瀝青路面壓實度、平整度及攤鋪均勻性的要求。面層厚度為2.0cm，攤鋪速度不宜過快或過慢，根據(jù)現(xiàn)場路面的實際攤鋪效果，控制攤鋪速度為4～5m/min，既滿足路面質(zhì)量控制指標要求，又可以防止出現(xiàn)拉料產(chǎn)生路面離析，保持良好的路面施工效果。

松鋪系數(shù)為1.22～1.25。碾壓時初壓采用13t雙鋼輪前靜后振1遍，速度4～5m/min，前進方向靜壓對松散混合料的骨料進行了重新排列以及初步壓實，后退振動使混合料內(nèi)部的粗集料相互擠壓，形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)。復(fù)壓采用13t鋼輪壓路機靜壓2遍，速度4～5m/min。終壓采用13t雙鋼輪收光1遍，速度5～6m/min。路面整體攤鋪、碾壓效果良好。

工后路面的均勻性良好，無嚴重的粗、細集料離析現(xiàn)象，混合料的骨架性良好，粗集料嵌擠較緊密，形成了有效的骨架-空隙結(jié)構(gòu)，提高了路面的高溫穩(wěn)定性和耐久性能(圖12)。

圖12 工后路面效果

3.3 工后檢測及評價

經(jīng)檢測，橫向力系數(shù)SFC達到67，抗滑性能優(yōu)良，提升了路面使用安全性能；路面噪音較原路面降低了3～7分貝，降噪性能良好，減少了噪音對周邊小區(qū)居民的影響；滲水系數(shù)大于3 000ml/min，路面的排水功能良好，雨水能從路面空隙中迅速流出路面，提高了行車的安全性；路面平整度較好，國際平整度指數(shù)IRI達0.85m/km，有效地提高了路面行車的舒適性；整體功能較好，使用性能優(yōu)良。

4 結(jié)論

依托某長江大橋橋面加鋪處治工程，對橋面鋪裝加鋪設(shè)計、靜音抗滑磨耗層混合料級配設(shè)計及性能、施工關(guān)鍵技術(shù)與工藝進行研究分析，得到如下結(jié)論：

(1)基于實際需求以及交通量、沿線氣候、材料應(yīng)用等實際條件的加鋪處治方案合理，實施性較好。

(2)靜音抗滑磨耗層瀝青混合料抗滑性能優(yōu)良且耐久，高溫、低溫、水穩(wěn)定性優(yōu)異，疲勞性能優(yōu)良。

(3)靜音抗滑磨耗層施工工藝較簡單，混合料抗離析，碾壓后路面表觀均勻，路面平整舒適。

(4)靜音抗滑磨耗層應(yīng)用于橋面加鋪處治工程，能有效改善行車安全性及舒適性，不僅抗滑性能優(yōu)良、降噪效果顯著，排水效果也較好，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。