钢桥面浇注沥青混凝土铺装施工关键技术研究

    王宏畅 李国芬 左洪利 陈富勇 许洪刚

    

    

    

    摘?要：为保障浇注沥青混凝土的施工质量，提升钢桥面沥青铺装使用性能，依托南京长江第四大桥钢桥面浇注沥青铺装工程，通过动稳定度、流动度、贯入度和低温弯曲等试验对升温搅拌时间、流动度和碎石撒布等几项施工关键技术进行研究，提出了相关施工技术控制指标。研究结果表明，浇注沥青混凝土升温搅拌时间以3～3.5 h为宜;提出并实践的折线熨平板摊铺工艺，可保证钢桥面高温摊铺受热变形下的铺装设计厚度;增大碎石粒径和增加撒布量均可适当提高浇注沥青混凝土的高温稳定性，确定采用13.2～19 mm粒径的预裹碎石， 撒布量控制为11～12 kg/m2，且最佳碎石压入时机为浇注沥青混凝土铺装层内部温度不宜低于180 ℃。

    关键词：钢桥面铺装;浇注式沥青混凝土;动稳定度;施工工艺

    中图分类号：U443.33文献标识码：A文章编号：1006-8023（2019）06-0086-05

    Study on the Key Construction Technology of Gussasphalt Concrete

    for Steel Bridge Deck Pavement

    WANG Hongchang1， LI Guofen1， ZUO Hongli2， CHEN Fuyong2， XU Honggang2

    （1. School of Civil Engineering， Nanjing Forestry University， Nanjing 210037; 2.Shangdong Luqiao Group Co.， LTD， Jinan 250021）

    Abstract：In order to guarantee the construction quality of the gusasphalt concrete and promote deck pavement performance of steel bridge， several key technologies were investigated during the steel bridge deck gusasphalt pavement construction on the Nanjing Fourth Yangtze Bridge， including stirring time， fluidity and gravel spreading amount through the dynamic stability， fluidity， penetration and bending tests. And the relevant construction technical indicators were proposed in this study. The results indicated that the best heating time of gussasphalt concrete was from 3h to 3.5h. Line screed paving process had been proposed and practiced to ensure the pavement thickness under the thermal deformation of steel bridge deck. Additionally， the dynamic stability of gussasphalt was improved via utilizing the gravels with larger particle sizes and increasing the spreading amount and the particle size of 13.2～19 mm was used as pre-wrapped gravel in this study and gravel spreading amount was 11～12 kg/m2 . The best gravel compacted time was when the gusasphalt concrete pavement temperature should not be lower than 180 ℃.

    Keywords：Steel bridge deck pavement; gussasphalt; dynamic stability; construction technology

    0?引言

    橋面铺装成型的效果关系到行车的舒适度及桥梁的耐久性，同时也与经济效益、社会效益相挂钩。国内外工程实践表明，正交异性钢面板的钢箱梁结构能够增大桥梁的抗风性能和抗扭刚度，且用钢量少、维护方便，对减轻自重、增大跨径以及增强稳定性的作用更加显著，故此种钢箱梁结构目前已经成为斜拉桥和悬索桥主梁的首选结构形式[1-4]。正交异性钢桥面铺装，其使用条件相比于一般桥面铺装更为严格，对铺装混凝土的高温稳定性、抗疲劳开裂性、钢板变形的追从性、层间粘接及完善的防排水体系等综合性能有较高的要求，因此正交异性钢桥面板桥面铺装也是困扰我国大跨径钢桥建设中最具关键性、最具复杂性的技术问题之一[5-7]。浇注沥青混凝土具有优良的防水、抗疲劳、抗老化性能以及其对钢桥面板优越的追从性，因其综合性能较优，在国外被广泛应用于钢桥面的铺装，可以较好地解决钢桥面板与铺装层由于热胀冷缩带来的剪应力对铺装层的破坏影响，是一种理想的铺装材料[6]。但浇注沥青混凝土作为一类特种沥青混合料，必有其独特的施工要求，为保证其施工质量，进而保证整个大桥桥面的使用性能，本文以南京长江第四大桥钢桥面铺装工程为背景，对浇注式沥青混凝土钢桥面铺装施工关键技术进行研究。

    1?工程概况

    南京长江第四大桥是中国首座三跨悬索桥，被誉为“中国的金门大桥”，是江苏省境内开工建设的第八座长江大桥。南京长江第四大桥全长28.996 km，其中北接线长13.083 km，跨江大桥长5.448 km，南接线长10.465 km，主桥桥型为双塔三跨悬索桥，主跨1 418 m，钢桥面全长2 189.6 m，桥宽32 m，铺装面积为70 067 m2。

    借鉴日本的经验与成果[8-9]，南京长江四桥钢桥面铺装采用“下层浇注式沥青混凝土（40 mm）+上层改性沥青混凝土（35 mm）”的铺装构成及厚度，主要施工工艺流程为：钢桥面板现场进行Sa3.0级喷砂除锈处理，然后在其上铺设厚度为40 mm的下层浇注式沥青混凝土和35 mm的上层改性沥青混凝土，上层改性沥青为日本钢桥面铺装专用改性沥青，下层浇注式沥青中20～40#石油沥青占70%，特立尼达湖沥青（TLA）占30%，其表面压入12 Kg/m2的碎石，铺装上层与下层之间喷涂0.3～0.5 L/m2的改性乳化沥青材料，铺装和路缘石之间采用接缝材料，铺装下层与钢板之间洒布0.3～0.4 L/m2的橡胶沥青粘结材料。

    2?浇注式沥青混凝土施工关键技术

    2.1?搅拌升温时间的确定

    浇注沥青混凝土需在220～250 ℃的温度范围内进行施工，但拌合机出料温度一般在190 ℃左右，故出料以后还需在升温搅拌车（设定温度一般为240 ℃）内再次搅拌一定时间，保证浇注沥青混凝土搅拌均匀且达到施工温度要求。浇注沥青混凝土在升温搅拌车中的升温搅拌时间的确定需要针对具体情况，浇注沥青混凝土的流动性、高温稳定性均与搅拌时间密切相关，搅拌时间短会造成浇注沥青混凝土分布不均匀，流动性差，但搅拌时间过长又会增加能耗及浇注沥青混凝土的高温短期老化。所以，在浇注沥青混凝土施工过程中，确定其搅拌时间范围是非常有必要的[10-17]。

    流动性试验主要用来评价浇注沥青混凝土的施工和易性，若流动性比较差，则施工质量无法保证，若流动性太大则易离析，并很难达到所需要的坡度，动稳定度也很难得到保证，因此合理的流动性是保证浇注式沥青混凝土质量的前提。其试验原理是用特制铜锤沉入混凝土50 mm所需要的时间来表征混凝土的流动性。具体试验方法是用配套的试验桶装满浇注沥青混凝土，三角支架水平搁置在试验桶上，然后将铜锤通过支架中心的小孔，垂直于混凝土表面放置到混凝土中央表面，放开试验锤，使其在自重条件下贯入浇注沥青混凝土，测定铜锤上下刻度线（50 mm）通过试验孔的时间间隔，即为该混凝土的流动性，同时测试铜锤贯入混凝土时的温度作为其试验温度。

    为了研究搅拌时间对浇注沥青混凝土使用性能的影响，对湖沥青（TLA）掺量为30%，沥青含量8.3%的浇注沥青混凝土分别升温搅拌1.5、2.5、3.0、3.5 h后，取样作各项性能测试。其中高温车辙试验温度采用60 ℃，贯入度试验采用40 ℃，弯曲试验采用-10 ℃，试验结果见表1。

    试验表明随着浇注沥青混凝土在升温搅拌车里搅拌时间的增加，贯入度呈减小趋势和动稳定度呈增大的趋势，说明延长搅拌时间有助于高温稳定性的提高，搅拌时间在1.5～3 h时，动稳定度及贯入度变化不大，而搅拌时间大于3～3.5 h时变化较敏感，且此时浇注沥青混凝土的低温弯曲应变开始下降。这是因为沥青短期热老化所致，虽然搅拌升温时间越长，浇注式沥青混凝土的高温稳定性越好，但是随着温度的逐步升高，沥青老化容易加剧，低温性能下降。所以为保证浇注沥青混凝土高温稳定性达到要求及流动性达到施工要求，又能防止因沥青过度老化导致低温性不足，建议最佳搅拌时间范围为3～3.5 h。

    2.2?钢板热变形对厚度的影响研究

    南京长江四桥主桥钢桥面铺装下面层浇注式沥青混凝土的厚度设计值为40 mm。浇注摊铺施工宽度为4 m，对摊铺宽度以5 m一个断面进行高程测量，测量结果显示铺装宽度的中间部位较两侧偏低，中间平均厚度为35.3 mm，两侧分别为42.2 mm和42.5 mm。这是因为在进行230 ℃以上高温浇注沥青混凝土摊铺时，钢桥面板会翘曲变形，引起中部上拱[18]，如图1和图2所示。为控制摊铺厚度提出了折线熨平板摊铺工艺，将摊铺机熨平板中部上调2 mm，使摊铺机熨平时的中部厚度略高于两侧。钢板受热前后铺装层对比示意图如图3和图4所示。通過调整后的跟踪测量发现中部厚度偏低的现象消失，整个施工段落厚度基本一致，两侧和中间的平均厚度分别为39.7、39.4、39.5 mm。对于后续的施工段落的跟踪测量显示，前面所提出的方案调整完全正确，厚度的测量结果数据满足设计要求。

    2.3?预裹沥青碎石相关施工技术研究

    南京长江四桥浇注式沥青混凝土层表面压入预裹碎石以提高浇注沥青混凝土的动稳定性。压入碎石的粒径和碎石压入量对铺装层动稳定性均有一定的影响。

    （1）碎石粒径。不同粒径相同撒布量的预裹碎石对于浇注式沥青混凝土动稳定度的影响见表2、图5和图6。

    试验表明，浇注式沥青混凝土表面压入13.2～19.0 mm的预裹碎石，试件表面均匀，表观效果好。同时压入较大粒径的碎石，能够提高复合结构的高温稳定性。在集料粒径要求范围内压入大粒径13.2～19 mm碎石的浇注式沥青混凝土高温性能比压入同等质量小粒径碎石的浇注式沥青混凝土高温性能提高15%。因此，碎石选择为粒径13.2～19 mm的碎石。

    （2）碎石撒布量。相同粒径不同撒布量的预裹碎石对于浇注式沥青混凝土动稳定度的影响见表3。

    试验结果表明，适当提高浇注式沥青层表面压入碎石的量会提高浇注式沥青层的动稳定性。碎石撒布量每增加2 kg/m2，浇注式沥青混凝土的高温稳定性提高30%～40%左右。

    （3）碎石压入时机。根据试验桥施工效果来看，预裹碎石的压入要在碎石撒布均匀后立即进行，根据施工情况看，碾压时浇注沥青混凝土铺装层内部温度不宜低于180 ℃，并且在必要时压路机应采取振动方式，根据现场确认，碎石压入情况基本满足设计要求，其最佳效果是表面基本没有外露的碎石。从碎石碾压的现场效果来看，部分位置碎石碾压后没有完全进入到浇注沥青表面以下，如图7所示，分析原因主要是铺装层表面温度下降过快，碾压未能及时跟进。如保证铺装层内部温度撒布温度在180 ℃以上，铺装层表面温度在160 ℃以上碎石能够自然下沉，如图8所示，碾压过程基本可以不开振，施工中预裹碎石碾压可达到理想效果。

    2.4?鼓包处理

    钢桥面板上不可避免地存在水气及油分，并且在摊铺浇注沥青混凝土时也会卷入少量空气，所有这些都可能会导致气泡和鼓包的产生。鼓包的发生会破坏路面的平整，影响道路的使用功能，而且对削弱铺装层与桥面板的粘结，从而造成铺装层脱层、搓动和开裂等病害，破坏铺装层结构。

    故在施工阶段应对气泡与鼓包进行及时的消泡处理。消泡时，应先及时用细钢钎将鼓包戳破，用木刀轻轻拍打鼓包四周的混凝土，待内部空气或水汽基本排出后再将表面修平。

    浇注沥青混凝土铺装完毕，还应在上面层施工前，派专人不断地检查是否有鼓包发生，一旦出现鼓包，则应铲除鼓包处的铺装层，清理后重新涂抹0.4 L/m2粘结层，养护粘结层12 h后再用新的浇注式沥青混凝土回补找平。一般通过肉眼可以观察到鼓包，若不确定时可借助水平仪测量。

    3?结论

    本文结合南京长江第四大桥主桥钢桥面铺装工程，对搅拌升温时间、流动度、碎石撒布和鼓包处理等几项施工关键技术进行研究，得到以下结论：

    （1）根据混凝土在升温搅拌车中不同搅拌升温时间的动稳定度、贯入度及弯曲对比试验发现，搅拌升温控制时间以3～3.5 h为宜。

    （2）实践了折线熨平板摊铺工艺，将摊铺机熨平板中部上调2 mm，使铺装层的厚度达到设计要求，该方案可以在钢桥面板高温受热变形的情况下保证其铺装厚度。

    （3）研究表明压入碎石粒径的加大和碎石撒布量的增加都可以适当提高浇注式沥青混凝土的动稳定度，本工程采用13.2～19 mm粒径的预裹碎石， 撒布量控制为11～12 kg/m2，碾压时机控制在浇注沥青混凝土铺装层温度不低于180 ℃为宜。

    （4）浇注沥青混凝土摊铺后，出现的鼓包应及时进行消泡或铲除处理。

    【参?考?文?献】

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