鋼橋瀝青橋面鋪裝層設計理論與方法研究

從我國大跨鋼橋建設的需求出發(fā)，通過橋跨結(jié)構(gòu)與鋪裝層共同作用工作機理分析；車輛荷載對橋面鋪裝層的動力響應分析；鋪裝層結(jié)構(gòu)組合與材料性能的綜合分析，提出完整的成果，用于鋪裝層結(jié)構(gòu)設計和材料組成設計。為我國二十一世紀大跨度鋼橋建設提供瀝青橋面鋪裝層設計的可靠理論基礎(chǔ)和完整的設計方法，確保大橋橋面鋪裝優(yōu)質(zhì)、耐用、使用品質(zhì)良好。 2100433B

相對于其他普通公路路面鋪裝，在使用環(huán)境上鋼橋面比普通公路路面要苛刻的多。無論是從橋面板本身結(jié)構(gòu)、橋梁對整個地區(qū)交通的影響還是從溫度、雨水等因素考慮橋面鋪裝建設，選擇其建設標準要根據(jù)上述條件對橋面鋪裝材料進行深入的研究和比選。鋼橋面鋪裝材料除了要滿足普通公路的性質(zhì)（如良好的抗變形能力）外還應該具備應對鋼橋面板結(jié)構(gòu)以及其他的使用環(huán)境而必須具備的鋪裝性能，具體要求如下：

①鋼橋面鋪裝應該具備較強的高溫穩(wěn)定性

由于正交異性鋼橋面板自身的結(jié)構(gòu)影響，在高溫季節(jié)瀝青鋪裝表面溫度要遠高于周邊大氣溫度。鋼橋面板與橋面鋪裝層之間的彈模存在明顯的差距，并且隨著溫度的升高瀝青混凝土的剛度與強度一般都會明顯下降，此時在車輛荷載特別是重載車輛的反復作用下，瀝青混凝土橋面鋪裝很容易因此產(chǎn)生推移、波浪、粘輪、泛油等病害。

因此必須對瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性提出嚴格要求，特別是在高溫季節(jié)鋼橋面瀝青鋪裝應該保證具有良好的穩(wěn)定性，即較高的剛度和強度是瀝青混凝土在高溫季節(jié)必須具備的性能。

②鋼橋面板在低溫條件以及車輛荷載作用下是應該具備良好的抗裂性能

鋼橋面鋪裝極端低溫相對于普通公路鋪裝更低，因此鋼橋面鋪裝在面對低溫時應具備良好的耐低溫性能。隨著溫度的不斷降低，瀝青混凝土勁度將不斷增大，其抵抗變形能力也慢慢降低。由于鋼橋面鋪裝上行車荷載的連續(xù)作用，瀝青材料中部分應力由于來不及松弛，應力就慢慢累積在材料之中，一旦累積應力超過了材料抗裂強度時，橋面鋪裝就會開裂而導致鋼橋面鋪裝發(fā)生破壞。一旦橋面鋪裝產(chǎn)生開裂破壞，雨水以及腐蝕性物質(zhì)將沿著裂縫深入鋪裝層深處，由此會導致多種病害的發(fā)生。因此瀝青混凝土必須滿足良好的耐低溫性。

當瀝青混凝土材料處于高溫時由于其高溫變形能力強，在高溫條件下瀝青混凝土橋面鋪裝不會產(chǎn)生裂縫破壞，但是面對低溫條件時瀝青混凝土抵抗低溫性能較差。一般鋪裝層上的裂縫多是在低溫條件下其抗低溫性能差而引起的。因此鋼橋面瀝青混凝土鋪裝應該在低溫時具有較低的勁度和較大的抗變形能力，并且要求在行車荷載和其它因素的反復作用下，橋面鋪裝不會產(chǎn)生疲勞開裂。

③鋼橋鋪裝應該具備足夠的強度與剛度以及橋面鋪裝粘結(jié)層應該滿足規(guī)定要求以適應鋪裝變形要求

鋼橋由于一直處于微小變動狀態(tài)，良好的橋面鋪裝剛度以及強度是橋面鋪裝應該具備的性能。足夠的橋面鋪裝層厚度一般都能保證橋面鋪裝具備足夠的剛度和強度。但是一方面鋼橋面鋪裝應該保證有足夠的鋪裝層厚度以確保橋面鋪裝具備足夠的剛度；另一方面如果橋面鋪裝如果太厚了就會影響橋面鋪裝對鋼橋面板的變形追從性。因此在保證橋面鋪裝具備足夠剛度的同時不能使橋面鋪裝層過厚影響其與鋼橋面鋼板的變形追從性。

橋面鋪裝粘結(jié)層起著承上啟下的作用，將瀝青混凝上層與鋼橋面板連接起來，使瀝青混凝土與鋼橋面板整體受力。因此粘結(jié)層質(zhì)量的好壞直接影響橋面系整體受力狀態(tài)。

不僅僅是橋面鋪裝與鋼橋面鋪裝應該具備良好的粘結(jié)能力，橋面鋪裝各層之間的粘結(jié)力也應該有充分的保證。由于對橋面鋪裝的使用性能的要求，橋面鋪裝層一般都會分為幾層（如防水層、粘結(jié)層），如何保證各層之間保證良好的整體受力性對保證橋面鋪裝能夠正常使用的重要保證。

④橋面鋪裝應該具備良好的疲勞性、抗老化性能

在鋼橋面行車反復荷載的作用下，瀝青混凝土面層具備抵抗破壞的能力就是瀝青混凝土的耐疲勞性。在鋼橋面正常使用期間，瀝青混凝土由于經(jīng)受車輪荷載的反復作用，其內(nèi)部應力應變不但大小一直處于反復交替變化狀態(tài)，而且其受力方向也隨時發(fā)生變化，這種反復的作用使得橋面結(jié)構(gòu)強度逐漸下降。當橋面行車荷載作用重復超過一定次數(shù)后，由于應力得不到及時的釋放而累積起來直至超過了結(jié)構(gòu)的抵抗能力后，瀝青混凝土面層就會出現(xiàn)裂紋，隨著裂紋的發(fā)展就會產(chǎn)生疲勞斷裂破壞。

橋面鋪裝瀝青混凝土的抗老化性即是指在受到氣候環(huán)境的影響下，瀝青混凝土逐漸喪失粘接性以及韌性等各種性能。其主要原因是瀝青是大分子有機物，在瀝青混凝土施工過程中反復的對其加熱以及在使用過程中受到大自然環(huán)境中的陽光、紫外線、水等一系列自然因素的作用，都會使得瀝青發(fā)生變化，這樣就會改變?yōu)r青性質(zhì)使得瀝青混凝土發(fā)生老化，并導致瀝青混凝土橋面鋪裝層產(chǎn)生病害。

⑤橋面鋪裝應該具備良好的防水防滲性能

為抵抗水的侵蝕作用，瀝青混凝土逐漸產(chǎn)生的掉粒、瀝青膜剝落、坑槽、瀝青粒料松散等病害而導致鋪裝層遭受破壞的能力。水分的存在不但降低了瀝青本身的粘結(jié)力而且對也瀝青路面中瀝青與礦料間的粘聚力也有負面影響?？傊拇嬖跁铀贋r青鋪裝層剝落的現(xiàn)象，使得瀝青面層發(fā)生破壞。

瀝青面層應該具備良好的防滲能力，如果瀝青面層防滲能力不足時，將不僅僅影響瀝青混合料本身的穩(wěn)定性使得瀝青混合料產(chǎn)生病害而且還將對帶基層的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響，特別是在多雨雪的地域，良好的抗?jié)B能力是瀝青混凝土面層應該具備的技術(shù)指標。

控制好瀝青面層的抗?jié)B能力取決于控制好瀝青混凝土的孔隙率。瀝青孔隙率越小其抗?jié)B能力越好，反之孔隙率越大，其抗?jié)B能力就越差。

⑥橋面鋪裝應該具備良好的抗滑能力以保證行車的安全性

隨著現(xiàn)在科技的發(fā)展，車輛的行車速度也不斷的提高。除了在正常的試驗狀態(tài)下瀝青路面應該保持良好的抗滑性能，而且在行駛條件不利的情況下也能保證車輛在高速狀態(tài)下仍然可以安全的在橋面行駛，橋面鋪裝的抗滑性就必須滿足現(xiàn)代交通的需要。因此，瀝青橋面鋪裝層在承受各種外界不利條件下仍應該保持良好的抗滑性。

地震災害表明，鋼橋在近場地震作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷不可避免，建立其塑性域地震反應算法和損傷指標是完善鋼橋抗震設計規(guī)范的急需。目前，獨柱式鋼橋墩的設計方法趨于成熟，而復雜鋼橋抗震設計方法是國內(nèi)外學者的研究焦點。本項目以受動軸力和雙軸彎曲變形的復雜鋼橋為對象，通過試驗和理論研究改進鋼材的滯回模型，提出合理的結(jié)構(gòu)地震反應計算方法，根據(jù)震后的使用性和修復性要求建立包括局部和整體變形的極限狀態(tài)損傷指標。在此基礎(chǔ)上，以上承式和中承式典型鋼拱橋為重點，通過多尺度計算模型研究復雜橋梁塑性域的地震反應，以及近場地震、空間地震作用下的結(jié)構(gòu)損傷特性和合理的結(jié)構(gòu)減震體系。通過本項目研究，預期取得以下幾方面的研究成果：提出適用于復雜應力狀態(tài)的鋼材非線性滯回模型和基于震后性能要求的地震損傷指標；得到結(jié)構(gòu)地震破壞區(qū)有效長度經(jīng)驗公式；確立高精度地震反應計算模型和離散要求；探索復雜鋼橋的抗震構(gòu)造和合理的減震方法。

環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工工法適用范圍

《環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工工法》的適用范圍是：

1.適用于鋼橋橋面鋪裝層施工。

2.氣溫>10℃且沒有霧、露水、下雨或相對濕度小于90%。

環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工工法工藝原理

《環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工工法》通過對環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝整個施工過程各個施工工序的詳細劃分、人員崗位的細化、組織及制定的各種安全、質(zhì)量、環(huán)保措施，從而確保了環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝施工質(zhì)量，實現(xiàn)了鋼橋面與環(huán)氧瀝青混凝土的協(xié)同受力，提高了橋面鋪裝的耐久性，從而延長了橋梁的使用壽命。

環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工工法施工工藝

• 環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)

《環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工工法》的典型結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

工藝流程

《環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工工法》的施工工藝流程圖見圖2。

操作要點

《環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工工法》的操作要點如下：

一、施工要點

（一）防水粘結(jié)層及粘結(jié)層施工

1）橋面清潔：先將橋面的浮塵、雜物。如有油污，須用相應的油污清洗劑清洗（該清洗劑不能對鋼橋面板的防腐涂裝有損傷）；最后用自來水徹底沖洗干凈，清洗后橋面徹底烘干，確保干燥并不得再受污染，每次的清潔范圍一定要略大于粘結(jié)料的噴酒范圍。凸出橋面的結(jié)構(gòu)物側(cè)面也應清洗干凈。

2）氣候條件：進行環(huán)氧瀝青粘結(jié)層酒布前橋面可用熱鼓風機和專用烤燈烘干。確保橋面干燥。酒布環(huán)氧瀝青粘結(jié)料時氣溫不應低于10℃，風速適度。有霧、下雨或相對濕度大于90%時不得施工；當風速大于10米/秒時應采取有效的防風措施。

3）粘結(jié)料準備：在拌合廠分別將已預熱過的A料和BId料由廠內(nèi)貯油罐泵入酒布機的相應貯罐內(nèi)，并繼續(xù)將A加熱至87±3℃，BId加熱至150±3℃，運至現(xiàn)場備用。

4）環(huán)氧瀝青粘結(jié)層灑布采用專用設備噴灑施工，通過單位面積灑布量和灑布行走速度雙控的方法控制粘結(jié)層厚度，使粘結(jié)層均勻、連續(xù)，用量準確。在環(huán)氧瀝青灑布機噴不到的地方可采用手工涂刷。噴灑超量或漏灑或少灑的地方應予糾正。

（二）養(yǎng)護：在環(huán)氧瀝青混凝土鋪筑之前，除非確有需要，任何車輛與個人均不得進入已灑好的瀝青粘結(jié)層的區(qū)域?；旌狭蠑備佭^程中，除攤鋪機之外，任何車輛均不得在粘結(jié)層上通行，避免或盡可能減少粘結(jié)料對鋼橋面的污染。

二、環(huán)氧瀝青混合料生產(chǎn)

（一）按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40—2004附錄B的要求進行環(huán)氧瀝青混凝土配合比設計。在完成環(huán)氧瀝青混凝土目標配合比設計、生產(chǎn)配合比設計后，進行試驗段施工以驗證配合比設計和施工工藝。

（二）貯油罐內(nèi)材料的預熱：在拌制環(huán)氧瀝青混合料之前夜，要預先將A及BV加熱脫簡，分別泵人各自的廠內(nèi)貯油罐中。貯油罐內(nèi)的加熱溫度：A加熱至87±5℃；BV加熱至128±5℃，并始終保持這一溫度。

（三）環(huán)氧瀝青混合機上貯油罐內(nèi)材料的保溫：在拌制環(huán)氧瀝青混合料之前，須將廠內(nèi)貯油罐中的A及BV，分別泵入混合機的相應罐內(nèi)。并將溫度分別設定在87℃和128℃，繼續(xù)加熱和恒溫。

（四）控制礦料加熱溫度：根據(jù)試拌時確定的各冷料倉的流量向拌合機進料，經(jīng)加熱后進入熱料后，按生產(chǎn)配合比設計確定的各熱料倉集料質(zhì)量及石粉、礦粉的質(zhì)量，投入拌缸，然后出料量溫。

（五）控制混合料出料溫度：當?shù)V料的出料溫度穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)后，即可加入結(jié)合料進行混合料的拌合。按現(xiàn)場設計的油石比設定混合機的流量，并噴入拌缸中。干拌3秒。濕拌不低于38秒。將熱混合料卸入測溫小滑車中，立即測溫。要求混合料溫度在110～121℃范圍內(nèi)。

當混合料溫度滿足規(guī)定范圍后，即卸入運料車；對超出混合料容許溫度范圍的料，應予作廢，并由測溫小滑車卸入裝運廢料的另一輛運料車中，運至預先選定的廢料堆場內(nèi)。

（六）環(huán)氧瀝青混合料裝車后，必須用篷布覆蓋嚴密，并在運料車側(cè)壁插入三支標定過的金屬桿溫度計和"送料單"一起由運料車運至前場。

三、環(huán)氧瀝青混合料的運輸

1.凡車廂內(nèi)與混合料接觸的部位，涂一層盡可能薄的隔離層，以防止混合料與運料車車廂粘著。

2.運料車廂頂用篷布覆蓋。已經(jīng)離析或結(jié)成團塊或在運料車卸料后滯留于車上的混合料，以及低于規(guī)定鋪筑溫度或被雨水淋濕的混合料都應廢棄。

3.當料車中途因故停車，立即用報話機通知施工單位負責人組織搶運。

四、環(huán)氧瀝青混合料的攤鋪

1.幅寬及縱縫：根據(jù)橋面設計寬度、橋面板的結(jié)構(gòu)特點及攤鋪機規(guī)格確定攤鋪幅寬和分幅數(shù)量，并劃出幅寬線。

2.攤鋪速度：攤鋪速度根據(jù)供料能力和攤鋪寬度計算確定，并嚴格控制。

3.攤鋪順序：根據(jù)交通組織和混合料固化要求合理組織行車道施工順序。一般情況下沿橋縱向由一端向另一端連續(xù)攤鋪，按橋橫向由一側(cè)向另一側(cè)依次攤鋪。當分幅數(shù)量超過兩幅時，攤鋪順序采取"跳倉"法施工。

4.攤鋪：

1）采用側(cè)喂料機和攤鋪機聯(lián)合作業(yè)的方式進行環(huán)氧瀝青混凝土攤鋪施工。攤鋪寬度、厚度、縱橫坡應滿足設計要求，表面平整、混合料均勻無離析。

2）攤鋪層側(cè)向若為自由邊時，攤鋪寬度應比鋪裝層設計寬度超寬5～10厘米。

3）事先用適當材料，將橋邊落水口堵嚴。

4）壓實后的鋪裝與伸縮縫銜接平順（在接頭處壓實后的鋪裝表面略高出伸縮縫表面約1毫米）。

5）料車不得在正橋上掉頭。

五、環(huán)氧瀝青混合料的碾壓

1.碾壓組合（表1）

2.碾壓溫度控制

初壓終了溫度（鋪裝表面溫度）≥82℃；

終壓終了溫度（鋪裝表面溫度）≥65℃；

初壓和終壓都是在壓完了3遍時，用紅外線測溫計測記表面溫度。

3.碾壓施工控制

1）對初壓、復壓、終壓段落設置明顯標志，便于司機辨認。對碾壓順序、壓路機組合、碾壓遍數(shù)、碾壓速度及碾壓溫度設專崗管理和檢查、記錄，堅決杜絕面層漏壓。

2）壓路機要緊跟攤鋪機。碾壓時壓路機驅(qū)動輪面向攤鋪機，由低到高，依次連續(xù)均勻碾壓，相鄰碾壓帶重疊1/3輪寬。

3）禁止壓路機在正在施工的鋪裝層上調(diào)頭、急剎車，起步、停車要輕而緩。

4）壓實后環(huán)氧瀝青混凝土表面應光滑、密實，不得有開裂，推擠和移動現(xiàn)象。

六、接縫處理

1.鋪裝上、下層的縱、橫施工縫，均采用斜接縫。

2.切縫前預先畫好線，沿線切割，要求縱向線型順直、坡面平整。

3.切割時間通過試切確定。當發(fā)現(xiàn)切縫平順，不再拉料，切割面光潔平整時，即可進行正式切割。

4.嚴格控制切割深度，杜絕傷害橋面防腐層和鋪裝下層。切縫后，清除不穩(wěn)定的顆粒，最后用高壓空氣將所有顆粒及灰塵集中在一起，再統(tǒng)一運出橋面以外。

5.當鄰幅噴灑粘結(jié)料時，不但要同時噴涂縫壁，還要跨過接縫，超寬1～2厘米。

七、養(yǎng)護

環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝施工完畢后，要進行養(yǎng)護。采用自然養(yǎng)護方式，養(yǎng)護期為45天，在此期間禁止一切車輛通行。

• 勞動組織

環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝工程實行項目經(jīng)理負責制，全面負責合同工程的實施，項目經(jīng)理部下設各職能部門及專業(yè)施工隊，《環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工工法》的項目組織機構(gòu)框圖見圖3。

根據(jù)環(huán)氧瀝青混凝土各施工工序特點，需要進行詳細的工序施工組織和人員配備。具體工序劃分和工序勞動力如圖4鋼橋面鋪裝人員分工網(wǎng)絡圖所示。