鋼橋?yàn)r青橋面鋪裝層設(shè)計(jì)理論與方法研究基本信息

從我國大跨鋼橋建設(shè)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(jī)理分析；車輛荷載對(duì)橋面鋪裝層的動(dòng)力響應(yīng)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(shè)計(jì)和材料組成設(shè)計(jì)。為我國二十一世紀(jì)大跨度鋼橋建設(shè)提供瀝青橋面鋪裝層設(shè)計(jì)的可靠理論基礎(chǔ)和完整的設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)整個(gè)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(shè)，選擇其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要根據(jù)上述條件對(duì)橋面鋪裝材料進(jìn)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(yīng)該具備應(yīng)對(duì)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(yīng)該具備較強(qiáng)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(yuǎn)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(qiáng)度一般都會(huì)明顯下降，此時(shí)在車輛荷載特別是重載車輛的反復(fù)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(duì)瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性提出嚴(yán)格要求，特別是在高溫季節(jié)鋼橋面瀝青鋪裝應(yīng)該保證具有良好的穩(wěn)定性，即較高的剛度和強(qiáng)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(yīng)該具備良好的抗裂性能

鋼橋面鋪裝極端低溫相對(duì)于普通公路鋪裝更低，因此鋼橋面鋪裝在面對(duì)低溫時(shí)應(yīng)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(yīng)力由于來不及松弛，應(yīng)力就慢慢累積在材料之中，一旦累積應(yīng)力超過了材料抗裂強(qiáng)度時(shí)，橋面鋪裝就會(huì)開裂而導(dǎo)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(huì)導(dǎo)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(dāng)瀝青混凝土材料處于高溫時(shí)由于其高溫變形能力強(qiáng)，在高溫條件下瀝青混凝土橋面鋪裝不會(huì)產(chǎn)生裂縫破壞，但是面對(duì)低溫條件時(shí)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(yīng)該在低溫時(shí)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(fù)作用下，橋面鋪裝不會(huì)產(chǎn)生疲勞開裂。

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

鋼橋由于一直處于微小變動(dòng)狀態(tài)，良好的橋面鋪裝剛度以及強(qiáng)度是橋面鋪裝應(yīng)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(qiáng)度。但是一方面鋼橋面鋪裝應(yīng)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(huì)影響橋面鋪裝對(duì)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(shí)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(yīng)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(yīng)該有充分的保證。由于對(duì)橋面鋪裝的使用性能的要求，橋面鋪裝層一般都會(huì)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(duì)保證橋面鋪裝能夠正常使用的重要保證。

④橋面鋪裝應(yīng)該具備良好的疲勞性、抗老化性能

在鋼橋面行車反復(fù)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(fù)作用，其內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變不但大小一直處于反復(fù)交替變化狀態(tài)，而且其受力方向也隨時(shí)發(fā)生變化，這種反復(fù)的作用使得橋面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸下降。當(dāng)橋面行車荷載作用重復(fù)超過一定次數(shù)后，由于應(yīng)力得不到及時(shí)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(huì)出現(xiàn)裂紋，隨著裂紋的發(fā)展就會(huì)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(jī)物，在瀝青混凝土施工過程中反復(fù)的對(duì)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(huì)使得瀝青發(fā)生變化，這樣就會(huì)改變?yōu)r青性質(zhì)使得瀝青混凝土發(fā)生老化，并導(dǎo)致瀝青混凝土橋面鋪裝層產(chǎn)生病害。

⑤橋面鋪裝應(yīng)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(dǎo)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(duì)也瀝青路面中瀝青與礦料間的粘聚力也有負(fù)面影響?？傊拇嬖跁?huì)加速瀝青鋪裝層剝落的現(xiàn)象，使得瀝青面層發(fā)生破壞。

瀝青面層應(yīng)該具備良好的防滲能力，如果瀝青面層防滲能力不足時(shí)，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(duì)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(yīng)該具備的技術(shù)指標(biāo)。

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(yīng)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(yàn)狀態(tài)下瀝青路面應(yīng)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(yīng)該保持良好的抗滑性。

地震災(zāi)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(yīng)算法和損傷指標(biāo)是完善鋼橋抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的急需。目前，獨(dú)柱式鋼橋墩的設(shè)計(jì)方法趨于成熟，而復(fù)雜鋼橋抗震設(shè)計(jì)方法是國內(nèi)外學(xué)者的研究焦點(diǎn)。本項(xiàng)目以受動(dòng)軸力和雙軸彎曲變形的復(fù)雜鋼橋?yàn)閷?duì)象，通過試驗(yàn)和理論研究改進(jìn)鋼材的滯回模型，提出合理的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)計(jì)算方法，根據(jù)震后的使用性和修復(fù)性要求建立包括局部和整體變形的極限狀態(tài)損傷指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，以上承式和中承式典型鋼拱橋?yàn)橹攸c(diǎn)，通過多尺度計(jì)算模型研究復(fù)雜橋梁塑性域的地震反應(yīng)，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(xiàng)目研究，預(yù)期取得以下幾方面的研究成果：提出適用于復(fù)雜應(yīng)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(biāo)；得到結(jié)構(gòu)地震破壞區(qū)有效長度經(jīng)驗(yàn)公式；確立高精度地震反應(yīng)計(jì)算模型和離散要求；探索復(fù)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(duì)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(duì)環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝整個(gè)施工過程各個(gè)施工工序的詳細(xì)劃分、人員崗位的細(xì)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(shí)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(diǎn)

《環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工工法》的操作要點(diǎn)如下：

一、施工要點(diǎn)

（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(yīng)的油污清洗劑清洗（該清洗劑不能對(duì)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(yīng)清洗干凈。

2）氣候條件：進(jìn)行環(huán)氧瀝青粘結(jié)層酒布前橋面可用熱鼓風(fēng)機(jī)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(shí)氣溫不應(yīng)低于10℃，風(fēng)速適度。有霧、下雨或相對(duì)濕度大于90%時(shí)不得施工；當(dāng)風(fēng)速大于10米/秒時(shí)應(yīng)采取有效的防風(fēng)措施。

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

4）環(huán)氧瀝青粘結(jié)層灑布采用專用設(shè)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(zhǔn)確。在環(huán)氧瀝青灑布機(jī)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(yīng)予糾正。

（二）養(yǎng)護(hù)：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(gè)人均不得進(jìn)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(jī)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(duì)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(jìn)行環(huán)氧瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)。在完成環(huán)氧瀝青混凝土目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)后，進(jìn)行試驗(yàn)段施工以驗(yàn)證配合比設(shè)計(jì)和施工工藝。

（二）貯油罐內(nèi)材料的預(yù)熱：在拌制環(huán)氧瀝青混合料之前夜，要預(yù)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(jī)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(jī)的相應(yīng)罐內(nèi)。并將溫度分別設(shè)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(shí)確定的各冷料倉的流量向拌合機(jī)進(jìn)料，經(jīng)加熱后進(jìn)入熱料后，按生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)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(dāng)?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(jìn)行混合料的拌合。按現(xiàn)場設(shè)計(jì)的油石比設(shè)定混合機(jī)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(dāng)混合料溫度滿足規(guī)定范圍后，即卸入運(yùn)料車；對(duì)超出混合料容許溫度范圍的料，應(yīng)予作廢，并由測溫小滑車卸入裝運(yùn)廢料的另一輛運(yùn)料車中，運(yùn)至預(yù)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(yán)密，并在運(yùn)料車側(cè)壁插入三支標(biāo)定過的金屬桿溫度計(jì)和"送料單"一起由運(yùn)料車運(yùn)至前場。

三、環(huán)氧瀝青混合料的運(yùn)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(yùn)料車車廂粘著。

2.運(yùn)料車廂頂用篷布覆蓋。已經(jīng)離析或結(jié)成團(tuán)塊或在運(yùn)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(yīng)廢棄。

3.當(dāng)料車中途因故停車，立即用報(bào)話機(jī)通知施工單位負(fù)責(zé)人組織搶運(yùn)。

四、環(huán)氧瀝青混合料的攤鋪

1.幅寬及縱縫：根據(jù)橋面設(shè)計(jì)寬度、橋面板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及攤鋪機(jī)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(jì)算確定，并嚴(yán)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(dāng)分幅數(shù)量超過兩幅時(shí)，攤鋪順序采取"跳倉"法施工。

4.攤鋪：

1）采用側(cè)喂料機(jī)和攤鋪機(jī)聯(lián)合作業(yè)的方式進(jìn)行環(huán)氧瀝青混凝土攤鋪施工。攤鋪寬度、厚度、縱橫坡應(yīng)滿足設(shè)計(jì)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(shí)，攤鋪寬度應(yīng)比鋪裝層設(shè)計(jì)寬度超寬5～10厘米。

3）事先用適當(dāng)材料，將橋邊落水口堵嚴(yán)。

4）壓實(shí)后的鋪裝與伸縮縫銜接平順（在接頭處壓實(shí)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(shí)，用紅外線測溫計(jì)測記表面溫度。

3.碾壓施工控制

1）對(duì)初壓、復(fù)壓、終壓段落設(shè)置明顯標(biāo)志，便于司機(jī)辨認(rèn)。對(duì)碾壓順序、壓路機(jī)組合、碾壓遍數(shù)、碾壓速度及碾壓溫度設(shè)專崗管理和檢查、記錄，堅(jiān)決杜絕面層漏壓。

2）壓路機(jī)要緊跟攤鋪機(jī)。碾壓時(shí)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)輪面向攤鋪機(jī)，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(jī)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(shí)后環(huán)氧瀝青混凝土表面應(yīng)光滑、密實(shí)，不得有開裂，推擠和移動(dòng)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(yù)先畫好線，沿線切割，要求縱向線型順直、坡面平整。

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

4.嚴(yán)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(yùn)出橋面以外。

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

七、養(yǎng)護(hù)

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

• 勞動(dòng)組織

環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝工程實(shí)行項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)制，全面負(fù)責(zé)合同工程的實(shí)施，項(xiàng)目經(jīng)理部下設(shè)各職能部門及專業(yè)施工隊(duì)，《環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工工法》的項(xiàng)目組織機(jī)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(diǎn)，需要進(jìn)行詳細(xì)的工序施工組織和人員配備。具體工序劃分和工序勞動(dòng)力如圖4鋼橋面鋪裝人員分工網(wǎng)絡(luò)圖所示。