九圩港大橋連續(xù)鋼箱梁橋面鋪裝混合料配合比設(shè)計(jì)

柏 平，劉振清，李淑娥，徐 剛，郭銀濤

（1.江蘇省南通市公路管理處，江蘇 南通，226001；2.公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)國家工程研究中心(籌)，北京市 100029）

1 工程概況

南通市九圩港大橋?yàn)?04國道改線跨越九圩港河直接進(jìn)入南通市區(qū)的一條重要通道，工程總長度1 058 m，其中橋梁長462 m，荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路-I級，同時滿足城－A級。主橋長50m+80m+50m為連續(xù)鋼箱梁，路幅全寬采用雙幅變高度連續(xù)鋼箱梁，單幅主梁采用單箱雙室截面，寬度為18.3m，中支點(diǎn)處梁高3.2 m，設(shè)2 m長的等高段，跨中梁高2.0 m。

九圩港大橋連續(xù)鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)見圖1。其中，保護(hù)層HRA-13為熱壓瀝青混凝土，面層為SMA-13，HRA-13與鋼板間采用環(huán)氧瀝青碎石粘結(jié)層，環(huán)氧瀝青用量為0.8 kg/m2，碎石規(guī)格為5～10mm，用量為6 kg/m2。

圖1 九圩港大橋連續(xù)鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)

2 原材料性能檢測

2.1 高粘度改性瀝青

為有效提高橋面鋪裝路用性能，避免橋面鋪裝過早出現(xiàn)車轍、擁包、水損害等早期病害，九圩港大橋橋面鋪裝面層與保護(hù)層均采用高粘度改性瀝青，其性能檢測結(jié)果見表1[1]。

2.2 礦料

九圩港大橋用粗集料為10～15mm及5～10mm的玄武巖，細(xì)集料為0～3 mm的石灰?guī)r，填料為石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉，其各項(xiàng)性能指標(biāo)測試結(jié)果見表2～表5[2]。

表1 面層用高粘度瀝青測試結(jié)果及技術(shù)要求

表2 粗集料試驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)要求

表3 細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)要求

表4 填料試驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)要求

表5 礦料篩分結(jié)果及規(guī)格要求

由表2～表4可以看出，九圩港大橋用粗細(xì)集料及礦粉均滿足設(shè)計(jì)要求。由表5知，僅10～15 mm和0～3 mm礦料篩分結(jié)果不滿足相應(yīng)的規(guī)格要求，這可以通過礦料級配合成加以調(diào)整。

2.3 木質(zhì)素纖維

面層SMA-13用木質(zhì)素纖維的各項(xiàng)性能指標(biāo)測試結(jié)果見表6。由表6可以看出，所用木質(zhì)素纖維各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

表6 SMA-13用木質(zhì)纖維技術(shù)要求

3 HRA-13目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

3.1 礦料級配范圍研究

研究對英國嵌入式抗滑表層礦料級配[3]進(jìn)行了初步的性能試驗(yàn)，結(jié)果表明嵌入式抗滑表層礦料級配范圍直接用作鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)保護(hù)層熱壓瀝青混凝土（HRA）需要進(jìn)行改進(jìn)，故研究在借鑒英國嵌入式抗滑表層礦料級配范圍、澆注式瀝青混凝土和南京長江第二大橋鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝等的礦料級配范圍基礎(chǔ)上，初擬了保護(hù)層熱壓瀝青混凝土（HRA-13）的礦料級配范圍，并選取初擬礦料級配范圍中包括上限、下限在內(nèi)的六條礦料級配進(jìn)行試驗(yàn)，見圖2、表7。

圖2 保護(hù)層HRA-13六條礦料級配曲線

由于級配對車轍動穩(wěn)定度影響較大，且車轍又是鋼橋面鋪裝的主要病害之一，因此通過馬歇爾穩(wěn)定度和車轍動穩(wěn)定度對篩孔通過率進(jìn)行多元線性回歸，結(jié)合保護(hù)層熱壓瀝青混凝土的技術(shù)要求即馬歇爾穩(wěn)定度不小于12 kN，動穩(wěn)定度位于3 000～6 000次/mm，得出新的級配范圍，見表8。

對表8中的級配范圍上限、中值及下限進(jìn)行性能驗(yàn)證，結(jié)果表明得出的級配范圍可以滿足鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)保護(hù)層礦料級配要求。

3.2 保護(hù)層HRA-13目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

按比例合成符合表8的兩條礦料級配，記為HRA-1和 HRA-2，見圖 3。其中 HRA-1級配：10～15：5～10：0～3：礦粉 =25：18.5：50：6.5；HRA-2級配：10～15：5～10：0～3：礦粉 =22：21.5：50：6.5。

通過變換不同的油石比，并按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJF40-2004）[4]確定 HRA-1和HRA-2的最佳油石比分別為5.5%和5.4%。對最佳油石比下的混合料進(jìn)行性能驗(yàn)證，結(jié)果見表9。由結(jié)果可以看出，HRA-1和HRA-2各項(xiàng)性能測試結(jié)果滿足要求。

4 面層SMA-13目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

按比例合成兩條級配SMA-1和SMA-2，使之滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ F40-2004）中關(guān)于SMA-13的級配范圍要求，見圖4。其中，SMA-1級配：10～15：5～10：0～3：礦粉 =43.2：35.0：11.8：10.0；SMA-2級 配 ：10～15：5～10：0～3： 礦 粉=42：32.8：15.2：10.0。

通過變換不同的油石比，確定SMA-1和SMA-2的最佳油石比分別為6.6%和6.8%。對最佳油石比下的混合料進(jìn)行性能驗(yàn)證，結(jié)果見表10。

表7 六條礦料級配試驗(yàn)結(jié)果

表8 保護(hù)層HRA-13礦料級配合理范圍

圖3 保護(hù)層HRA-13礦料級配范圍及試驗(yàn)級配

表9 保護(hù)層HRA-13混合料性能驗(yàn)證結(jié)果

圖4 面層SMA-13礦料級配范圍及兩條試驗(yàn)級配

由結(jié)果可以看出目標(biāo)配合比SMA-1的水穩(wěn)定性、高低溫性能均能滿足相應(yīng)的技術(shù)要求，而目標(biāo)配合比SMA-2的水穩(wěn)定性、低溫性能滿足技術(shù)要求，但其高溫穩(wěn)定性不滿足相應(yīng)的技術(shù)要求。

表10 面層SMA-13混合料性能驗(yàn)證結(jié)果

5 結(jié)論

根據(jù)HRA-13和SMA-13目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，得出九圩港大橋連續(xù)鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)組合為HRA-1+SMA-1。復(fù)合結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)結(jié)果表明該鋪裝結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的高溫抗車轍、低溫抗開裂、抗疲勞性能以及變形協(xié)調(diào)性。九圩港大橋于2009年10月建成通車以來，橋面鋪裝尚未出現(xiàn)任何病害，表現(xiàn)出良好的使用性能，然通車時日尚短，需進(jìn)一步的跟蹤觀測。

[1]JTJ 052-2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].2000.

[2]JTG E42-2005,公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].2005.

[3]BS 594-1:2005,Specification for constituent materials and asphalt mixtures[S].Authority of the Standards Policy and Strategy Committee,2005.

[4]JTJF40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].2005.