城市鋼橋通用鋪裝技術(shù)方案研究

鄭曉光，馬 骉，章 謙，陳亞杰

（1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092；2.西卡（中國(guó)）有限公司，上海市 201108）

城市鋼橋通用鋪裝技術(shù)方案研究

鄭曉光1，馬 骉1，章 謙2，陳亞杰1

（1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092；2.西卡（中國(guó)）有限公司，上海市 201108）

針對(duì)城市鋼橋點(diǎn)多、面廣、量少三個(gè)特點(diǎn)，提出了城市鋼橋通用鋪裝技術(shù)方案，采用了耐久的防水粘結(jié)體系，包括環(huán)氧云母防腐層，大劑量無(wú)溶劑環(huán)氧樹(shù)脂防水層和熱融顆粒粘接材料，鋪裝采用細(xì)粒式密實(shí)型高黏度瀝青混合料保證密水性、柔韌性、高溫穩(wěn)定、抗滑性能，并利于后期養(yǎng)護(hù)維修。進(jìn)行了一系列性能試驗(yàn)，包括材料拉拔試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、隨從性試驗(yàn)和鋪裝體系剪切、拉拔與疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該鋪裝體系具有較好路用性能與耐久性。

城市橋梁；鋼橋面鋪裝；熱融顆粒；通用方案；化學(xué)粘結(jié)

0 引言

鋼橋面鋪裝是鋪設(shè)在鋼橋面板上，起保護(hù)鋼板并保證汽車行駛要求的單層或雙層構(gòu)造物，厚度約60～80 mm。其一般由防腐層、防水粘結(jié)層、鋪裝層等構(gòu)成。在行車荷載、風(fēng)載、溫度變化及鋼橋面局部變形等綜合因素影響下，其受力和變形遠(yuǎn)較混凝土橋面復(fù)雜，因而對(duì)其強(qiáng)度、變形特性、溫度穩(wěn)定性、疲勞耐久性等均有更高要求。同時(shí)由于鋪裝所處的特殊位置，在使用性能上又提出重量輕、粘結(jié)性高、不透水等特殊要求。作為橋梁行車系的重要組成部分，橋面鋪裝的好壞直接影響到行車的安全性、舒適性、橋梁耐久性。

目前城市鋼橋數(shù)量眾多，但是較為分散，對(duì)于單體工程，跨徑小，整體面積不大，尤其在城市高架橋梁跨越道路交叉口時(shí)，由于跨徑相對(duì)較大，同時(shí)施工期間通常要求不中斷相交道路的交通，鋼梁現(xiàn)場(chǎng)安裝加工的周期較短，且相同跨徑的條件下其梁高最小，因此較多采用鋼梁，總體上城市鋼橋可以歸結(jié)為點(diǎn)多、面廣、量少三個(gè)特點(diǎn)。

對(duì)于城市高架的中小跨徑鋼橋鋪裝，目前主要是兩種做法，一種做法不重視鋪裝，認(rèn)識(shí)不足，直接采用普通道路路面材料，普通材料滿足不了鋪裝要求，早期病害不可避免；有的為了增加瀝青材料與鋼板摩阻力，在鋼板上焊接鋼筋，這種做法會(huì)改變鋼板受力狀態(tài)，同時(shí)焊接對(duì)鋼板也會(huì)產(chǎn)生損傷，并且會(huì)大大增加瀝青混合料施工與后期養(yǎng)護(hù)難度，是一種完全不可取的工藝；另外一種做法是移植大跨徑鋼橋面鋪裝技術(shù)，采用特種瀝青混凝土，雖然試驗(yàn)室性能可滿足技術(shù)要求，但由于其材料、施工要求與施工機(jī)具有特殊要求，而且橋面鋪裝面積較小，導(dǎo)致實(shí)施難度較大，施工質(zhì)量不容易保證，而且經(jīng)濟(jì)成本較高，單價(jià)往往要顯著高于大跨徑鋼橋。因此需要研究適用于城市鋼橋的通用耐久的鋪裝方案[1]。

1 城市鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)要求

根據(jù)城市鋼橋特點(diǎn)，其橋面鋪裝要求如下：

（1）通用性強(qiáng)。鋪裝應(yīng)采用相對(duì)常規(guī)材料，不宜采用專用設(shè)備，防水層采用常規(guī)設(shè)備施工，整體施工工藝應(yīng)簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，適用于正交異性鋼橋橋面鋪裝。

（2）耐久性高。借鑒長(zhǎng)壽命瀝青路面理念，采用耐久高性能的防水、粘結(jié)體系，保證鋪裝下層的防水、粘結(jié)與抗剪性能，避免發(fā)生銹蝕、滲水與剪切破壞；為便于施工應(yīng)用與后期養(yǎng)護(hù)，鋪裝下層采用常規(guī)材料，保證高溫穩(wěn)定性，抗疲勞開(kāi)裂性，對(duì)鋼板變形的追從性，進(jìn)一步保證密水性；鋪裝上層采用常規(guī)材料，提高表面抗滑性能，保證行駛安全性與舒適性。另外，鋪裝材料便于后期養(yǎng)護(hù)維修。

（3）經(jīng)濟(jì)性好。較環(huán)氧瀝青與澆筑式瀝青鋪裝，初期建設(shè)投入顯著降低，后期維修成本較低，全壽命周期內(nèi)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。

2 城市鋼橋通用鋼橋鋪裝方案設(shè)計(jì)

（1）防腐層采用含云母氧化鐵底涂防止鋼板的銹蝕，層狀結(jié)構(gòu)可延長(zhǎng)通道距離；涂層屬純物理隔絕，化學(xué)穩(wěn)定性好，見(jiàn)圖1。

圖1 含云母氧化鐵防腐層

（2）防水層采用無(wú)溶劑改性環(huán)氧樹(shù)脂材料保證防水效果，樹(shù)脂材料能耐240℃短時(shí)高溫，可消除受熱粉化問(wèn)題，具有極佳的抗腐蝕性能，可抵御除冰鹽、水、機(jī)油、汽油侵蝕作用。

（3）粘結(jié)層采用熱融型顆粒，熱融型顆粒既可以與防水層較好粘結(jié)，同時(shí)在熱拌瀝青混合料攤鋪時(shí)融化，與瀝青混合料融為一體，將防水層與瀝青鋪裝結(jié)合為一個(gè)整體，防止層間的滑動(dòng)與開(kāi)裂，保證防水層的耐久性。粘結(jié)顆粒是一種乙烯和醋酸乙烯酯在有催化劑作用時(shí)形成的共聚物，具有良好彈性的熱塑性樹(shù)脂，在瀝青攤鋪過(guò)程中，熱融顆粒與改性瀝青中的纖維交聯(lián)在一起，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有效地改變了傳統(tǒng)的防水層和瀝青鋪裝層之間單一的物理剪切鍵的作用，通過(guò)化學(xué)粘結(jié)鍵和物理剪切鍵的雙重功效，增強(qiáng)了鋪裝系統(tǒng)的粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度，見(jiàn)圖2。

圖2 粘結(jié)顆粒

（4）鋪裝下層采用細(xì)粒式密實(shí)型高彈性瀝青混合料，具有較好的密水性，熱穩(wěn)定性與變形隨從性，可采用SMA-10或SMA-13。

（5）鋪裝上層采用細(xì)粒式或中粒式高彈性瀝青混合料，具有較好的熱穩(wěn)定性、變形隨從性與表面抗滑性，可采用SMA-10或SMA-13。

城市鋼橋通用鋪裝方案見(jiàn)表1。

表1 城市鋼橋通用鋪裝方案

3 試驗(yàn)分析

針對(duì)提出的鋪裝方案，分別進(jìn)行防腐層拉拔強(qiáng)度、防水層拉拔強(qiáng)度、防水層拉伸性能、防水層與鋼板隨從性、鋪裝系統(tǒng)剪切試驗(yàn)、鋪裝系統(tǒng)拉拔試驗(yàn)與疲勞性能試驗(yàn)。

3.1 防腐層拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)

試驗(yàn)采用含云母氧化鐵底涂為防腐層，通過(guò)拉拔試驗(yàn)測(cè)定其粘結(jié)效果。試驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)圖3。

圖3 防腐層拉拔試驗(yàn)

試驗(yàn)分別在25℃、60℃和70℃溫度下測(cè)定了含云母環(huán)氧防腐底涂試件多點(diǎn)的拉拔強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，25℃下拉拔強(qiáng)度為14.1 MPa，顯著高于《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》要求的5 MPa。

表2 防腐底涂拉拔試驗(yàn)結(jié)果

3.2 防腐層、防水層拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)

試驗(yàn)在含云母氧化鐵底涂的基礎(chǔ)上加涂無(wú)溶劑環(huán)氧防水層，通過(guò)拉拔試驗(yàn)測(cè)定其粘結(jié)強(qiáng)度。試驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)圖4，不同溫度下拉拔強(qiáng)度見(jiàn)表3。無(wú)溶劑環(huán)氧防水層材料拉拔試件的破壞面發(fā)生在環(huán)氧防腐底涂和防水層之間，25℃下拉拔強(qiáng)度為10.8 MPa，顯著高于《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》要求的5 MPa。

圖4 防腐層+防水層拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)

表3 防腐層+防水層的拉拔強(qiáng)度

3.3 防水層拉伸試驗(yàn)

拉伸試驗(yàn)用于評(píng)價(jià)環(huán)氧防水層的抗拉伸性能，試驗(yàn)前，先成型如圖5所示的啞鈴型環(huán)氧防水材料試件。然后在拉力試驗(yàn)機(jī)上將試件的兩端夾住，夾具以500±5 mm/min的速度勻速分離，直至斷裂。測(cè)量試件工作部分拉伸到斷裂時(shí)的負(fù)荷和延伸值，計(jì)算抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，斷裂延伸率為15.6%，滿足《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》要求的15%。

圖5 防水材料拉伸試驗(yàn)

表4 環(huán)氧防水層的拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果

3.4 防水層與鋼板變形的隨從性試驗(yàn)

鋼橋面的破壞有很大程度是由于與鋼板的隨從性不好導(dǎo)致的開(kāi)裂，需要測(cè)定環(huán)氧防水層在低溫條件下的抗裂和柔韌性能,試驗(yàn)方法參照《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》附錄D低溫彎曲性能試驗(yàn)方法。在薄鋼板表面涂刷一無(wú)溶劑環(huán)氧防水層，待環(huán)氧防水層完全固化后，對(duì)鋼板進(jìn)行彎曲，觀察環(huán)氧防水層是否開(kāi)裂，是否與鋼板發(fā)生相對(duì)位移。

在-10℃和-20℃的條件下，試驗(yàn)結(jié)果表明環(huán)氧防水層與鋼板有良好的變形隨從性，見(jiàn)圖6。

圖6 低溫彎曲試驗(yàn)（左圖：-10℃，右圖：-20℃）

3.5 鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的剪切試驗(yàn)

采用SMA-10高彈性瀝青混合料加防腐、防水粘結(jié)系統(tǒng)成型的試件，試驗(yàn)方法參照《道橋用防水涂料》（JC/T 975-2005），測(cè)量剪切試件的剪切面積后將其放入如圖7所示的剪切試驗(yàn)儀器中，使待檢驗(yàn)試件的剪切面與儀器的剪切面保持在一個(gè)平面上。然后以10 mm/min的速率施加荷載，直至試件發(fā)生剪切破壞，記錄破壞時(shí)施加的荷載。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，整體鋪裝方案的抗剪強(qiáng)度較高，在60℃條件下，抗剪強(qiáng)度為0.95 MPa，熱融顆粒應(yīng)用有效地改變了傳統(tǒng)的防水層和瀝青鋪裝層之間單一的物理剪切鍵的作用，通過(guò)化學(xué)粘結(jié)鍵增強(qiáng)了鋪裝系統(tǒng)的抗剪切強(qiáng)度。

圖7 鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的剪切試驗(yàn)

表5 鋪裝結(jié)構(gòu)的剪切強(qiáng)度

3.6 鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)系統(tǒng)拉拔試驗(yàn)

試驗(yàn)方法參照《道橋用防水涂料》（JC/T 975-2005），鋪裝結(jié)構(gòu)的拉拔試驗(yàn)見(jiàn)圖8，在整體鋪裝結(jié)構(gòu)系統(tǒng)試件上進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6，25℃下拉拔強(qiáng)度為1.1 MPa，滿足《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》要求的1.0 MPa。

圖8 鋪裝結(jié)構(gòu)的拉拔試驗(yàn)示意圖

表6 復(fù)合件拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖9 鋼橋面鋪裝體系五點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)

3.7 鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)系統(tǒng)疲勞實(shí)驗(yàn)

依據(jù)《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工指南》中重復(fù)荷載彎曲五點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)方法，成型三個(gè)平行試件，進(jìn)行鋼橋面復(fù)合梁疲勞試驗(yàn)，見(jiàn)圖9。

在20℃恒溫環(huán)境下進(jìn)行五點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)，疲勞作用次數(shù)超過(guò)100萬(wàn)次，超過(guò)100萬(wàn)次后，荷載增加50%，達(dá)到疲勞壽命后中間支座處瀝青層的頂部開(kāi)裂破壞，疲勞壽命見(jiàn)表7，滿足《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》要求的100萬(wàn)次的要求，具有較好的耐久性。

表7 疲勞試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

針對(duì)城市鋼橋點(diǎn)多、面廣、量少三個(gè)特點(diǎn)，提出了城市鋼橋通用鋪裝技術(shù)方案，采用了耐久的防水粘結(jié)材料，包括環(huán)氧云母防腐層，無(wú)溶劑環(huán)氧樹(shù)脂防水層和熱融顆粒粘材料，鋪裝采用細(xì)粒式密實(shí)型高粘度瀝青混合料保證密水性、柔韌性、高溫穩(wěn)定、抗滑性能，并利于后期養(yǎng)護(hù)維修。進(jìn)行了一系列性能試驗(yàn)，包括材料拉拔試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、隨從性試驗(yàn)和鋪裝體系剪切、拉拔與疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該鋪裝體系具有較好路用性能與耐久性。

[1]重慶交通科研設(shè)計(jì)院.公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

南京海綿城市規(guī)劃獲批 將新建5條雨水行洪通道

《南京市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃》日前獲市政府批復(fù)。根據(jù)該規(guī)劃要求，南京將新建5條雨水行洪通道，通過(guò)海綿城市的建設(shè)，南京將實(shí)現(xiàn)“小雨不積水、大雨不內(nèi)澇、暴雨不成災(zāi)”的目標(biāo)。

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣會(huì)“呼吸”、有“彈性”，在下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用，減少城市遇到暴雨時(shí)出現(xiàn)“看海”的尷尬。這份專項(xiàng)規(guī)劃要求，南京市在原有雨水管渠系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增多級(jí)雨水調(diào)蓄系統(tǒng)和超標(biāo)雨水排放系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)蓄排結(jié)合，形成完善的排水防澇體系。

南京城區(qū)25個(gè)排澇片區(qū)規(guī)劃了共148條雨水行洪泄洪通道，其中5條為新建，分別為科技路、龍王山大道、啟智路、華東路、山河路，143條已建。

U443.33

A

1009-7716（2017）10-0162-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.050

2017-06-22

鄭曉光（1978-），男，山東日照人，高級(jí)工程師，從事路基路面工程研究工作。