鋼橋面澆注瀝青混凝土鋪裝施工關鍵技術研究

王宏暢 李國芬 左洪利 陳富勇 許洪剛

摘?要：為保障澆注瀝青混凝土的施工質量，提升鋼橋面瀝青鋪裝使用性能，依托南京長江第四大橋鋼橋面澆注瀝青鋪裝工程，通過動穩定度、流動度、貫入度和低溫彎曲等試驗對升溫攪拌時間、流動度和碎石撒布等幾項施工關鍵技術進行研究，提出了相關施工技術控制指標。研究結果表明，澆注瀝青混凝土升溫攪拌時間以3～3.5 h為宜;提出并實踐的折線熨平板攤鋪工藝，可保證鋼橋面高溫攤鋪受熱變形下的鋪裝設計厚度;增大碎石粒徑和增加撒布量均可適當提高澆注瀝青混凝土的高溫穩定性，確定采用13.2～19 mm粒徑的預裹碎石， 撒布量控制為11～12 kg/m2，且最佳碎石壓入時機為澆注瀝青混凝土鋪裝層內部溫度不宜低于180 ℃。

關鍵詞：鋼橋面鋪裝;澆注式瀝青混凝土;動穩定度;施工工藝

中圖分類號：U443.33文獻標識碼：A文章編號：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

橋面鋪裝成型的效果關系到行車的舒適度及橋梁的耐久性，同時也與經濟效益、社會效益相掛鉤。國內外工程實踐表明，正交異性鋼面板的鋼箱梁結構能夠增大橋梁的抗風性能和抗扭剛度，且用鋼量少、維護方便，對減輕自重、增大跨徑以及增強穩定性的作用更加顯著，故此種鋼箱梁結構目前已經成為斜拉橋和懸索橋主梁的首選結構形式[1-4]。正交異性鋼橋面鋪裝，其使用條件相比于一般橋面鋪裝更為嚴格，對鋪裝混凝土的高溫穩定性、抗疲勞開裂性、鋼板變形的追從性、層間粘接及完善的防排水體系等綜合性能有較高的要求，因此正交異性鋼橋面板橋面鋪裝也是困擾我國大跨徑鋼橋建設中最具關鍵性、最具復雜性的技術問題之一[5-7]。澆注瀝青混凝土具有優良的防水、抗疲勞、抗老化性能以及其對鋼橋面板優越的追從性，因其綜合性能較優，在國外被廣泛應用于鋼橋面的鋪裝，可以較好地解決鋼橋面板與鋪裝層由于熱脹冷縮帶來的剪應力對鋪裝層的破壞影響，是一種理想的鋪裝材料[6]。但澆注瀝青混凝土作為一類特種瀝青混合料，必有其獨特的施工要求，為保證其施工質量，進而保證整個大橋橋面的使用性能，本文以南京長江第四大橋鋼橋面鋪裝工程為背景，對澆注式瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工關鍵技術進行研究。

1?工程概況

南京長江第四大橋是中國首座三跨懸索橋，被譽為“中國的金門大橋”，是江蘇省境內開工建設的第八座長江大橋。南京長江第四大橋全長28.996 km，其中北接線長13.083 km，跨江大橋長5.448 km，南接線長10.465 km，主橋橋型為雙塔三跨懸索橋，主跨1 418 m，鋼橋面全長2 189.6 m，橋寬32 m，鋪裝面積為70 067 m2。

借鑒日本的經驗與成果[8-9]，南京長江四橋鋼橋面鋪裝采用“下層澆注式瀝青混凝土（40 mm）+上層改性瀝青混凝土（35 mm）”的鋪裝構成及厚度，主要施工工藝流程為：鋼橋面板現場進行Sa3.0級噴砂除銹處理，然后在其上鋪設厚度為40 mm的下層澆注式瀝青混凝土和35 mm的上層改性瀝青混凝土，上層改性瀝青為日本鋼橋面鋪裝專用改性瀝青，下層澆注式瀝青中20～40#石油瀝青占70%，特立尼達湖瀝青（TLA）占30%，其表面壓入12 Kg/m2的碎石，鋪裝上層與下層之間噴涂0.3～0.5 L/m2的改性乳化瀝青材料，鋪裝和路緣石之間采用接縫材料，鋪裝下層與鋼板之間灑布0.3～0.4 L/m2的橡膠瀝青粘結材料。

2?澆注式瀝青混凝土施工關鍵技術

2.1?攪拌升溫時間的確定

澆注瀝青混凝土需在220～250 ℃的溫度范圍內進行施工，但拌合機出料溫度一般在190 ℃左右，故出料以后還需在升溫攪拌車（設定溫度一般為240 ℃）內再次攪拌一定時間，保證澆注瀝青混凝土攪拌均勻且達到施工溫度要求。澆注瀝青混凝土在升溫攪拌車中的升溫攪拌時間的確定需要針對具體情況，澆注瀝青混凝土的流動性、高溫穩定性均與攪拌時間密切相關，攪拌時間短會造成澆注瀝青混凝土分布不均勻，流動性差，但攪拌時間過長又會增加能耗及澆注瀝青混凝土的高溫短期老化。所以，在澆注瀝青混凝土施工過程中，確定其攪拌時間范圍是非常有必要的[10-17]。

流動性試驗主要用來評價澆注瀝青混凝土的施工和易性，若流動性比較差，則施工質量無法保證，若流動性太大則易離析，并很難達到所需要的坡度，動穩定度也很難得到保證，因此合理的流動性是保證澆注式瀝青混凝土質量的前提。其試驗原理是用特制銅錘沉入混凝土50 mm所需要的時間來表征混凝土的流動性。具體試驗方法是用配套的試驗桶裝滿澆注瀝青混凝土，三角支架水平擱置在試驗桶上，然后將銅錘通過支架中心的小孔，垂直于混凝土表面放置到混凝土中央表面，放開試驗錘，使其在自重條件下貫入澆注瀝青混凝土，測定銅錘上下刻度線（50 mm）通過試驗孔的時間間隔，即為該混凝土的流動性，同時測試銅錘貫入混凝土時的溫度作為其試驗溫度。

為了研究攪拌時間對澆注瀝青混凝土使用性能的影響，對湖瀝青（TLA）摻量為30%，瀝青含量8.3%的澆注瀝青混凝土分別升溫攪拌1.5、2.5、3.0、3.5 h后，取樣作各項性能測試。其中高溫車轍試驗溫度采用60 ℃，貫入度試驗采用40 ℃，彎曲試驗采用-10 ℃，試驗結果見表1。

試驗表明隨著澆注瀝青混凝土在升溫攪拌車里攪拌時間的增加，貫入度呈減小趨勢和動穩定度呈增大的趨勢，說明延長攪拌時間有助于高溫穩定性的提高，攪拌時間在1.5～3 h時，動穩定度及貫入度變化不大，而攪拌時間大于3～3.5 h時變化較敏感，且此時澆注瀝青混凝土的低溫彎曲應變開始下降。這是因為瀝青短期熱老化所致，雖然攪拌升溫時間越長，澆注式瀝青混凝土的高溫穩定性越好，但是隨著溫度的逐步升高，瀝青老化容易加劇，低溫性能下降。所以為保證澆注瀝青混凝土高溫穩定性達到要求及流動性達到施工要求，又能防止因瀝青過度老化導致低溫性不足，建議最佳攪拌時間范圍為3～3.5 h。

2.2?鋼板熱變形對厚度的影響研究

南京長江四橋主橋鋼橋面鋪裝下面層澆注式瀝青混凝土的厚度設計值為40 mm。澆注攤鋪施工寬度為4 m，對攤鋪寬度以5 m一個斷面進行高程測量，測量結果顯示鋪裝寬度的中間部位較兩側偏低，中間平均厚度為35.3 mm，兩側分別為42.2 mm和42.5 mm。這是因為在進行230 ℃以上高溫澆注瀝青混凝土攤鋪時，鋼橋面板會翹曲變形，引起中部上拱[18]，如圖1和圖2所示。為控制攤鋪厚度提出了折線熨平板攤鋪工藝，將攤鋪機熨平板中部上調2 mm，使攤鋪機熨平時的中部厚度略高于兩側。鋼板受熱前后鋪裝層對比示意圖如圖3和圖4所示。通過調整后的跟蹤測量發現中部厚度偏低的現象消失，整個施工段落厚度基本一致，兩側和中間的平均厚度分別為39.7、39.4、39.5 mm。對于后續的施工段落的跟蹤測量顯示，前面所提出的方案調整完全正確，厚度的測量結果數據滿足設計要求。

2.3?預裹瀝青碎石相關施工技術研究

南京長江四橋澆注式瀝青混凝土層表面壓入預裹碎石以提高澆注瀝青混凝土的動穩定性。壓入碎石的粒徑和碎石壓入量對鋪裝層動穩定性均有一定的影響。

（1）碎石粒徑。不同粒徑相同撒布量的預裹碎石對于澆注式瀝青混凝土動穩定度的影響見表2、圖5和圖6。

試驗表明，澆注式瀝青混凝土表面壓入13.2～19.0 mm的預裹碎石，試件表面均勻，表觀效果好。同時壓入較大粒徑的碎石，能夠提高復合結構的高溫穩定性。在集料粒徑要求范圍內壓入大粒徑13.2～19 mm碎石的澆注式瀝青混凝土高溫性能比壓入同等質量小粒徑碎石的澆注式瀝青混凝土高溫性能提高15%。因此，碎石選擇為粒徑13.2～19 mm的碎石。

（2）碎石撒布量。相同粒徑不同撒布量的預裹碎石對于澆注式瀝青混凝土動穩定度的影響見表3。

試驗結果表明，適當提高澆注式瀝青層表面壓入碎石的量會提高澆注式瀝青層的動穩定性。碎石撒布量每增加2 kg/m2，澆注式瀝青混凝土的高溫穩定性提高30%～40%左右。

（3）碎石壓入時機。根據試驗橋施工效果來看，預裹碎石的壓入要在碎石撒布均勻后立即進行，根據施工情況看，碾壓時澆注瀝青混凝土鋪裝層內部溫度不宜低于180 ℃，并且在必要時壓路機應采取振動方式，根據現場確認，碎石壓入情況基本滿足設計要求，其最佳效果是表面基本沒有外露的碎石。從碎石碾壓的現場效果來看，部分位置碎石碾壓后沒有完全進入到澆注瀝青表面以下，如圖7所示，分析原因主要是鋪裝層表面溫度下降過快，碾壓未能及時跟進。如保證鋪裝層內部溫度撒布溫度在180 ℃以上，鋪裝層表面溫度在160 ℃以上碎石能夠自然下沉，如圖8所示，碾壓過程基本可以不開振，施工中預裹碎石碾壓可達到理想效果。

2.4?鼓包處理

鋼橋面板上不可避免地存在水氣及油分，并且在攤鋪澆注瀝青混凝土時也會卷入少量空氣，所有這些都可能會導致氣泡和鼓包的產生。鼓包的發生會破壞路面的平整，影響道路的使用功能，而且對削弱鋪裝層與橋面板的粘結，從而造成鋪裝層脫層、搓動和開裂等病害，破壞鋪裝層結構。

故在施工階段應對氣泡與鼓包進行及時的消泡處理。消泡時，應先及時用細鋼釬將鼓包戳破，用木刀輕輕拍打鼓包四周的混凝土，待內部空氣或水汽基本排出后再將表面修平。

澆注瀝青混凝土鋪裝完畢，還應在上面層施工前，派專人不斷地檢查是否有鼓包發生，一旦出現鼓包，則應鏟除鼓包處的鋪裝層，清理后重新涂抹0.4 L/m2粘結層，養護粘結層12 h后再用新的澆注式瀝青混凝土回補找平。一般通過肉眼可以觀察到鼓包，若不確定時可借助水平儀測量。

3?結論

本文結合南京長江第四大橋主橋鋼橋面鋪裝工程，對攪拌升溫時間、流動度、碎石撒布和鼓包處理等幾項施工關鍵技術進行研究，得到以下結論：

（1）根據混凝土在升溫攪拌車中不同攪拌升溫時間的動穩定度、貫入度及彎曲對比試驗發現，攪拌升溫控制時間以3～3.5 h為宜。

（2）實踐了折線熨平板攤鋪工藝，將攤鋪機熨平板中部上調2 mm，使鋪裝層的厚度達到設計要求，該方案可以在鋼橋面板高溫受熱變形的情況下保證其鋪裝厚度。

（3）研究表明壓入碎石粒徑的加大和碎石撒布量的增加都可以適當提高澆注式瀝青混凝土的動穩定度，本工程采用13.2～19 mm粒徑的預裹碎石， 撒布量控制為11～12 kg/m2，碾壓時機控制在澆注瀝青混凝土鋪裝層溫度不低于180 ℃為宜。

（4）澆注瀝青混凝土攤鋪后，出現的鼓包應及時進行消泡或鏟除處理。

【參?考?文?獻】

[1]WANG C H， CHEN Q， FU H， et al. Heat conduction effect of steel bridge deck with conductive gussasphalt concrete pavement[J]. Construction and Building Materials， 2018， 172： 422-432.

[2]王宏暢，李國芬.南京長江四橋澆注式瀝青混凝土配合比設計研究[J].公路，2012，41（8）：50-54.

WANG H C， LI G F. Study on mix design of gussasphalt mixture for the Fourth Nanjing Yangtze River Bridge[J]. Highway， 2012， 41（8）：50-54.

[3]WANG H C， LI G F. Study of factors influencing gussasphalt mixture performance[J]. Construction and Building Materials， 2015， 101： 193-200.

[4]賈烊，黃新，李建慧，等.混合式鋼混組合梁斜拉橋收縮徐變灰色分析[J].森林工程，2019，35（1）：75-79.

JIA Y， HUANG X， LI J H， et al. Gray analysis on shrinkage and creep of hybrid steel-concrete composite girder cable-stayed bridge[J]. Forest Engineering， 2019， 35（1）：75-79.

[5]LUO S， QIAN Z D， YANG X， et al. Design of gussasphalt mixtures based on performance of gussasphalt binders， mastics and mixtures[J]. Construction and Building Materials， 2017， 156： 131-141.

[6]YE H Y， WANG， X C， FANG， N R， et al. Low-temperature performance and evaluation index of gussasphalt for steel bridge decks[J]. Advances in Materials Science and Engineering， 2019， 2019：1-11.

[7]宋宗平，周海亮.灌河特大橋瀝青橋面鋪裝施工質量控制[J].施工技術，2012，42（11）：36-37.

SONG Z P， ZHOU H L. Quality control of asphalt deck pavement construction for guanhe large bridge[J]. Construction Technology， 2012， 42（11）：36-37.