鋼橋面澆筑式新型改性瀝青混凝土路面施工技術

饒延泉

(中鐵十六局集團第三工程有限公司,浙江 湖州 313000)

1 工程概況

馬鞍山路東延工程北環城河主線橋主橋為“魚腹”型變截面連續鋼箱梁結構,主橋跨越北環城河,河道為五級航道,航道中心線與道路中心線夾角55°,主橋通航凈空45 m×5 m；主橋分左右兩幅錯孔布置,左幅跨徑31.3 m+75.3 m+47 m,右幅跨徑42.1 m+78.8 m+32.7 m,橋面寬度為36～43 m(36 m橫斷面為標準斷面,43 m橫斷面為觀景平臺最寬處斷面),兩幅橋之間設置40 mm縱向伸縮縫,設計橫坡為2.0%,最大設計縱坡為3.0%,鋼箱梁主體結構采用Q345qD。鋼橋面鋪裝為40 mm特種改性瀝青SMA-13+30 mm澆筑式瀝青混合料GA10+6 mmEliminator防水粘結體系。鋼橋面鋪裝結構層及其參數見表1。

表1 鋼橋面鋪裝結構層及其參數

澆筑式瀝青混凝土具有密實不透水和良好的韌性及耐久性,與鋼橋橋面變形適應能力強,適用于大中型鋼橋面鋪裝。國內改性瀝青鋼橋面路面鋪裝技術運用時間較短,不同區域、不同鋼橋面上的運用也常出現新的技術問題,特別是大跨度鋼橋面鋪裝,影響設計與施工的因素更多,存在一些技術難題,有待進一步的技術研究與開發。

2 原材料及混合料性能要求

2.1 防水粘結層性能要求

鋼橋面板噴砂除銹清潔度達到Sa2.5級、粗糙度達到大于50 μm后,噴涂防水粘結層材料,性能指標應滿足《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》[1]中關于“防水粘結層性能”指標要求。

2.2 瀝青結合料性能指標

用于澆筑式瀝青混凝土的改性瀝青主要由聚合物改性瀝青制成,其性能指標要求采用《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》中《GA-10改性瀝青技術要求》和用于面層SMA-13的改性瀝青的《SMA-13專用特種改性瀝青技術指標》。根據室內試驗研究結果,采用顆粒木質纖維,以增加SMA混合料的抗疲勞性能。

2.3 集料及礦粉性能指標

粗集料采用耐磨的玄武巖或石灰石破碎,粗集料、細集料及礦粉技術指標按《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》中《粗集料技術性能指標》,《細集料技術性能指標》以及《礦粉技術性能指標》采用。集料規格技術應滿足《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》的要求。

2.4 改性乳化瀝青性能指標

粘層用改性乳化瀝青宜采用快裂或中裂改性乳化瀝青,其規格和質量應符合規范的要求,所使用的基質瀝青標號宜與主層瀝青混合料相同,其性能要求按《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》中《改性乳化瀝青技術要求》采用。在澆筑式瀝青混合料的縱向接縫及施工橫縫位置,都需要設置瀝青貼縫條,并滿足規范要求。

3 新型改進瀝青路面施工技術

3.1 鋼箱梁面層噴砂除銹

鋼橋面板清洗前,先做外觀檢查,確保其表面無焊接及鋼板缺陷。噴砂除銹作業溫度應高于露點3 ℃,相對濕度≤85%。磨料采用鋼丸、鋼質棱角砂,其比例通過試驗確定。噴砂除銹采用帶吸塵裝置的移動式自動無塵打砂機,對其不能觸及的區域和邊緣,可采用手提式打砂機作業。噴砂處理的面板清潔度須達到Sa2.5級。表面粗糙度以TESTEX貼紙測試,其指標值應在50～100 μm之間,每次驗收不少于3個測試點[2]。噴砂處理合格,經監理認可后,應在3 h內施做防水層涂布,以0.1～0.2 kg/m2用量為宜。

3.2 Eliminator防水粘結體系施工

3.2.1 甲基丙烯酸甲脂樹脂防水膜

甲基丙烯酸甲脂樹脂防水膜由高分子彈性體制成,主要功能是防護鋼材結構,A、B組分混合后迅速固化,形成堅韌、柔性無縫防護膜,使用專用的噴涂設備進行無氣高壓噴涂。防水膜必須使用無氣高壓的雙組分1∶1噴涂設備施工。施工前,B料需要攪拌20 min。第一度防水膜噴涂用量1.25～1.75 kg/m2,第二度防水膜噴涂用量1.0～1.25 kg/m2。防水膜涂刷效果見圖1。

圖1 防水膜涂刷效果圖

3.2.2 膠粘劑

膠粘劑由復合型反應性高分子材料組成,是防水膜和瀝青混凝土層間有效的界面粘結劑,具有極大的粘結力。當防水膜完全固化后涂粘結劑,粘結劑涂布量為0.1～0.2 kg/m2。

3.3 澆筑式瀝青混凝土鋪裝

澆筑式瀝青混合料是自流成型的,無需碾壓,但需現場測試流埃爾流動度,符合設計要求后,按以下工藝要點施工,關鍵工序見圖2。

圖2 澆筑式瀝青混凝土鋪裝關鍵工序圖

3.3.1 邊側限制

澆筑式瀝青混凝土在220 ℃～250 ℃攤鋪時具有流動性,需設置邊側限制,防止混合料側向流動。邊側限制采用約30 mm厚、200 mm寬的鋼制或木制擋板,設在車道連接處的邊緣。

3.3.2 邊側瀝青粘結條施工

為更好地使澆筑式瀝青與兩側鋼板密貼,防止雨水滲入底部破壞路面,兩邊側粘貼瀝青粘結條[3]。當澆筑施工時,由于瀝青溫度較高,瀝青粘結條即與澆筑式瀝青融為一體。

3.3.3 厚度控制

根據鋪裝厚度,沿澆筑式攤鋪機行走軌跡縱向擺放相應鋪裝厚度的模板軌道,待澆筑式攤鋪機行進至軌道上,將攤鋪機熨平板與橋面板相對高度調整至設計鋪裝高度,并在鋪裝過程中保持高度不變。

3.3.4 行車道攤鋪

由于澆筑式攤鋪機的攤鋪寬度限制,攤鋪前要充分考慮橋面的設計寬度,合理劃分攤鋪寬度。本工程車行道寬度為14.5 m,除去人工邊帶(每側各500 mm),攤鋪寬度可按3幅,每幅4.5 m鋪裝。

3.4 改性瀝青層施工

3.4.1 改性乳化瀝青層施工

鋪裝下層鋪筑完畢后,設置改性乳化瀝青粘層。粘層油采用機動或手搖的手工瀝青灑布機均勻噴灑。噴灑粘層油時氣溫不宜低于10 ℃,路面潮濕時不得噴灑。粘層油必須成均勻霧狀噴灑,在路面全寬范圍內均勻分布成一薄層。粘層油宜在上面層SMA施工前一天灑布,待乳化瀝青充分破乳、水分蒸發后,再鋪筑SMA上面層。

3.4.2 特種改性瀝青SMA-13面層施工

3.4.2.1 SMA混合料制備

SMA混合料制備前,應進行配合比驗證、試拌與檢測,滿足設計要求方可批量制備。SMA混合料拌和溫度控制：石料加熱200 ℃～240 ℃,拌和料出料目標溫度控制在170 ℃～190 ℃范圍內。拌和生產中按運距遠近和天氣情況,適當調整,保持出料溫度的相對穩定。攤鋪最低溫度為160 ℃。

3.4.2.2 SMA混合料攤鋪

SMA混合料采用履帶式攤鋪機攤鋪,第一次受料前在料斗內涂少量柴油,以防粘料。在攤鋪前30 min攤鋪機就位,充分預熱攤鋪機熨平板,并調整墊至虛鋪面層高度[4]。采用兩臺攤鋪機成梯隊聯合攤鋪時,兩臺攤鋪機前后的距離應控制在10～30 m,前后攤鋪機軌道可重疊50～100 mm。

攤鋪機熨平板振動分為夯錘和熨平板兩部分,振動可使熨平板不粘附瀝青料,并使瀝青混合料達到初始的密實度。振動器激振強度不宜開得過大,否則易引起設備故障和平整度的破壞,一般在4級左右,使熨平板不粘料,瀝青混凝土表面不松散即可。

攤鋪機行走速度應盡可能放慢,使混合料拌合供應與攤鋪相匹配,通常情況下,宜控制在1.5～3.0 m/min范圍,最快不超過4 m/min。攤鋪機行走時,禁止在澆筑式鋪裝層上急轉彎和調頭。

根據鋼橋面改性瀝青混凝土SMA-13施工經驗,其松鋪系數取1.18[5]。施工過程中,應對松鋪厚度、施工溫度等進行檢測記錄。一般情況下,每10 m設置一個檢測斷面,每斷面至少檢測3個測點。壓實厚度采用混合料攤鋪面積法計算,即

(1)

式中：T為攤鋪層壓實成型平均厚度，cm；

M為SMA混合料總質量，t；

D為SMA混合料壓實成型密度，t/m3；

L為攤鋪長度，m；

W為攤鋪寬度，m。

3.4.2.3 SMA混合料的壓實

為保證工程質量,投入兩臺雙鋼輪壓路機。改性瀝青SMA混合料碾壓分為初壓、復壓和終壓,在不產生嚴重推移和裂縫的前提下,應盡可能在較高的溫度下碾壓,以克服溫度下降粘度增加而產生的瀝青混凝土內部粘稠阻力。初壓與復壓的工作長度宜控制在30～50 m,并采取相應的保證措施。

1)初壓

初壓采用追隨式碾壓,即緊跟攤鋪機均勻行駛的碾壓方式[6]。鋼輪壓路機自重宜在10 t以上,每次前進時應行進至攤鋪機尾部位置,且應在原輪軌跡上(重復)倒退。第二次初壓應重復2/3輪寬,往返一次為碾壓一遍,通常碾壓1～2遍。初壓開始溫度不宜低于150 ℃。

2)復壓

鋪裝層復碾采用振蕩鋼輪壓路機震動碾壓,以達到較好的密實度。復壓緊隨初壓進行,不得隨意停頓,碾壓2～4遍即可達到設計密實度。壓路機行進速度宜控制在3～5 km/h,溫度不宜低于130 ℃。壓路機前行后退時,前行不得超過光輪穩壓的表面,后退不得進入已收跡的最終路面,碾壓順序應與穩壓順序一致。

3)終壓

終壓應緊隨復壓進行,如復壓無明顯輪跡,可免終壓。終壓采用鋼輪壓路機無振動碾壓收跡1～2遍即可,壓路機行進速度宜控制在3～6 km/h,溫度不宜低于100 ℃。在邊緣、角落及難以用大型壓路機壓實的部位,需采用小鋼輪壓路機或人工夯實。

3.5 施工縫、邊緣縫及防排水處理

橋面鋪裝施工,應盡可能不設置縱橫向施工縫。根據橋面寬度,半幅采用兩臺攤鋪機平行攤鋪,盡量減少縱向冷接縫。

縱橫向施工縫可采用垂直平接縫,宜機械切割或人工鑿除,使工作縫成直角連接,清除切割殘留的砟石；干燥后涂刷粘層油,鋪筑新混合料應使接頭位置平順,壓路機先進行橫向碾壓,再縱向充分壓實,連接平順[7]。

為快速排除層間水,減少路面水害,在澆筑式瀝青混凝土頂部鋼箱梁兩邊側及端頭伸縮縫處設置斯坦普斯管,形成閉合環[8]；在鋼箱梁兩端頭最低點引出,雨水可通過SMA-13面層滲入斯坦普斯管內,匯集排除層間水[9]。

4 結 語

昆山市馬鞍山路東延工程北環城河主線橋主橋“魚腹”型變截面連續鋼箱梁橋澆筑式瀝青混凝土鋪裝,在國內鋼橋面鋪裝中并不多見。鋼橋面澆筑式瀝青混凝土鋪裝具有對鋼箱梁面板清潔度、 粗糙度要求高，對大氣溫度、濕度及周邊環境要求高，對原材料質量、性能指標要求高，對瀝青混合料生產溫度、攤鋪溫度要求高等特點；因此，對原材料進場質量控制、瀝青混合料加工生產控制、現場施工技術控制都提出了很高的要求[10-11]。經過反復試驗驗證,確定了澆筑式瀝青混合料的最佳配合比,從混合料的生產、運輸到瀝青混合料的攤鋪均進行了質量控制,形成了新型連續鋼箱梁橋面瀝青混凝土路面材料設計與制備，以及路面攤鋪與質量控制的相關工藝方法,該法對同類橋梁施工具有重要的借鑒作用。