澆筑式瀝青混凝土在杭州江東大橋鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用

應(yīng)海見,龔黎明,沈 濤

（杭州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310012）

0 引言

鋼橋面鋪裝不同于一般路面，其對路面柔韌性、排水性、耐熱性及抗變形能力等性能要求更高[1]。由于鋼箱梁材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)比較大，箱室的溫度變化受氣溫影響大，與箱室接觸的瀝青混凝土鋪裝層在氣溫作用下較為敏感，加之鋪裝層較薄，可能造成橋面鋪裝出現(xiàn)開裂、脫層、鼓包、松散或?qū)娱g結(jié)合不良而產(chǎn)生層間滑移等病害[2]。我國鋼橋面鋪裝技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了很多曲折過程。從技術(shù)進(jìn)步的角度來說，每一項(xiàng)成套技術(shù)都必須經(jīng)歷材料開發(fā)與室內(nèi)研究—模型試驗(yàn)—工程試驗(yàn)—發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—材料配方調(diào)整及鋪裝結(jié)構(gòu)完善這樣一個(gè)多次反復(fù)及螺旋式上升的過程[3]。澆筑式瀝青混凝土以其獨(dú)有的特性在橋面鋪裝工程中得到了廣泛應(yīng)用，為了使?jié)仓交炷潦褂眯阅芘c國內(nèi)實(shí)際使用條件更好的相匹配，近年來澆筑式瀝青混凝土在原材料選用、配合比設(shè)計(jì)和施工工藝等方面不斷發(fā)展，取得了較多的新成果[4]。經(jīng)過多座大跨徑鋼橋橋面鋪裝的實(shí)踐，澆筑式瀝青混凝土的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)均得到了較大提升。

1 工程背景

杭州江東大橋位于杭州市錢塘區(qū)，西接德勝快速路東線，東接江東大道，全長4 332 m，主橋?yàn)閮勺藻^式懸索橋和一座預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋，自錨式懸索橋主跨260 m，全寬47 m，原設(shè)計(jì)主橋鋼橋面鋪裝為ERS：EBCL+20 mm RA05+40 mm SMA10，鋪裝總厚度60 mm。2008年建成通車以來，日均車流量歷年增長，且貨車比例大，鋼橋面鋪裝出現(xiàn)嚴(yán)重病害。2013年，對蕭山至下沙方向采用更換SMA層的方案，將原面層40 mm SMA10更換為45 mm SMA13，鋪裝總厚度65 mm；對下沙至蕭山方向采用整體更換橋面鋪裝的方案，采用新的ERS鋪裝結(jié)構(gòu)：EBCL+25 mm RA05 +40 mm SMA13，RA05層厚由20 mm增至25 mm，SMA10更換為SMA13，鋪裝總厚度65 mm。2018年開始，整體更換過的鋼橋面鋪裝逐漸出現(xiàn)不同程度的病害，根據(jù)2020年鋼橋面鋪裝檢測報(bào)告，路面技術(shù)狀況指數(shù) PQI整體處于差～中，全波場檢測結(jié)果顯示，鋪裝層與鋼橋面之間脫空現(xiàn)象嚴(yán)重，半連接及脫空狀態(tài)區(qū)域占總面積的81%，亟須對鋼橋面鋪裝進(jìn)行整體維修。初步設(shè)計(jì)擬定了四種方案，方案一：澆筑式瀝青（GA）；方案二：EBCL環(huán)氧黏結(jié)碎石層+RA樹脂瀝青混凝土+改性瀝青SMA構(gòu)成（ERS）；方案三：超高韌性混凝土（STC）；方案四：雙層環(huán)氧樹脂瀝青。因江東大橋是下沙和錢塘區(qū)之間的唯一通道，施工期無法中斷交通，經(jīng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算和交通組織方案論證，決定采用左、右幅同時(shí)封閉兩個(gè)車道對稱施工，施工期保證雙向四車道通行的方案。考慮到STC及雙層環(huán)氧瀝青存在養(yǎng)生固化期，施工期間行車振動(dòng)會影響橋面鋪裝施工質(zhì)量，而ERS鋪裝EBCL與鋼板粘接的強(qiáng)度及耐久性不如澆筑式瀝青（GA），綜合比選后推薦采用澆筑式瀝青方案。

2 鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為避免增加橋梁結(jié)構(gòu)荷載，橋面鋪裝層厚度保持與原來一致，采用65 mm，見表1。表面層采用具有良好高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗滑性能、低溫抗裂性、平整度、抗疲勞性能的高彈改性瀝青SMA-10，厚度33 mm。下面層（保護(hù)層）采用孔隙率小于1%的澆筑式瀝青混凝土GA-10，厚度30 mm，該混合料結(jié)構(gòu)形式為完全懸浮型，細(xì)集料多，瀝青含量高，在高溫下經(jīng)特殊攪拌工藝拌制后，混合料呈現(xiàn)流動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)攤鋪整平后，混合料靠自重流動(dòng)作用，形成密實(shí)且不透水的鋪裝層，整體上具有較好的抗疲勞性能和耐久性。黏層采用改性乳化瀝青，并撒布5~10 mm預(yù)拌瀝青碎石，碎石用量為5~10 kg/m2，以提高澆筑式瀝青混凝土與上部鋪裝層之間的結(jié)合力和整體抗剪強(qiáng)度。防水黏結(jié)層采用Eliminator防水黏結(jié)體系。

表1 鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)

3 材料及混合料性能要求

3.1 材料

3.1.1 瀝青

用于澆筑式瀝青混凝土GA-10的聚合物改性瀝青不僅要求具有良好的高溫性能，保證澆筑式瀝青混凝土在重載交通條件下不易產(chǎn)生車轍，同時(shí)應(yīng)具有良好的延展性，保證澆筑式瀝青混凝土在橋梁撓曲變形和車輛荷載條件下不開裂，其性能技術(shù)要求見表2。用于表面層SMA-10瀝青瑪蹄脂碎石混合料的高彈改性瀝青要求具有良好的高溫性能和優(yōu)異的回彈變形能力，確保表面層具有較長的使用壽命，其性能技術(shù)要求見表3。

表2 澆注式瀝青混凝土改性瀝青技術(shù)要求

表3 表面層SMA-10高彈改性瀝青技術(shù)要求

高彈添加劑摻量為瀝青質(zhì)量的21%，每立方米瀝青混合料中的摻量為0.03 t。

3.1.2 集料及礦粉

粗集料、細(xì)集料及礦粉技術(shù)指標(biāo)見表4~6。

表4 粗集料技術(shù)性能指標(biāo)

表5 細(xì)集料技術(shù)性能指標(biāo)

表6 礦粉技術(shù)性能指標(biāo)

3.2 混合料級配與性能要求

表面層SMA-10與澆筑式瀝青混凝土GA-10的級配要求見表7；SMA-10推薦油石比范圍為5.8%~7.0%；GA-10推薦油石比為7%~10%，細(xì)集料中根據(jù)需要添加一定含量的天然砂以提高混合料的流動(dòng)性，且機(jī)制砂和天然砂的比例必須超過1∶1；SMA-10及GA-10混合料性能技術(shù)要求見表8、表9。

表7 混合料級配范圍要求

表8 SMA-10混合料性能要求

表9 GA-10瀝青混凝土性能要求

4 施工工藝

4.1 原鋼橋面鋪裝層銑刨

為防止損傷鋼箱梁頂板結(jié)構(gòu)，先采用大型銑刨機(jī)對原SMA-13層進(jìn)行銑刨，后采用挖掘機(jī)、鏟車等設(shè)備結(jié)合人工對原RA05環(huán)氧結(jié)構(gòu)層進(jìn)行清理，露出鋼箱梁頂板后，用吹風(fēng)機(jī)對橋面粉塵等進(jìn)行仔細(xì)清理，直至鋼箱梁頂板干凈為止。

4.2 鋼箱梁裂縫修復(fù)及噴砂除銹

采用磁粉、超聲波及TOFD等手段對頂板裂縫做全面檢測，對裂縫進(jìn)行焊接修復(fù)。噴砂除銹后要求鋼橋面板表面清潔度應(yīng)達(dá)到Sa2.5級，粗糙度達(dá)到Rz:60~140 μm。

4.3 防水體系施工

Eliminator防水體系由Zed S94防腐底漆、Eliminator防水層（兩層）和Tack coat No.2黏結(jié)層4層組成。Eliminator防水體系施工結(jié)束后，留守相關(guān)人員在現(xiàn)場，澆筑式瀝青混凝土施工過程中，若出現(xiàn)設(shè)備、機(jī)具對防水層和黏結(jié)層的損傷，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)處治。

4.4 澆筑式瀝青混凝土施工

4.4.1 拌和與運(yùn)輸

混合料拌和溫度控制：如果礦粉未加熱，則石料加熱溫度應(yīng)為320 ℃左右，混合料拌和后出料溫度按220~250 ℃目標(biāo)控制。由于混合料中礦粉含量很大，因此混合料的拌和時(shí)間比較長，拌和時(shí)間為干拌15 s，濕拌90 s，并在濕拌過程中加入適量的改善流動(dòng)性的溫拌改性劑，須現(xiàn)場試拌后確定。如果礦粉加熱，則石料溫度約230~260 ℃。澆筑式瀝青混合料使用專門的運(yùn)輸設(shè)備（Cooker）。在Cooker初次進(jìn)料之前，應(yīng)將其溫度預(yù)熱至100 ℃以上，裝入Cooker中的混合料應(yīng)保持不停攪拌，同時(shí)應(yīng)讓混合料升溫至220~250 ℃。應(yīng)盡量避免澆筑式瀝青混合料在高溫的Cooker車中停留太長時(shí)間，一般在8 h內(nèi)要求攤鋪完成，如果要長時(shí)間停留，須降低溫度。但在Cooker中的攪拌時(shí)間至少應(yīng)在40 min以上。

4.4.2 攤鋪

澆筑式瀝青混合料是自流成型無須碾壓的瀝青混合料，攤鋪需要使用澆筑式專用攤鋪機(jī)，澆筑式攤鋪后及時(shí)撒布瀝青預(yù)拌碎石，并使其嵌入澆筑式瀝青混合料表面。

（1）邊側(cè)限制。澆筑式瀝青混凝土在220~260 ℃攤鋪時(shí)具有流動(dòng)性，須設(shè)置邊側(cè)限制，防止混合料側(cè)向流動(dòng)。邊側(cè)限制分別采用約40 mm厚和10~15 mm厚、100 mm寬的鋼制或木制擋板，設(shè)在車道連接處的邊緣。根據(jù)鋼板表面平整度的情況，用不同厚度的鐵片或木片調(diào)節(jié)，達(dá)到保證鋪裝表面平整的目的。

（2）厚度控制。攤鋪之前應(yīng)根據(jù)鋼板表面情況進(jìn)行測量放樣，確定一定間隔某一點(diǎn)的攤鋪厚度，然后調(diào)整導(dǎo)軌的高度及邊側(cè)限制板，確定攤鋪厚度。攤鋪機(jī)整平板有自動(dòng)的水平設(shè)備控制，按照側(cè)限板高度攤鋪規(guī)定厚度的路面。

（3）行車道攤鋪。根據(jù)攤鋪機(jī)及橋面寬度設(shè)定合理的攤鋪寬度，盡量避免接縫位于行車道輪跡帶內(nèi)。Cooker倒行至攤鋪機(jī)前方，把混合料通過其后面的卸料槽直接卸在鋼橋面板上。攤鋪機(jī)的整平板的緊前方布料板左右移動(dòng)，把澆筑式瀝青混合料鋪開。攤鋪機(jī)向前移動(dòng)把瀝青混合料整平到控制厚度。緊跟攤鋪機(jī)后，對接縫進(jìn)行加熱并由工人使用木制的刮板修整。攤鋪過程中會產(chǎn)生部分氣泡，應(yīng)采用帶尖頭的工具刺破將內(nèi)部空氣排除。等攤鋪的澆筑式瀝青混凝土降到合適的溫度，人工或機(jī)械撒布4.95~9.5 mm預(yù)拌0.5%~1%瀝青的碎石（用量為3~6 kg/m2），并用人工滾筒將碎石壓入澆筑式瀝青混凝土中。拆除邊側(cè)限制之前，讓鋪裝層冷卻，留下一個(gè)輪廓清晰的邊側(cè)連接。

4.4.3 接縫及邊界處理

在接縫處鋪筑澆筑式混合料之前，沿接縫貼一條貼縫條，將攤鋪機(jī)高度調(diào)至鋪裝層相同高度，待布料板將混合料均勻鋪開后，開動(dòng)攤鋪機(jī)進(jìn)行正常攤鋪。攤鋪期間需觀察接縫處新鋪的混合料，出現(xiàn)松散麻面情況應(yīng)立即人工處理。

5 結(jié)束語

杭州江東大橋鋼橋面鋪裝于2021年11月完成整體更換，順利通過了竣（交）工驗(yàn)收，恢復(fù)交通以來，橋面使用情況良好。該項(xiàng)目的實(shí)施，為保通條件下大跨徑懸索橋鋼橋面鋪裝整體更換的設(shè)計(jì)與施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。