虎門大橋鋼橋面鋪裝熱穩(wěn)性病害的原因分析與處治

1、文章編號:0451-0712(200101-0059-04中圖分類號:U 443.33,U 445.7文獻標識碼:B虎門大橋鋼橋面鋪裝熱穩(wěn)性病害的原因分析與處治楊秀飛1,盛賽華1,陳仕周2(1.廣東省長大公路工程有限公司廣州市5100752.交通部重慶公路科學研究所重慶市400067摘要:對虎門大橋鋼橋面鋪裝熱穩(wěn)性病害產生的原因進行了分析,提出了處治方案,并介紹了處治施工工藝。處治后的鋼橋面鋪裝運行狀況良好,說明處治措施得當,達到了預期目的。關鍵詞:虎門大橋鋼橋面鋪裝;熱穩(wěn)性病害;原因分析;處治0概述虎門大橋主航道橋為鋼箱梁懸索橋,鋼箱梁節(jié)段間連接方式為焊接,鋼箱梁全寬35.6m ,橋面為雙向

2、六車道,行車道單幅寬14.25m 。虎門大橋鋼橋面采用單層改性瀝青S M A 鋪裝方案,鋪裝于1996年12月開工,1997年4月全部完工。虎門大橋于1997年5月1日試通車,同年6月9 日正式通車。通車約3個月,橋面鋪裝局部段落即開始出現熱穩(wěn)性病害如車轍、推擁等,隨著時間的推移,熱穩(wěn)性病害繼續(xù)發(fā)展,1998年下半年,鑒于病害日趨嚴重,于11月對虎門大橋鋼橋面鋪裝進行了全面處治,處治后的橋面鋪裝通車至今,狀況良好,沒有出現以前類似病害。1原鋪裝方案1.1鋪裝方案根據“鋼橋面鋪裝技術的研究”課題研究成果及鋼橋面鋪裝試驗路施工檢測結果,確定的虎門大橋鋼橋面鋪裝實施方案如圖1所示?；㈤T大橋鋼橋面鋪裝

3、原設計厚度為70mm ,后圖1虎門大橋鋼橋面鋪裝方案經討論決定改為60mm ,因此鋪裝方案也由雙層式S M A 鋪裝改為單層S M A 鋪裝方案。1.2施工簡介虎門大橋鋼橋面鋪裝分6段施工,右幅(上游收稿日期:2000-10-30公路2001年1月第1期H IGHW A Y Jan 12001N o 11分段編號為一、三、五段,各段長度分別為300m、540m和48m;左幅(下游分段編號為二、四、六段,各段長度分別為432m、408m和48m。鋼橋面板富鋅漆噴涂在工廠內完成,鋼箱梁吊裝完畢焊接好后,焊接部位富鋅漆在現場噴涂。鋼橋面各段防水膠、粘結層和S M A鋪裝層的施工相互銜接、依次緊跟進行

4、。防水膠共分四道施工,第一道為白色底漆,第二道為黃色防水膠,第三道為灰色防水膠,第四道為紅色面漆。中間兩道防水膠各厚約1.25mm,為甲基丙烯酸樹脂類防水膠,采用雙組份無氣噴涂設備施工。粘結層粘接劑采用瀝青灑布車噴灑施工,粘接劑灑布溫度控制在200220,每段粘接劑均分三幅灑布,相鄰兩幅間重疊約1015c m。整個橋面粘接劑灑布厚度大部分控制在1.52.0mm之間,個別地方略偏厚。預拌瀝青碎石撒布,在粘接劑灑布后進行,采用人工撒布方法施工,撒布量為5 7kg m2,撒布后沒有用輪胎壓路機碾壓。橋面瀝青鋪裝開工前,對S M A13混合料進行了配合比設計,見表1所示。改性瀝青采用桶裝成品,由普通瀝

5、青脫桶設備表1S M A13混合料配合比設計結果篩孔尺寸 mm16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075級配要求范圍 %100901003475234118301524132111171015913設計級配 %99.792.054.935.725.520.618.515.814.112.0油石比 %7纖維用量 %0.5脫桶融化,再經攪拌罐攪拌后,泵入瀝青儲罐待用。S M A混合料采用日本進口的新瀉N11GA TA型間歇式拌和機生產,拌和機額定生產能力為150t h,生產S M A混合料的能力約為100t h, S M A混合料的出料溫度控制在180200。S

6、M A 混合料攤鋪采用2臺具有自動調平功能的D E M A C 攤鋪機聯合作業(yè),采用3臺自重分別為7t、8t和9t 的鋼輪壓路機進行靜壓,碾壓遍數約為46遍。S M A混合料施工時,路緣石邊緣預先放置模板,鋪裝碾壓完后將模板抽出,形成預留接縫,全橋鋪裝完工后再用熱灌型高彈性填縫料進行灌縫。2熱穩(wěn)性病害的產生虎門大橋由于通車3個月,橋面鋪裝局部段落即出現了熱穩(wěn)性病害,且隨著時間的推移,推擁越來越嚴重,車轍也越來越明顯。1997年8月和11月、1998年2月和5月,我們先后對橋面鋪裝進行了四次觀測,各段車轍深度如表2所示。從表2可以看出,各段車轍深度整體上均呈發(fā)展趨勢,車轍最嚴重的是第三和第四段,

7、其次是第二、第五、第六段,第一段狀況最好。各段車轍深度又以重車道最明顯。全橋重車道與主車道間的車道線局部扭曲嚴重,主車道與超車道間車道線局部扭曲也較明顯,重車道與緊急停車帶間車道線只有少數地方發(fā)生扭曲。重車道外側1m范圍及重車道與主車道間約1m范圍,鋪裝局部明顯隆起,尤其是第二、第四段,在這兩個部位可看出有兩條明顯的隆起帶。值得指出的是,四次觀測中全橋鋪裝均沒有發(fā)現裂縫,也沒有出現坑槽等病害。表2虎門大橋鋼橋面鋪裝車轍深度觀測值mm位置各次觀測結果第一次第二次第三次第四次第一段重車道主車道右輪位左輪位右輪位左輪位3.45.88.511.49.76.88.98.75.18.06.54.85.05

8、.7第二段重車道主車道右輪位左輪位右輪位左輪位6.35.313.714.114.87.510.613.89.49.49.56.89.610.4第三段重車道主車道右輪位左輪位右輪位左輪位9.19.612.615.916.412.512.712.111.013.913.610.011.310.7第四段重車道主車道右輪位左輪位右輪位左輪位6.35.511.311.614.97.811.613.96.97.18.15.28.87.9第五段重車道主車道右輪位左輪位右輪位左輪位9.04.311.010.312.09.010.512.03.011.97.54.511.311.0第六段重車道主車道右輪位左輪位

9、右輪位左輪位4.73.511.811.013.06.89.017.02.85.58.03.35.88.56公路2001年第1期3病害產生原因通車這么短的時間就出現了熱穩(wěn)性病害,這是鋼橋面鋪裝科研和施工單位所沒有料到的。根據現場的多次觀測及討論分析,我們認為產生病害的原因主要是:粘結層過分強調了材料的韌性,忽略了粘接劑的硬度和初始抗剪強度;粘接劑灑布厚度偏大且預拌瀝青碎石撒布又偏少,粘接劑無法在粘結層內“消化”,S M A鋪裝施工時粘接劑會上移,導致S M A混合料瀝青含量偏大;改性瀝青偏軟,又不是現場生產隨配隨用,在使用過程中改性劑難免會出現離析,從而影響了質量;S M A鋪裝過于偏重其抗裂性

10、和防水性,并且瀝青用量偏大,S M A13混合料級配4.75mm篩通過量偏大,鋪裝局部段落級配控制不理想;鋪裝厚度由原設計7c m改為6c m后,采用一層鋪裝施工(原計劃采用兩層S M A鋪裝,鋪裝層的熱穩(wěn)性、抗裂性、防水性等矛盾均集中在一層,很難兼顧,如改為兩層式鋪裝方案,可以適當將鋪裝層的功能要求分開,有側重地區(qū)別對待,使各鋪裝層的性能得到良好協(xié)調;虎門地區(qū)夏季溫度較高,加之重車又多,客觀上也加快了鋪裝熱穩(wěn)性病害的產生和發(fā)展。施工過程中,S M A配比偏差較大;施工中的機械故障也會引起配比發(fā)生變化等等。4熱穩(wěn)性病害的處治為了改善虎門大橋鋼橋面鋪裝的使用性能,最大限度地消除或減小瀝青鋪裝層熱

11、穩(wěn)性病害的發(fā)生,1998年9月,經有關各方充分討論協(xié)商后,決定對鋪裝進行全面處治,我們“鋼橋面鋪裝技術的研究”課題組提出了具體的處治方案。在進行全面處治的前一年,曾對鋼橋面鋪裝推擁最嚴重的地方進行過小面積處治,但這都是治標不治本的辦法,處治過后不久修補之處仍會發(fā)生隆起。4.1處治方案虎門大橋鋼橋面鋪裝進行全面處治的方案,總的來說就是刨掉原有鋪裝表面層,然后再加鋪一層新的S M A鋪裝,使整個鋼橋面恢復雙層式鋪裝方案。具體方案是:用銑刨機刨除原有鋪裝表面一層,使剩余鋪裝厚度為40±5mm,然后在整個刨除面灑布一層改性乳化瀝青,灑布量為0.20.4kg m2,再加鋪一層平均厚度為3035

12、mm的熱拌改性瀝青S M A10混合料,使整個鋪裝厚度達到70±5。該處治方案加鋪層,將采用熱穩(wěn)性較好的改性瀝青S M A10混合料的設計空隙率為315% 415%,保證混合料粗骨料嵌擠良好,從而使加鋪層具有良好的熱穩(wěn)性,以達到明顯改善鋪裝層熱穩(wěn)性的目的。4.2處治施工虎門大橋鋼橋面鋪裝處治施工分4次進行,每次施工橋面單幅的一半,另一半則開放交通,縱向施工縫設置在主車道的中間位置。銑刨施工前,先按每一吊桿一個橫斷面量測鋪裝厚度,并繪出橫斷面圖,確定每一斷面特征點的銑刨厚度。按處治方案,銑刨厚度以銑刨到原有鋪裝層剩余厚度為40±5mm控制。對于行車道,只銑刨車轍中間高出來的位

13、置,而靠近中央分隔帶路緣石位置留下20c m范圍不銑刨,緊急停車帶位置不銑刨。單邊銑刨后,清掃掉鋪裝表面的浮塵、碎石顆粒等雜物,然后用瀝青灑布車噴灑一道改性乳化瀝青作為粘層,灑布量為0.20.4kg m2,改性乳化瀝青采用5%EVA改性。加鋪層S M A10混合料的拌和、運輸、攤鋪、碾壓工藝參照“虎門大橋鋼橋面鋪裝施工實施細則”執(zhí)行,S M A10混合料采用大型瀝青拌和樓拌和,改性瀝青在拌和現場用膠體磨生產,混合料采用1臺具有自動找平功能的攤鋪機攤鋪,攤鋪后由1臺12t鋼輪壓路機和1臺9t鋼輪壓路機進行碾壓。S M A10混合料采用玄武巖碎石,分510mm 碎石和05mm石屑兩種規(guī)格,礦粉采用

14、石灰石粉,纖維采用木質素纖維(纖維用量為014% 016%,改性瀝青采用原虎門大橋鋪裝用改性瀝青再摻加3.5%PE和2.5%SB S,現場用改性瀝青膠體磨設備生產并現配現用。加鋪層改性瀝青技術要求如表3所示。S M A10混合料的性能要求如表4所示。按新配方用膠體磨現場生產的改性瀝青,經取樣測得其30時針入度為4.6mm,40時針入度為8.8mm;軟化點為84.5。S M A10混合料設計于1998年10月完成,設計級配及瀝青用量如表5所示。采用新的改性瀝青和按設計確定的級配拌制的S M A10混合料,70、0.7M Pa時車轍試驗動穩(wěn)定度達3000次 mm,表現出優(yōu)良的熱穩(wěn)性。S M A10

15、混合料加鋪層于1998年11月完成施工,施工完全按既定的施工工藝進行,施工過程中混合料級配、瀝青用量和施工溫度、混合料攤鋪和碾壓工藝等均控制較好,施工完的橋面鋪裝表面平整、粗糙、均勻,符合質量要求。162001年第1期楊秀飛等:虎門大橋鋼橋面鋪裝熱穩(wěn)性病害的原因分析與處治表3S M A 10混合料改性瀝青技術要求檢測項目要求范圍試驗方法針入度(25,100g,5s 0.1mm 2060JTJ 052-93軟化點(環(huán)球法 80JTJ 052-93延度(10,5c m m in c m20JTJ 052-93粘度(200 (mm 2 s 300A STM D 2171回彈率(25,20mm ,30

16、m in %80T eillTL -PM B 計算T 1.2 -10JTJ 052-93閃點 230JTJ 052-93針入度指數P I 1.0JTJ 052-93薄膜烘箱試驗(180,2.5h 質量損失 %針入度比 %回彈率比 %1.0JTJ 052-9365JTJ 052-9380JTJ 052-93表4S M A 10混合料性能要求檢測項目要求范圍設計指標馬歇爾穩(wěn)定度 kN6.2流值 0.1mm 2050空隙率 %3.54.5飽和度 %7090骨料間隙率VM A %17.0檢驗指標70、0.7M Pa 動穩(wěn)定度 (次 mm 200060,0.7M Pa 動穩(wěn)定度 (次 mm 3000-1

17、0低溫彎曲極限應變7×10-348h 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度 %805處治效果虎門大橋鋼橋面鋪裝全面處治后,通車已有兩表5S M A 10混合料設計級配篩孔尺寸 mm 13.29.54.752.361.180.60.30.150.075要求范圍 %10090100304522321826142012181016813設計級配 %10010033.023.518.417.015.514.312.2油石比 %6.06.5年的時間,現鋪裝狀況良好,基本沒有出現攤移、車轍等熱穩(wěn)性病害,車道線也極少發(fā)生扭曲,說明性能有較大改進的新鋪裝層經受住了考驗,目前看來,針對虎門大橋鋼橋面鋪裝出現的熱穩(wěn)性病

18、害采取的處治措施基本上是成功的。6結語虎門大橋鋼橋面鋪裝通過改善改性材料的性能和改進生產工藝,采用S M A 10新鋪裝層對橋面鋪裝進行了全面加鋪處治,恢復雙層式S M A 鋪裝方案,實踐證明,處治效果良好,達到了預期目的?；㈤T大橋鋼橋面鋪裝熱穩(wěn)性病害處治的初步成功,不僅為今后鋼橋面鋪裝的修補與處治積累了經驗,同時也使我們對鋼橋面鋪裝技術的研究又向前邁進了一大步。我們相信,采用雙層鋪裝方案,通過不斷改善材料性能及改進施工工藝,利用國內現有的機械設備和技術是完全可以在鋼橋面鋪裝上取得成功的。Analysis of Causes of Therm ostablity D istresses Em erg i ng i n Steel D eck Pavem en t of Hu m en Large Br idge and Treat m en t for ThemYang X iuf ei 1,Sheng Sa ihua 1,Chen Sh izhou2(1.Guangdong P rovincial Changda H ighw ay Engineering Co .,L td .Guanzhou 510075,Ch ina ;2.Chongqing H ighw ay R esearch Institute