城市快速路鋼箱梁橋環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝及施工工藝

丁祖奇

（合肥市重點工程建設(shè)管理局，安徽 合肥 230001）

0 引言

目前，城市快速路跨線橋多采用鋼箱梁形式，一方面鋼箱梁的建筑凈空較大，橋梁線性美觀輕巧；另一方面鋼箱梁采用工廠預(yù)制現(xiàn)場吊裝，可以大大降低施工干擾，縮短建設(shè)工期。但是，選中何種鋪裝形式可以提供耐久舒適的路面，又能夠滿足城市建設(shè)工期苛刻要求，問題一直困惱相關(guān)建設(shè)部門。

合肥市南二環(huán)改造工程中翡翠路立交橋的第一聯(lián)也是連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，其跨徑布置為30m+30m+40m+30m，橫坡為雙向1.5%，橋梁上部采用斜腹板單箱四室截面，鋼箱梁頂面全寬為25m，箱底寬度16.284m，兩側(cè)翼板懸臂長度3.891m，斜腹板水平夾角為59.04°。綜合各種因素分析，該橋最終采用下面環(huán)氧瀝青混凝土，上層采用SMA的鋪裝結(jié)構(gòu)，既保證橋梁按時通車，又保證橋面舒適耐久。

1 鋼橋面鋪裝類型

在市政部門面臨鋼橋面鋪裝問題之前，國內(nèi)外的交通部門已經(jīng)開始多種鋪裝類型的嘗試，并且在國外已經(jīng)實施多種鋼橋面鋪裝，有的鋪裝方案經(jīng)歷數(shù)十年考驗，可以稱得上成功方案，但是具體到市政工程特點，有的方案不僅僅要進行一定修正，甚至有的方案因為條件不足可能需要放棄。

目前國內(nèi)外較為成功的鋼橋面鋪裝類型有三種形式：a）澆注式瀝青混凝土；b）環(huán)氧瀝青混凝土；c）高性能改性瀝青混凝土。三種類型鋪裝材料可以根據(jù)不同情況進行組合，誕生出多種鋪裝方案。其中，澆注瀝青混凝土多在歐洲國家廣泛采用，日本常采用下層澆注上層改性瀝青混凝土方案，環(huán)氧瀝青混凝土在美國使用較多。我國自上世紀90年代末陸續(xù)實施大跨徑鋼箱梁斜拉橋以及懸索橋，三種鋪裝形式基本上都采用過，其中江陰大橋以及香港青馬大橋采用澆注式瀝青混凝土，廈門海滄大橋等采用雙層SMA，以南京二橋為代表的采用環(huán)氧瀝青混凝土，運營實踐表明，環(huán)氧瀝青混凝土具有較好的耐疲勞性能，在保證其施工環(huán)節(jié)的情況下可以實現(xiàn)較好使用性能。

綜合各種鋼橋面鋪裝破壞類型進行分析可以看出，目前鋼橋面鋪裝破壞主要發(fā)生在U型肋頂部，主要原因在于該處處于一種復(fù)雜受力狀態(tài)，此外，還有一種破壞形式不能忽視，就是鋪裝層與橋面之間發(fā)生了脫層，鋪裝層在車輛荷載作用下反復(fù)拍擊鋼橋面，甚至在雨天發(fā)生鋼橋面銹蝕的現(xiàn)象。因此，不論何種鋪裝層，要作為鋼橋面鋪裝層，需要滿足以下幾點：a）具有較好的抗疲勞能力 由于鋼橋面鋪裝處于一種復(fù)雜受力狀態(tài)，因此，材料的疲勞壽命直接影響到鋪裝使用；b）具有優(yōu)異的粘結(jié)性能，尤其與鋼板的粘結(jié)性能 三種鋪裝形式中由于環(huán)氧瀝青混凝土的多種極性基團，可以較好保證與鋼橋面的粘結(jié)；c）具有較好高低溫平衡性能目前歐洲以及日本常采用的澆注式瀝青混凝土，其單獨作為橋面鋪裝，由于其高溫性能不足容易導(dǎo)致行車舒適性下降；d）密水性能 這一點三種類型基本上均能實現(xiàn)。

綜合分析考慮氣候、安全、性能等各方面因素[1-3]，翡翠路立交橋橋面鋪裝采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)層設(shè)置為：4cmSMA瀝青混凝土+環(huán)氧瀝青粘結(jié)層+4cm環(huán)氧瀝青混凝土+環(huán)氧瀝青防水層，橋面鋪裝結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，其中環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝為合肥地區(qū)首次使用。

圖1 橋面鋪裝機構(gòu)形式

2 下層環(huán)氧瀝青混凝土性能試驗

由于鋪裝上層采用與兩側(cè)接線相同的SMA改性瀝青混凝土，基本上與目前廣泛使用的SMA結(jié)構(gòu)類似，本文不再贅述。下面將結(jié)合合肥地區(qū)本地集料特征介紹環(huán)氧瀝青混凝土相關(guān)室內(nèi)試驗。

2.1 原材料

環(huán)氧瀝青結(jié)合料和粘結(jié)料，由北京華路祥交通技術(shù)有限公司提供，試驗結(jié)果如表1、表2和表3所示。

表1 環(huán)氧瀝青A組分檢測結(jié)果

表2 環(huán)氧瀝青B組分技術(shù)指標

表3 環(huán)氧瀝青固化后技術(shù)指標

集料滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中對高速公路所用集料的指標要求，并根據(jù)鋪裝要求提高洛杉磯磨耗值、針片狀含量以及礦料密度等關(guān)鍵指標的標準[4]。試驗產(chǎn)用1#、2#、3#三種石灰?guī)r集料，填充料采用磨細石灰?guī)r（或玄武巖）礦粉。技術(shù)指標如表4和表5所示。

表4 粗細集料技術(shù)指標

表5 礦粉技術(shù)指標

2.2 級配設(shè)計

為了保證較小的孔隙率以實現(xiàn)密水性能，環(huán)氧瀝青混凝土一般采用密級配，其設(shè)計級配上限AC-13級配上限還要細密，中值基本上與AC-13上限吻合。采用該密級配，一方面可以保證材料具有較好的細密性，成型混凝土試件的孔隙率基本上低于4%，甚至達到1%以下，保證雨水及空氣中水分較少浸入到鋪裝與鋼板夾層；其次，采用該密級配還可以保證采用較好用油量，以保證混凝土具有較高的疲勞壽命。合成級配曲線如下圖2所示。

圖2 級配曲線

2.3 室內(nèi)馬歇爾試驗

根據(jù)選定的級配類型和環(huán)氧瀝青材料推薦用油量，成型法馬歇爾試件，并根據(jù)強度、流值、孔隙率、密度和飽和度等技術(shù)指標確定最佳用油量為6.3%。最佳用量下的馬歇爾試驗結(jié)果如表6所示。由表6可知，環(huán)氧瀝青混凝土具有較高強度，其穩(wěn)定度高達48kN，遠遠高于目前常用的改性瀝青混凝土的強度；其次，未固化試件的強度達到了7.2kN，滿足基本通車要求的6kN，距離規(guī)范規(guī)定的高速公路瀝青路面要求的7.5kN較近，可以保證施工完畢后即可以實現(xiàn)施工車輛通行。

表6 馬歇爾試驗結(jié)果

3 施工質(zhì)量控制

3.1 環(huán)氧瀝青與普通改性瀝青區(qū)別

環(huán)氧瀝青混凝土的施工與普通改性瀝青混凝土存在一定的差別，其根本原因就在于兩種材料的改性劑不同，前者采用環(huán)氧樹脂體系作為瀝青改性劑，而后者采用SBS等熱塑性樹脂作為改性劑。環(huán)氧樹脂體系一般由環(huán)氧樹脂、固化劑等組成，環(huán)氧樹脂與固化劑混合后即發(fā)生了化學反應(yīng)，一定時間內(nèi)可以形成不能熔化的凝膠結(jié)構(gòu)，因此，環(huán)氧瀝青一般采用雙組份儲存與運輸，現(xiàn)場實施時采用專用的添加設(shè)備實現(xiàn)兩組份的混合與泵送。

圖3為120℃下環(huán)氧瀝青材料的粘度—溫度曲線，從圖中可以看出，環(huán)氧瀝青的粘度隨著時間增長而逐漸升高，普通改性瀝青的粘度與時間基本上無任何聯(lián)系。因此，環(huán)氧瀝青在兩組份混合后，必須在規(guī)定時間內(nèi)將混合后的環(huán)氧瀝青材料泵出并與石料拌合均勻，運輸?shù)浆F(xiàn)場并攤鋪碾壓，一旦在規(guī)定時間內(nèi)無法實現(xiàn)上述工序，則容易出現(xiàn)廢料，甚至出現(xiàn)了拌合樓管路堵塞等事故。

圖3 120℃下環(huán)氧瀝青材料的粘度—溫度曲線

實際施工過程中，一旦了解環(huán)氧瀝青材料這種特性，并有針對性進行相關(guān)預(yù)案處理，施工還是非常順利的，而且有普通改性瀝青混凝土施工經(jīng)驗的隊伍均可以開展。

3.2 環(huán)氧瀝青混凝土實施要點

針對環(huán)氧瀝青材料的特點，本工程結(jié)合試拌實施過程中的問題，不斷總結(jié)與分析，制定了環(huán)氧瀝青混凝土拌合與施工實施要點，并有針對性地對相關(guān)要點進行控制，有效保證整個工程的順利實施。具體實施要點如下。

3.2.1 拌合過程中的實施要點

3.2.1.1 每次環(huán)氧瀝青混凝土拌合前，要求采用普通瀝青或者改性瀝青進行試拌。由于環(huán)氧瀝青混凝土拌合溫度為120℃，低于普通瀝青，采用普通瀝青的控制溫度為140℃，待普通瀝青拌合一切正常后，方可切換到環(huán)氧瀝青混合料的拌合。

3.2.1.2 拌合過程保持連貫，不得隨意中斷，一旦由于不可抗拒因素導(dǎo)致中斷，則整個系統(tǒng)立即切換到普通瀝青，并采用普通瀝青拌合兩盤熱料后方可中斷拌合。

3.2.1.3 每次拌合結(jié)束，也采用普通瀝青拌合兩盤熱料進行唰機。

3.2.1.4 控制混合料溫度穩(wěn)定在115～125℃（115℃～120℃最佳），并結(jié)合試驗室檢測結(jié)果調(diào)整礦料級配及瀝青含量在要求的范圍內(nèi)并保持穩(wěn)定。拌合時需對生產(chǎn)的每一盤混合料溫度進行檢測，對于拌合溫度高于125℃或者是存在花白料及焦料現(xiàn)象，應(yīng)立即作廢料處理，必要時停止拌合，找出原因后再重新生產(chǎn)。

3.2.2 運輸與攤鋪碾壓實施要點

3.2.2.1 為了實時了解前后場的每一輛料車的溫度變化及波動情況，本項目結(jié)合環(huán)氧瀝青相關(guān)室內(nèi)試驗以及國內(nèi)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝實際經(jīng)驗，制定了施工容留時間表（見表7）。

表7 環(huán)氧瀝青（結(jié)合料）生產(chǎn)和運輸?shù)臅r間限制

3.2.2.2 由于本項目實施環(huán)境溫度較低，對運料車采用碎石預(yù)熱方法進行預(yù)熱，并在車廂內(nèi)與混合料接觸的部位，涂一層植物油作為隔離劑，保證混合料質(zhì)量；運料車廂頂用帆布及棉被覆蓋，已經(jīng)離析或結(jié)成團塊或在運料車卸料后滯留于車上的混合料，以及低于、高于規(guī)定溫度或被雨水淋濕的混合料都予廢棄。

3.2.2.3 調(diào)度員根據(jù)容許卸料時間范圍確定每一料車的具體卸料時刻和卸完時刻，根據(jù)前后幾車的具體卸料時間范圍確定料車先后卸料順序，并通知攤鋪機管理員。攤鋪機管理員再根據(jù)料車具體卸料時間范圍、混合料的重量、攤鋪寬度、攤鋪厚度確定攤鋪機的行進速度。

3.2.2.4 環(huán)氧瀝青混合料攤鋪前，應(yīng)預(yù)先在攤鋪機及運料車行走的輪跡處人工鋪撒少量環(huán)氧瀝青混合料熱料，以防止車輛在行走過程中出現(xiàn)粘輪現(xiàn)象，破壞粘結(jié)防水層結(jié)構(gòu)；且要預(yù)熱攤鋪機，預(yù)熱溫度在110～120℃之間，為防止局部過熱，采用斷續(xù)加熱的方式加熱。

3.2.2.5 環(huán)氧瀝青混合料攤鋪時，將松鋪系數(shù)初步擬定為1.15，攤鋪過程中每10m測一次松鋪厚度，并且螺旋布料器中的料位以略高于螺旋布料器2/3為宜，避免攤鋪層出現(xiàn)離析；設(shè)專人計算并控制攤鋪速度，根據(jù)供料能力及各料車送料單的“容許卸料時間范圍”進行及時調(diào)整，以控制不停機、不超時；專人負責不間斷翻動螺旋布料器兩端和中間部分易產(chǎn)生“死料”的地方，有效預(yù)防“死料”的產(chǎn)生。環(huán)氧瀝青混合料攤鋪厚度應(yīng)均勻，誤差范圍在最終厚度的40±2mm內(nèi)。

3.2.2.6 碾壓應(yīng)緊跟攤鋪機進行。碾壓過程分為初壓、復(fù)壓、終壓三個階段進行。壓路機碾壓組合及碾壓遍數(shù)如表8所示。初次壓實應(yīng)在混合料溫度下降至80℃之前完成，終壓在溫度下降至60℃之前完成。

表8 壓路機組合及碾壓遍數(shù)

4 結(jié)論

本文通過對合肥市快速路鋼箱梁橋環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝及施工工藝進行研究，得到以下結(jié)論：

a）環(huán)氧瀝青混凝土具有優(yōu)異的路用性能，針對城市快速路鋼箱梁鋪裝，可以選擇下層環(huán)氧瀝青混凝土上層改性瀝青混凝土形式；

b）環(huán)氧瀝青混凝土施工過程中應(yīng)密切注意時間與溫度兩個關(guān)鍵因素，拌合前后均采用普通瀝青混合料沖洗管路與拌缸，其施工工藝控制相對比較容易，而且由于其拌合溫度低，不僅僅可以采用普通瀝青拌合樓拌制，而且還可以在環(huán)境溫度較低的情況下實施，可以滿足市政工程小規(guī)模冬季施工等苛刻要求。

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