浦东建设的钢箱梁桥面铺装技术解决方案

目的 现代意义的钢桥面是指在桥面板的底面用纵肋和横肋补强的钢桥面板，它直接承受汽车轮胎的荷载，同时作为主梁、横肋、纵肋的组合体而发挥作用，是一种效率很高的结构，因主梁、横肋、纵肋在垂直方向互相交织，形成网络状承重结构物，与上部的钢板共同称为正交异性钢箱梁桥面板。其具有自重轻、箱梁侧向抗风能力强的优点，在现代桥梁建设特别是大跨径桥梁建设中被广泛采用。 由于钢桥面板是焊接固定在正交异性结构梁和纵肋上，并且钢桥面体系柔性大、易挠曲，在车辆荷载、温度荷载作用下的变形和受力特点与普通水泥混凝土桥梁具有非常明显的区别，在同一桥梁的不同部位，变形和受力也具有非常明显的区别。 因此，由于钢桥面铺装使用条件更为严酷，钢桥面铺装性能要求的程度与普通路面铺装及水泥混凝土桥面铺装是完全不同的。主要表现在以下几个方面： ① 钢桥面铺装受力状况更为复杂，铺装中产生的应力也更大。 钢桥的桥面为正交异性板结构，钢板的变形及受纵横加筋梁的限制及刚度差异，在车辆荷载的作用下，钢桥面在不同部位产生不同的变形，铺装层在不同部位的受力也不同，铺装的疲劳开裂问题更为严重。 ② 钢板吸热及传热能力强，夏季炎热时，桥面板的温度较水泥砼桥面板高20℃以上。 由于钢板吸热及传热快，因此在太阳直射及环境温度较高时，铺装底面、钢板表面最高温度可达60℃以上，加上铺装层所承受的太阳辐射热的积累，桥面铺装最高温度在60~70℃甚至更高的使用温度下，要求铺装层有更高的热稳性要求。 与传统水泥砼桥面不同的是钢板温度高，对铺装层与钢板间粘接层在高温下的结合力要求也较高，否则在高温下，桥面铺装也会因层间结合力不足而产生横向移动、推拥等病害。这也成为钢桥面铺装一个最为主要病害。 ③ 由于钢板的反复变形，对铺装层与刚板的结合力要求也更高。 在反复弯曲变形及振动作用下，因钢板的材料特性与铺装材料特性的不一致，界面上易产生法向应力（易引起脱层）及纵、横向剪切应力（易引起脱层及变形），这要求粘接层材料不只确保有较高的结合力而且要有良好韧性，以适应荷载的反复作用。 ④ 由于钢板极易快速生锈等原因，钢桥面铺装防护及防排水系统要求更加完善。 水渗透到钢板会使钢板腐蚀、生锈，既会损害桥面板，也会引起铺装脱层；同时，铺装层防腐油漆等材料被腐蚀，也会导致铺装的损坏。 此外，如果水长期存在于路面孔隙中，也会严重损坏铺装层沥青混凝土的性能，导致铺装层产生松散、坑槽等病害。 ⑤ 由于钢板变形量大，铺装层对桥面板变形的追从性要求更高。 对水泥砼桥面板而言，因沥青混凝土变形能力要大得多，基本上不存在铺装不能追从于桥面板变形而产生破坏的情况。钢桥面铺装则不同，钢箱梁整体变形、吊索及斜拉索之间桥面系的变形、U型加劲肋及横隔板间的钢板变形等，它们的变形量均较大（局部钢板变形可达0.1~0.4mm，横隔板间挠度也可达3~5mm等），铺装刚度大，特别是低温下铺装层变硬，变脆时，如不能追从于桥面板的变形，铺装层与钢板间会产生脱层病害，铺装在荷载作用下也会产生纵，横向开裂。 ⑥ 钢桥面铺装维修养护更加困难，要求桥面铺装的耐久性应更高 钢桥面铺装在产生纵横向开裂以后，采用路面上的封缝方式很难完全封闭，原因是裂缝产生后，裂缝处正好是铺装释放应力集中变形的部位，反复变形下，裂缝会再次产生。 因此，作为钢桥面结构保护层和交通相关功能层的沥青铺装难度较大。钢桥面铺装层的研究是目前整个钢桥结构的重要组成部分，国内外对此都付出了大量的努力。但国内有部分钢桥面铺装在实际使用一两年内就出现了病害，钢桥面铺装的研究依然具有研究价值。 若桥梁跨度不长，总体铺装层的预算有限的情况下，就必须选择一种相对廉价并耐久的铺装形式与结构形式。上海浦东路桥建设股份有限公司结合国内外成功与失败的钢桥面铺装经验，制定了一种以双层特种沥青马蹄脂混合料（SMA）为核心的，辅以完整桥面防水措施的铺装体系，为钢箱梁的桥面铺装提供了完善的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 钢箱梁桥面铺装各方案对比 对于钢桥面铺装国内外也已经开展了大量的研究，比较成熟的技术分为以下三大类：环氧沥青混凝土铺装、浇筑式沥青混凝土铺装和SMA铺装。 毫无疑问，在现有钢桥面铺装技术中，环氧沥青混凝土铺装是国内外较为推崇的技术，其使用效果值得肯定。然而，其也具有较多地不足之处：由于环氧沥青混凝土在施工过程中要求条件较为苛刻，要求桥面不含任何杂质、尘埃和水分，否则这些物质会导致环氧沥青产生气泡，另外还有其它温度、运输等苛刻的使用要求。并且在施工完成后需两个月左右的时间才能开放交通，目前在我国使用过程中，因施工时控制问题造成的环氧沥青铺装失败占了近半数。本项目钢桥面通车时间较短，无法使用此技术。 浇筑式沥青混凝土虽然无须长时间养护，但其必须使用专用设备，其高昂的单次设备使用费也不适应本项目的小跨度钢桥面。同时，浇筑式沥青混凝土铺装时温度高达210~260℃，钢板受热变形，冷却时钢板与混合料速度不一，秋冬季施工尤其容易造成结构缺陷。另外，该材料虽然有着良好的低温抗裂性能，但不适应我国南方夏季持续高温的大陆季节性气候与严重超载情况。 在实际应用中，三种类型的铺装都有大量的应用实例，使用效果也各有不同。正如同普通路面沥青混凝土铺装要适应当地的气候、交通条件一样，钢桥面铺装虽然服役条件更为苛刻，但也要因地制宜，根据服役的气候条件、桥面变形特性和交通载荷来选择合适的铺装体系方案，同时也要兼顾性价比。 1、 特种SMA材料设计 以普通SMA为核心的钢桥面铺装体系具有一系列的优点，但也存在高温稳定性无法满足苛刻服役条件的缺点；采用高粘度改性沥青的SMA铺装克服了热稳性不足的弱点，但服役温度下（按 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 取60℃）的粘度与生产施工温度下（按规范取135℃）的粘度的不匹配导致施工难度显著增加，而目前常用应急措施如提高混合料温度、振动碾压等改善压实度的诸多手段均存在影响结合料、混合料质量的缺陷，导致室内设计指标无法在铺装施工中得以完美体现。 1.1 结合料要求及作用 如果需要解决高温稳定性等问题，通常的思路就是使用高粘度改性沥青，但是却不能同海沧大桥一样在超过200℃的情况下拌合碾压。这就需要一种能够在碾压时粘度较低、实际常温使用过程中粘度较高的特种高粘度改性沥青。 如果需要改善铺装层与钢桥面的粘结性、变形追从性等问题，则首先在施工中铺装层和钢桥面必须结合牢固，不可产生层间脱离等问题；其次，铺装层必须具有一定的抗裂性，可以在使用过程中跟随钢桥面板的变形而不产生裂缝；其三，铺装层必须起到防水作用，防止钢桥面生锈剥落引起层间结合问题。解决思路除了完善粘结、防水措施外，还是使用高粘度沥青马蹄脂填充石料骨架。高粘度沥青在具有良好高温稳定性的同时，具有良好的抗裂性及柔韧性。当在车辆荷载作用下，SMA石料骨架跟随钢桥面板产生微小幅变形时，包裹石料的沥青马蹄脂可视为弹性体，吸收变形应力，延缓裂缝产生，防止水的渗透。 因此，在夏季温度较高的地区，钢桥面铺装必须具备良好的高温稳定性，采用高粘度改性沥青势在必行。 成品高粘度改性沥青虽然性能较好，但135℃运动粘度同样较高，不适宜在钢桥面铺装上使用。 上海浦东路桥建设股份有限公司的RST直接投放式高粘度沥青改性剂能使改性沥青具有良好高低温稳定性，8%（内掺）的RST改性沥青60℃运动粘度大于20000Pa·s；135℃动力粘度仅2Pa·s；性能优势明显。同时，RST掺量的增加可以显著提高60℃动力粘度，但在135℃运动粘度上仅少量增加。并且，8~9%（内掺）的含量为RST改性沥青的突变区间，在此范围内，RST含量的微量增加都会使改性沥青性能产生较大提高。 1.2 纤维稳定剂的选择 SMA沥青混合料中一般所选用的纤维稳定剂有：木质素纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、矿物纤维等，其中最常用的是木质素纤维。 不同纤维材料具有不同的性能指标，因此会产生不同的适用性，对于路面性能改进也有不同的侧重： 1、木质素纤维虽然具有良好的稳定沥青结合料作用，但试验结果表明：木质素纤维的中空管吸收沥青中轻质组分较多，其一定程度上降低了沥青结合料的韧性。不适应钢桥面铺装使用。 2、矿物纤维无法稳定大量的沥青结合料，需减少沥青结合料含量使用，试验结果表明：矿物纤维较为“脆”，加筋作用及稳定沥青作用均较不明显。 3、聚丙烯腈纤维与聚酯纤维类似，通过纤维表面吸附沥青结合料达到稳定作用，加筋效果明显。但聚丙烯腈纤维密度更小，虽然能使混合料容许变形范围更大，但在抗推拥、抗车辙等抵抗变形能力上低于聚酯纤维，相比下聚酯纤维更适合应用于应力及变形均较大的钢桥面铺装。 2、 面向特殊应用环境的混合料 SMA是一种相对成熟的技术，施工无需专门设备，工艺相对简单。由于SMA的石-石嵌挤机构，使其拥有良好的高温稳定性，而大量的改性沥青玛蹄脂使SMA的低温抗裂性能亦不逊色。同时，SMA结构密水，大量的沥青玛蹄脂及密实-骨架结构使SMA具有一定的变形能力。 由于钢桥面铺装的苛刻条件，单层SMA结构往往无法同时满足变形追从性、粘结性、密水性、抗车辙等一系列要求。同时单层SMA结构厚度若太大不易压实，厚度太小又无法拥有良好变形性能而导致开裂。相对来说，双层SMA能够避免这样的问题，双层SMA结构的上、下两层分别作为面层、保护层。 下层保护层主要起到吸收钢桥面板的变形应力，具有较大的变形追从性能；同时隔离钢桥面表面温度对面层影响；粘结桥面，防止面层推移。因此，下层需要SMA混合料必须有着良好的抗高温车辙能力、抗低温开裂能力、抗疲劳破坏能力、抗变形能力。上层面层则起到抵抗钢桥面板变形；防止水分进入桥面；承载车辆碾压，同时提供抗滑性能。因此，面层材料的抗车辙、抗冻裂、抗变形能力也相当重要。 上海浦东路桥建设股份有限公司在几座钢桥面上进了施工，具体见下表。 表2-21 上海浦东路桥建设股份有限公司的钢桥面铺装 名称 施工时间 交通情况 铺装材料与结构 使用至今破坏情况 上海同济路 SW钢桥面匝道 2006年8月 重载交通 为上坡转弯匝道 防水层+粘结层 +50mm SMA-16+40mm SMA-13 未出现任何破坏；其对比段已出现裂缝 昆山正阳路 钢桥面 2007年4月 主要干道跨线桥 防水层+粘结层 +45mm SMA-13+35mm SMA-13 未出现任何破坏 上海A20与A12下立交U型箱梁铺装 2007年5月 重载交通 主要干道下立交车道 防水层+粘结层 +60mm SMA-16+40mm SMA-13 未出现任何破坏 苏州人民路、广济路北延钢桥面铺装 2008年9月 跨线桥 防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13 未出现任何破坏 苏州相城区悉尼钢桥面铺装 2009年5月 跨线桥 防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13 未出现任何破坏 上海中环线（浦东段）、浦东国际机场北通道、内环线等多座钢桥面 2009年 高架跨线桥 防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13 共计27500m2，未出现任何破坏           以上几座钢桥面铺装均使用完全静碾工艺，避免桥面振动造成压实度不足、粘结不良等问题，使用至今未发现任何破坏。这说明：只要具有良好的材料、合适结构形式、恰当的工艺，双层改性沥青SMA结构完全可以满足钢桥面铺装的要求。 浦东建设的铺装方案设计思想 1.  钢桥面铺装体系 钢桥面铺装体系，可分为桥面防腐体系、防水联结体系和铺装层等三个部分。上述三个部分中，桥面防腐体系承担着最为重要的功能，因为一旦防腐体系遭到破坏，桥面的结构强度就会受到直接的威胁；防水联结体系在钢桥面铺装体系中任务最繁重，一方面要在防腐体系之上为防止水的渗透与腐蚀加上双保险，另一方面它承担着将钢桥面板与沥青层，这两类无论是模量还是变形特性均有相当差异的材料联结为一个整体，共同承受交通载荷的交变作用；而铺装面层则在承担普通道路面层所应具备的承载、磨耗等功能之外，更为苛刻的温度环境与变形特性（与钢桥面板的变形协调性等）对它提出了更高的要求。这三个部分的统一协调，是钢桥面铺装体系成功与否的关键所在。应根据工程实际，对上述三个部分提出特殊要求与控制指标，以期达到理想的效果。 2.  特种SMA铺装施工工艺 理想的室内试验结果与设计思想要通过成熟而稳定的工艺来体现并贯彻实施，同时还要有一定的“容错性”来照顾公路行业较为粗放的现状以及劳动密集型的施工特点，以利于推广应用。 我国现行SMA施工规范推荐采用“高频、低幅”的方式来进行碾压保持了一致。但是钢桥面铺装的施工有其特殊性，与普通道路具有厚重稳定的基层不同，钢桥面板厚度较薄（1~2cm左右），容易变形，振动碾压过程中钢桥面板随之产生振动变形，大幅度的共振可能会造成沥青混凝土层本身的压实度、沥青混凝土层与钢桥面板间结合等受到影响，从而引起一系列病害的产生。表2-2中所述工程中产生的病害，与其采用的施工工艺应该有一定程度的关联关系。 主要结论 （1）RST改性沥青具有良好高低温性能，不但能满足路面需要，同时其高温下（135℃）粘度较低、常温下（60℃）粘度较高的特性，赋予了沥青混合料良好的热稳定性、施工和易性与可压实性。 （2）采用RST改性沥青结合料，完全可以使SMA沥青混合料在不振动碾压条件下压实，达到规定压实度、并且几乎无渗水的要求。通过对结合料粘度调整，使钢桥面的双层SMA铺装技术可以在静碾压实方式下达到良好的压实效果，防止振动压实引起的铺装层与桥面板粘结问题，以及防止高粘度沥青铺装层压实难度较高的问题。同时高粘度沥青及聚合物纤维的使用，使沥青混合料具有良好的柔韧性和变形追从性，满足钢桥面铺装的特殊要求。 以这种思路解决钢桥面双层SMA铺装技术的现有缺陷，为国内首创。 （3）环氧沥青具有良好的粘结性能，使桥面与铺装层结合牢固；同时整体防水粘结层能够有效防止桥面水的渗透。 钢桥面防锈防水体系的整体设计须根据路面铺装层的设计进行，完整可靠的钢桥面防锈防水工艺是保证钢桥面在使用过程中不发生锈蚀的关键。 推广及应用前景 本技术采用特殊的双层SMA铺装，辅以完整可靠的桥面防腐、防水粘结体系，解决了目前双层SMA铺装技术所具有的主要缺陷，具有一定的技术优势。 本技术相对环氧沥青混凝土铺装层、浇筑式沥青混凝土铺装层价格更低、施工更方便，获得了较高的社会效益和经济效益，同时积累了宝贵的实践经验，对钢桥面铺装施工有着重大的参考与指导意义。