許 龍, 彭馨彥

(1.廣州市市政工程維修處有限公司, 廣州 510100； 2.廣州市市維新材料科技有限公司, 廣州 510663)

國內(nèi)外常用的鋼橋面鋪裝方案主要有雙層SMA類、澆注式類、環(huán)氧類、高強混凝土類和組合類[1]。然而，在實際應(yīng)用過程中，上述各類鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)體系均未能達到預(yù)期的使用效果，在使用年限內(nèi)出現(xiàn)了不同程度的破壞現(xiàn)象：①采用澆筑式或改性SMA瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)的橋面系，通車后不久出現(xiàn)較為嚴重的高溫車轍和疲勞破壞等病害；②環(huán)氧瀝青體系的鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，施工工藝復(fù)雜，環(huán)氧瀝青混凝土價格昂貴，施工窗口期短，較多早期病害，且病害一旦形成，由于環(huán)氧材料的強度高，不便于養(yǎng)護維修；③高強混凝土鋼橋面鋪裝施工工藝復(fù)雜，混凝土收縮裂縫問題，焊接剪力釘會對鋼板產(chǎn)生應(yīng)力集中，后期養(yǎng)護維修困難[2]。同時，近年來對鋼橋面鋪裝層的功能性提出了更高的要求，例如鋪裝層的早期抗滑性能，對瀝青混凝土鋪裝材料提出了更高要求[3]。

近年來GT TECH高性能瀝青混凝土作為新型高韌、降噪型薄層鋪裝結(jié)構(gòu)，在市政與高速公路使用較多，且應(yīng)用較為成功[4]。為適應(yīng)鋼橋面的協(xié)同變形、與橋面高溫環(huán)境，需進一步進行混合料級配設(shè)計改進。本文以廣州番禺光明大橋鋼橋面鋪裝工程為依托，開展GT TECH高性能瀝青混凝土在鋼橋面鋪裝施工關(guān)鍵技術(shù)研究。

1 工程概況

番禺區(qū)光明大橋是廣州市第一座、廣東省內(nèi)第二座直升式開啟橋，還是廣東省內(nèi)最大跨徑、最大提升重量的開啟橋。光明大橋北接長堤西路，南連南堤路，橋頭兩側(cè)與被交路均采用平交，大橋全長115.857 m，主橋主跨53.6 m，橋?qū)?4 m，采用雙向4車道。主跨采用正交異性鋼箱梁結(jié)構(gòu)，具有強度高、自重輕、架設(shè)方便、施工周期短等技術(shù)特點。鋼箱梁橋面鋪裝是橋梁的重要組成部分，選擇合適的鋪裝結(jié)構(gòu)直接影響著行車的安全性、舒適性和橋梁的耐久性[5]。

2 氣候和環(huán)境條件

番禺區(qū)光明大橋位于廣州中南部，屬亞熱帶海洋性季風氣候，氣溫受偏南季候風影響，高溫潮濕多雨，夏季多臺風，7～9月為最多[6]。年平均氣溫22.1 ℃,1月份平均氣溫12 ℃，夏季最高氣溫38.4 ℃。年平均降水量為1 633 mm，多集中在4～9月?？紤]到鋼箱梁屬密閉結(jié)構(gòu)散熱差，與光明大橋相隔20多公里的虎門大橋夏季高溫期實測鋼橋面鋪裝的溫度可達到70 ℃[7]。結(jié)合光明大橋周邊的交通情況，光明大橋交通荷載主要以中輕交通荷載為主[6]。根據(jù)以上資料，確定光明大橋鋼橋面鋪裝層材料的設(shè)計溫度范圍為10～70 ℃，因此，鋪裝層材料的耐高溫性能是鋪裝層設(shè)計考慮的主要因素。

3 鋪裝設(shè)計方案

光明大橋鋼橋面鋪裝工程中，采用了雙層高性能瀝青混合料GT-10結(jié)構(gòu)層，綜合考慮標高恢復(fù)、罩面平整度控制、以及不過多增加原橋面恒載等多方面因素，確定鋪裝層總厚度50 mm，結(jié)構(gòu)組成為：上面層30 mm高性能瀝青混凝土GT10+粘結(jié)層+下面20 mm高性能瀝青混凝土GT10+防水粘結(jié)層。高性能瀝青混凝土GT10以GT TECH高粘高彈改性瀝青(PG-100型)為膠結(jié)料，采用特殊的骨架密實型級配，具有良好的高溫穩(wěn)定性、抗疲勞開裂性、耐久性、抗?jié)B性能、抗滑性能和降噪功能[4]。選用環(huán)氧樹脂粘層油，與鋼橋面板黏結(jié)性能強[8]。

圖1 鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)示意圖

4 鋪裝材料

4.1 高粘高彈改性瀝青

高性能瀝青混凝土GT10膠結(jié)料采用GT TECH高粘高彈瀝青，其技術(shù)指標及試驗結(jié)果見表1。試驗結(jié)果表明GT TECH高粘高彈瀝青可以提供比普通改性瀝青更強的對集料骨架的約束能力，以抵抗集料顆粒之間的相對移動和剪切變形，提高鋪裝層的整體穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性。

表1 GTTECH高粘高彈瀝青技術(shù)要求和試驗結(jié)果

4.2 環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑

環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑由兩組成分組成：主劑和固化劑。將主劑和固化劑溫度控制在30 ℃，按50∶50的重量比拌合3 min，養(yǎng)生固化后的環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑性能如表2所示。

表2 粘結(jié)層養(yǎng)生固化后的物理性能和技術(shù)指標

4.3 集料

高性能瀝青混合料GT10的粗集料采用河源芙蓉石場生產(chǎn)的輝綠巖碎石，其技術(shù)指標見表3。細集料為河源芙蓉石場生產(chǎn)的輝綠巖，礦粉采用石灰?guī)r礦粉，其技術(shù)指標及檢測結(jié)果見表4、表5。

表3 粗集料技術(shù)指標要求

表4 細集料技術(shù)指標要求

表5 礦粉技術(shù)指標要求

5 鋼橋面鋪裝層施工

5.1 鋼橋面噴砂除銹和防腐施工

光明大橋鋼橋面板采用真空無塵拋丸機進行噴砂除銹，緊接著進行環(huán)氧富鋅漆的施工?，F(xiàn)場根據(jù)設(shè)計要求檢測除銹后的鋼板表面的清潔度和粗糙度，表面的清潔度達Sa2.5級，粗糙度達到80～140 μm。環(huán)氧富鋅漆施工后，要求環(huán)氧富鋅漆足夠的養(yǎng)生時間，使漆膜完全固化，防止環(huán)氧富鋅漆中殘留物損害鋪裝層，保證環(huán)氧富鋅漆與鋼板結(jié)合力≥6.0 MPa。養(yǎng)護期間嚴禁非施工人員進入封閉區(qū)域，施工人員進入封閉區(qū)域時，穿戴干凈的鞋套并保護好已完工作面，嚴禁二次污染。

5.2 粘結(jié)層施工

環(huán)氧粘結(jié)劑涂布前，保證涂布的基面干燥、潔凈、無油污等。施工前掌握天氣情況，遇降雨、氣溫低于10 ℃時等不良天氣時，嚴禁涂布作業(yè)。

主劑和固化劑的現(xiàn)場攪拌溫度控制在20～30 ℃為宜，采用機械攪拌均勻。防水粘結(jié)層的施工采用人工使用滾筒毛刷涂布，嚴格控制標距，保證涂布均勻。環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑主劑和固化劑從混合后到涂布結(jié)束必須在規(guī)定時間內(nèi)完成，見表6。

表6 環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑的可使用時間

防水粘結(jié)劑涂布后，對防水粘結(jié)層應(yīng)進行養(yǎng)生，有效養(yǎng)生期見表7。養(yǎng)生時間過長會導(dǎo)致粘結(jié)力下降，一旦超過有效期，需重新涂布粘結(jié)劑。

表7 環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑的養(yǎng)生天數(shù)參考表

5.3 高性能瀝青混合料配合比設(shè)計

高性能瀝青混合料的礦料級配設(shè)計，借鑒骨架密實型瀝青混合料的優(yōu)點與設(shè)計方法[9]，通過控制VCAmix≤VCADRC和有效瀝青膜厚度≥15 μm，保證GT10瀝青混合料的抗車載性能和耐疲勞性能[10]。通過控制關(guān)鍵篩孔2.36的通過率，確保礦料間隙率VMA≥17%，控制關(guān)鍵篩孔0.075的通過率，保證瀝青混合料空隙率VV在3%～5%。GT10礦料級配與瀝青用量應(yīng)符合表8的要求, 為滿足鋪裝下層的協(xié)同變形與抗疲勞性能，可選擇級配中線偏上的曲線；為提高抗滑性能，上層選擇級配中線偏下的曲線。

表8 高性能瀝青混合料GT10級配要求

5.4 高性能瀝青混合料拌合與運輸

GT TECH高粘高彈瀝青60 ℃動力粘度遠遠大于普通SBS改性瀝青[11]，生產(chǎn)前GT TECH高粘高彈加熱溫度180～190 ℃，為適應(yīng)生產(chǎn)需要，需對生產(chǎn)拌合機進行適當改造。為了使瀝青升溫過程受熱均勻，避免造成改性成分分解而影響瀝青質(zhì)量，瀝青罐增設(shè)轉(zhuǎn)速為50 rpm攪拌裝置。同時生產(chǎn)中適當延長濕拌攪拌時間，保證混合料攪拌均勻性。為穩(wěn)定混合料級配比例，為了控制關(guān)鍵篩孔和超粒徑骨料，對拌合機的篩機調(diào)整設(shè)置4 mm、6 mm和10 mm篩網(wǎng)。應(yīng)安排專人觀察高性能瀝青混合料的出料情況，實時觀察生產(chǎn)的混合料是否攪拌均勻，有無色澤昏暗、結(jié)團、花白料等情況，如出現(xiàn)上述情況，應(yīng)及時廢棄。

溫度控制是高性能瀝青混合料質(zhì)量控制的重點，高性能瀝青混凝土溫度控制范圍見表9。結(jié)合瀝青拌合樓與光明大橋的施工距離30 km，光明大橋附近交通狀況，應(yīng)加強前后場的聯(lián)系，選擇合適的時間生產(chǎn)混合料，適當提高出料溫度，做好運輸過程中的混合料的保溫措施，保證鋼橋面鋪裝高性能瀝青混合料GT10的溫度在合適范圍。運料車尾部宜加焊側(cè)板，減少卸料時離析現(xiàn)象的發(fā)生。為避免運輸車對粘層油的破壞，運料車輪胎胎面花紋要清晰，禁止使用光輪或磨耗嚴重的輪胎，運輸車到達施工現(xiàn)場應(yīng)在專門區(qū)域進行清潔。

表9 高性能瀝青混凝土溫度控制范圍(℃)

5.5 高性能瀝青混合料攤鋪與碾壓

攤鋪前1 h對界面進行清潔、干燥。提前1 h對攤鋪機進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度100 ℃以上。采用兩臺福格勒攤鋪機成梯隊進行攤鋪，兩機間距控制在5～10 m之間，兩機搭接寬度在10～20 cm。GT10混合料粘度較大，一般不允許人工找補，若缺陷嚴重，應(yīng)在技術(shù)人員指導(dǎo)下予以鏟除補換。攤鋪作業(yè)厚度控制采用非接觸式平衡梁和插針法配合使用，做到隨時監(jiān)測松鋪厚度，發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)整。攤鋪機的攤鋪速度，應(yīng)根據(jù)施工機械配套情況及攤鋪厚度予以調(diào)整，一般應(yīng)控制在2～4 m/min，做到緩慢、均勻、連續(xù)攤鋪。攤鋪時熨平板應(yīng)采用中強夯等級，使鋪面的初始壓實度不小于90%。攤鋪機熨平板必須拼接緊密，不許存有縫隙，防止卡入粒料將鋪面拉出條痕。

碾壓應(yīng)緊跟攤鋪機，保證碾壓溫度滿足要求，碾壓機具組合方式見表10。碾壓應(yīng)遵循緊跟、慢壓的原則進行，壓路機的輪跡應(yīng)重疊1/3～1/4碾壓寬度。碾壓時，設(shè)專人檢查松鋪厚度、碾壓順序、碾壓遍數(shù)、碾壓速度及碾壓溫度。GT10瀝青含油量較高，嚴禁使用膠輪壓路機，防止過壓鋪裝層泛油。碾壓終了，鋪裝層溫度降至50 ℃以下，可開放交通。

表10 碾壓組合方式

5.6 質(zhì)量控制及檢測

鋼橋面鋪裝施工質(zhì)量的控制采用工序控制方法，同時，對鋪裝材料、混合料及每一鋪裝層采用質(zhì)檢控制方法，檢測并證實鋪裝施工控制效果。只有在上一層工序檢驗合格后，才能進行下一道工序的施工。

施工完成后，對光明大橋鋼橋面鋪裝層的平整度、摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度、滲水系數(shù)、拉拔強度、壓實度、噪聲等路用性能指標進行檢測，檢測結(jié)果見表11。表面GT10鋼橋面鋪裝平整度好，抗滑性能好，能保證行車的舒適性和安全性。

表11 光明大橋鋼橋面鋪裝工程檢測結(jié)果

6 結(jié)語

通過依托工程的實踐研究，采用雙層GT-10混合料設(shè)計方案適用于鋼橋面鋪裝層力學(xué)特征與路用性能需求，高粘高彈改性瀝青配合體積法設(shè)計的抗疲勞為主的下層級配、抗滑性能為主的上層級配，可以充分發(fā)揮鋼橋面鋪裝層的變形協(xié)同性能與路表功能優(yōu)勢。結(jié)合橋面板噴砂除銹和防腐工藝、環(huán)氧樹脂粘結(jié)層施工、瀝青混合料拌合與運輸、攤鋪與碾壓等環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)控制，最終實現(xiàn)鋼橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)的優(yōu)良交驗標準。運營一年以來，鋪裝層路用性能良好。對于中輕交通荷載下的鋼橋面養(yǎng)護與鋪裝，GT10瀝青混凝土施工工藝較傳統(tǒng)環(huán)氧瀝青混凝土相對簡單，且施工窗口期更長，工程成本較低，可為鋼橋面鋪裝建設(shè)與養(yǎng)護提供一種新的方案。