易幼秋 王大明
摘 要:本文結(jié)合實(shí)際工程分析鋼橋面鋪裝材料的基本特性,簡(jiǎn)要介紹鋼橋面鋪裝常用材料,并分析常見(jiàn)鋼橋面鋪裝方案的優(yōu)缺點(diǎn),最后介紹常見(jiàn)鋼橋面鋪裝的應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞:橋梁工程; 鋼橋面鋪裝; 鋪裝材料; 鋪裝優(yōu)缺點(diǎn); 應(yīng)用
中圖分類(lèi)號(hào):U443.31? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? 文章編號(hào):1006-3315(2021)12-161-003
自大跨度橋梁建設(shè)以來(lái),具有架設(shè)方便、跨越能力強(qiáng)、工業(yè)制造程度高等優(yōu)點(diǎn)的鋼箱梁橋在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。鋼橋面鋪裝是鋼橋梁工程的一部分,鋼橋梁跨徑越大,鋪裝的變形協(xié)調(diào)性要求越高,大跨徑橋梁建設(shè)施工難度越大。鋼橋面鋪裝層的作用是保護(hù)鋼橋面板,為車(chē)輛提供行駛條件,一般由防銹層、保護(hù)層、粘結(jié)層及磨耗層等構(gòu)成。因鋼橋面架設(shè)的環(huán)境及其自身材料和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,致使鋼橋面承受的荷載比一般道路路面多變、復(fù)雜,如風(fēng)載、鋼板面與鋪裝材料的溫度差異、鋼板局部變形等。故鋼橋面鋪裝的強(qiáng)度要求更高,其疲勞耐久性及鋼板與鋪裝協(xié)同工作等性能要求更好。車(chē)輛直接在鋼橋面鋪裝上行駛,鋼橋面鋪裝的質(zhì)量直接影響到司乘人員的舒適性、安全性和整座橋梁的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和投資效益。
1.鋼橋面鋪裝材料應(yīng)具備的基本特性
正交異性鋼橋面板構(gòu)造復(fù)雜、受力形式特殊,且正交異性鋼橋面板蓋板的下部縱、橫加勁肋兩個(gè)方向的剛度及變形的差異都非常顯著,而蓋板的剛度小、變形大,所以鋼橋面鋪裝的變形協(xié)調(diào)能力需要足夠好,才能使鋼橋面板與鋪裝共同協(xié)調(diào)工作,滿足其耐久性要求;如果鋼箱梁橋面防腐不到位,很容易生銹、腐蝕;在車(chē)輛、氣候、車(chē)輛漏油等綜合因素的作用下,鋪裝層的強(qiáng)度會(huì)嚴(yán)重下降,從而導(dǎo)致各種路面病害[1],如車(chē)轍、松散、坑槽等。
因此,鋼橋面鋪裝材料需要具備以下基本特點(diǎn):
(1)強(qiáng)度高、自重輕。橋梁在設(shè)計(jì)時(shí),要求其主梁的厚度小、自重小,因鋼箱梁橋面板具備以上特點(diǎn),故被廣泛應(yīng)用于橋梁工程中。若鋪裝厚度及自重過(guò)大,鋼橋承受荷載增加,鋼橋設(shè)計(jì)難度便增大[2]。因此鋼橋面鋪裝應(yīng)選用輕質(zhì)高強(qiáng)的材料。
(2)界面抗剪能力強(qiáng)。為避免在行車(chē)過(guò)程中鋪裝層與層之間,鋪裝層與鋼板之間出現(xiàn)層間推移破壞[3],其不同材料的界面間的抗剪切能力需足夠強(qiáng),這是鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
(3)優(yōu)異的水穩(wěn)定性和溫度敏感性。在濕潤(rùn)和干燥的連續(xù)循環(huán)作用下,粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度下降,骨料容易從粘結(jié)劑上剝落,造成路面的破壞,如坑洞、變形等。而在冬季,隨著氣溫的不斷下降,累積的溫度應(yīng)力達(dá)到鋼橋面鋪裝的低溫破裂溫度[4],鋪裝路面表面出現(xiàn)裂縫,隨著雨水的進(jìn)入,會(huì)造成更多的病害。
(4)鋪裝需具有與鋼橋面板良好的協(xié)同工作能力。鋼橋面是一種柔性體系,剛度較小,在反復(fù)荷載作用下,其變形幅度大、頻率高[5],而鋪裝相對(duì)剛度較大,彈性變形較小,為保證鋼橋梁鋪裝體系在其使用壽命下能夠正常運(yùn)行,鋼橋面鋪裝與鋼橋面板需有良好的協(xié)同工作能力,以避免疲勞作用下鋪裝層與鋼橋面板變形不協(xié)調(diào)而開(kāi)裂,從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的后期病害。
(5)耐久性優(yōu)。鋪裝層的耐久性越好,橋面鋪裝壽命與鋼橋結(jié)構(gòu)使用壽命的匹配度越高,維修次數(shù)越少。鋼橋面鋪裝組成復(fù)雜,破壞后維修難度大,影響交通。為減少維修次數(shù)和經(jīng)濟(jì)損失,鋪裝材料的耐久性能要求高。
(6)施工方便。因橋梁一般架設(shè)于江河之上,施工環(huán)境多變,鋼橋面鋪裝施工工藝尤為重要,且鋼橋面板為吸熱材質(zhì),夏天溫度較高,冬季溫度較低,故其材料需便于施工。
2.常用鋼橋面鋪裝方案
鋼橋面鋪裝技術(shù)研究一直是一項(xiàng)世界性難題,因?yàn)槠洳牧蠈?duì)溫度敏感性、對(duì)疲勞開(kāi)裂有嚴(yán)格的要求,在與鋼板協(xié)同工作時(shí),對(duì)協(xié)調(diào)變形、層間粘結(jié)有很高的要求,同時(shí)其施工條件也極為嚴(yán)格,而且運(yùn)作后對(duì)排水系統(tǒng)的要求也較嚴(yán)格[6]。我國(guó)對(duì)鋼橋面鋪裝技術(shù)的研究始于1995年,比美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)及日本晚二十多年。目前,世界上主要的鋼橋面鋪裝方案依照材料和施工方法差異進(jìn)行分類(lèi),有:改性瀝青SMA方案(德國(guó)、中國(guó));澆注式瀝青混凝土(GA、MA)方案(德國(guó)、英國(guó));環(huán)氧樹(shù)脂瀝青混凝土(EA)方案(美國(guó)、日本);超高性能混凝土UHPC鋼橋面鋪裝體系(中國(guó))。
3.常見(jiàn)鋪裝類(lèi)型的優(yōu)缺點(diǎn)
改性瀝青[7]作為混合料的粘結(jié)劑,是在基質(zhì)瀝青的基礎(chǔ)上引入改性劑,經(jīng)過(guò)化學(xué)作用和加工而改良的瀝青,根據(jù)不同的性能要求,可在基質(zhì)瀝青中引入橡膠類(lèi)聚合物、樹(shù)脂類(lèi)聚合物或其余外摻劑。
澆筑式瀝青混凝土本質(zhì)上也是一種改性瀝青混合料,在控制鋼橋面鋪裝低溫抗裂、延性及防水性能方面具有良好的作用,其最大的特點(diǎn)是流動(dòng)性大,澆注式鋪裝的施工可以通過(guò)簡(jiǎn)單的攤鋪和平整來(lái)完成[8],根據(jù)組成和工藝的不同,澆注式瀝青混合料可分為Mastic Asphalt(MA)和Guss Asphalt(GA)兩種類(lèi)型。
環(huán)氧樹(shù)脂瀝青混凝土(EA)是由環(huán)氧樹(shù)脂瀝青結(jié)合料和級(jí)配要求合格的礦料,經(jīng)過(guò)加工工藝制成的熱固性混凝土材料。
超高性能混凝土UHPC是目前應(yīng)用較少的新型水泥基復(fù)合材料[9],其具有優(yōu)良的強(qiáng)度、耐久性能和超高韌性,可以適應(yīng)多種工程需求。
常見(jiàn)鋼橋面鋪裝方案優(yōu)缺點(diǎn)如表1:
4.常見(jiàn)鋪裝類(lèi)型應(yīng)用情況
雖然現(xiàn)階段SMA在中國(guó)廣泛用于鋼橋面鋪裝,但一直以來(lái)病害不斷,路面經(jīng)常需要維修,影響交通。隨后,中國(guó)引進(jìn)了澆筑式瀝青混凝土鋪裝技術(shù),并應(yīng)用于臺(tái)灣新東大橋和高平大橋。同時(shí),將MA+SMA路面結(jié)構(gòu)應(yīng)用于深圳灣公路大橋和昂船洲大橋,其應(yīng)用效果良好。目前國(guó)內(nèi)的澆筑式瀝青混凝土鋪裝技術(shù)多數(shù)采用GA+SMA路面結(jié)構(gòu),如江陰長(zhǎng)江大橋、山東勝利黃河公路大橋以及安慶長(zhǎng)江大橋等。從南京長(zhǎng)江大橋開(kāi)始,我國(guó)鋼橋面鋪裝嘗試采用環(huán)氧瀝青混凝土,之后潤(rùn)揚(yáng)大橋北汊橋、潤(rùn)揚(yáng)大橋南汊橋及南京長(zhǎng)江三橋等也陸續(xù)采用環(huán)氧瀝青混合料進(jìn)行鋼橋面鋪裝。我國(guó)研發(fā)出UHPC鋪裝體系后,便應(yīng)用于鋼橋面的翻修及整座鋼橋面的鋪裝,目前各鋼橋面鋪裝應(yīng)用良好。表2-表5分別為四種常用鋼橋面鋪裝方案的實(shí)際工程應(yīng)用。
5.結(jié)論與展望
近年來(lái)出現(xiàn)了一些新型鋼橋面鋪裝材料,比如超高性能混凝土,其施工工藝相對(duì)單一,對(duì)設(shè)備和施工環(huán)境要求低?;谖覈?guó)橋梁破壞的特點(diǎn),相關(guān)學(xué)者提出了新的組合式鋪裝技術(shù),簡(jiǎn)稱(chēng)ERS鋪裝技術(shù)。在常溫條件下,性能發(fā)揮良好,且可在高溫作用下增強(qiáng)鋪裝材料和鋼板的粘結(jié)性能,防止外部車(chē)輪荷載造成鋪裝層間滑移。這些新型鋼橋面鋪裝技術(shù)有很大研究潛力,應(yīng)受到研究者的重視,使其在鋼橋面鋼鋪裝方面得到更為廣闊的發(fā)展與應(yīng)用。
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