王 滔， 方 彪， 王 民， 周 樂

(1.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司， 重慶 400067； 2.重慶市橋面鋪裝工程技術(shù)研究中心， 重慶 401336)

甌江北口大橋是溫州市連通南北的重要通道，是甬臺溫高速公路復(fù)線(寧波至東莞國家高速公路)的重點節(jié)點工程，對緩解甬臺溫高速公路交通壓力、改善行車條件，以及推進長江三角洲地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、加快浙江省東南沿海港口建設(shè)和海洋經(jīng)濟發(fā)展等具有重大意義[1-2]。

甌江北口大橋工程全長7 913 m，其中跨甌江主橋2 090 m，采用主跨2×800 m的3塔4跨雙層鋼桁梁懸索橋，如圖1(a)所示。大橋鋼橋面板參與主桁共同受力，其中頂板厚16 mm，U形加勁肋厚8 mm、上口寬30 mm、下口寬188 mm、高280 mm、標準間距600 mm，標準10 m節(jié)間順橋向間隔(3.33+3.34+3.33)m設(shè)一道倒T形橫梁[1-3]。上層橋公路等級為高速公路，雙向6車道，設(shè)計車速為100 km/h，設(shè)計荷載為公路-I級；下層橋公路等級為一級公路，雙向6車道，設(shè)計車速80 km/h，設(shè)計荷載為公路-I級，如圖1(b)所示。

單位：m

1 鋼橋面鋪裝方案論證及性能驗證

1.1 鋼橋面鋪裝使用特點及性能要求

根據(jù)甌江北口大橋上層橋的橋梁結(jié)構(gòu)特點、區(qū)域外部環(huán)境、運營階段交通環(huán)境、施工工期安排等，提出鋼橋面鋪裝使用性能要求，如表1所示。

表1 鋼橋面鋪裝使用特點及性能要求

1.2 鋼橋面鋪裝方案論證

甌江北口大橋上層橋鋼橋面鋪裝初步設(shè)計厚度為6.5 cm，綜合考慮UHPC組合結(jié)構(gòu)厚度高，溫拌環(huán)氧及冷拌樹脂類鋪裝(ERS、ERE、ECO)費用高、施工難度大等因素，難以滿足該項目使用特點及性能要求。結(jié)合我國鋼橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)及應(yīng)用現(xiàn)狀[4-16]，為提升組合結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)變形能力，降低行車荷載作用下層間剪應(yīng)力及磨耗層表面彎拉應(yīng)變，保障橋面鋪裝的使用耐久性，初步推薦了3.5 cm GA10+3.5 cm高彈改性瀝青SMA10、3.0 cm熱拌EA10+3.0 cm熱拌EA10、3.0 cm熱拌EA10+3.5 cm高彈改性瀝青SMA10三種鋪裝方案。從技術(shù)性能、施工條件、應(yīng)用情況、經(jīng)濟成本等方面進行分析，各方案的優(yōu)點和不足之處如表2所示。

表2 各鋪裝方案綜合性能對比分析

從表2可以看出，雙層熱拌EA方案成本高、后期養(yǎng)護難度大，熱拌EA+SMA方案存在類似風(fēng)險，與GA+SMA方案相比優(yōu)勢不明顯。綜合甌江北口大橋上層橋使用條件及耐久性質(zhì)量目標，選擇了目前應(yīng)用規(guī)模大、技術(shù)成熟，且質(zhì)量可靠度高的鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，即3.5 cm GA10+3.5 cm高彈改性瀝青SMA10鋪裝方案。

1.3 正交異性鋼橋面鋪裝體系剛度驗算

對正交異性鋼橋面板剛度驗算時，采用鋼橋面板頂面最不利荷載位置處的最小曲率半徑R、縱向加勁肋間相對撓度Δ兩項指標進行評價，其計算公式如下[17]：

(1)

Δ=KΔΔ0

(2)

式中：KR為布載差異曲率半徑修正系數(shù)，按公式(3)計算：

(3)

式中：b為縱向加勁肋板間距，取300 mm；d為驗算荷載單輪橫向接地寬度，取200 mm；Δ0為兩端固結(jié)梁在均布荷載作用下跨中產(chǎn)生的撓度理論值，mm，按公式(4)計算：

(4)

式中：p為驗算荷載的接地壓力值，標準驗算荷載取0.81 MPa；Ei為鋼橋面頂板或鋪裝材料的彈性模量，i=1、i=2、i=3依次對應(yīng)鋼橋面頂板、保護層、磨耗層的彈性模量，分別取2.1×105MPa、500 MPa、350 MPa；hi為鋼橋面頂板或鋪裝結(jié)構(gòu)層的厚度，i=1、i=2、i=3依次對應(yīng)鋼橋面頂板、保護層、磨耗層的厚度，分別為16 mm、35 mm、35 mm；kt為理論計算的荷載折減系數(shù)，取0.5；Kμ為動載系數(shù)，取1.3；KΔ為撓度布載差異修正系數(shù)，按公式(5)計算：

(5)

針對3.5 cm GA10+3.5 cm高彈改性瀝青SMA10鋪裝方案，采用上述公式對正交異性鋼橋面板剛度進行驗算，結(jié)果如表3所示。

表3 行車道鋼橋面鋪裝方案剛度驗算結(jié)果

從表3驗算結(jié)果可以看出，縱向加勁肋間相對撓度Δ遠小于0.4 mm，最小曲率半徑R均遠大于20 m，表明3.5 cm GA10+3.5 cm高彈改性瀝青SMA10鋪裝方案滿足行車荷載作用下的基面剛度要求。

1.4 鋼橋面組合結(jié)構(gòu)性能驗證

對3.5 cm GA10+3.5 cm高彈改性瀝青SMA10鋪裝方案組合結(jié)構(gòu)性能進行驗證，其中動穩(wěn)定度和五點彎曲疲勞試件按照鋪裝實際層次和厚度成型，拉拔黏結(jié)強度和剪切強度試件包括鋼板、防腐層、防水黏結(jié)層和保護層。各項性能指標測試及計算結(jié)果如表4所示。

表4 行車道鋼橋面鋪裝方案組合結(jié)構(gòu)性能驗證結(jié)果

2 鋼橋面鋪裝方案優(yōu)化設(shè)計

2.1 行車道

表3驗算結(jié)果和表4驗證結(jié)果表明，推薦的3.5 cm GA10+3.5 cm高彈改性瀝青SMA10鋪裝方案滿足甌江北口大橋上層橋鋼橋面鋪裝使用要求。結(jié)合行業(yè)規(guī)范及以往工程經(jīng)驗[9，11-13，17]，對鋪裝方案進行優(yōu)化設(shè)計，具體鋪裝結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖2(a)所示。

(a) 行車道

2.2 中央分隔帶

中央分隔帶無行車功能，只考慮密水性和耐久性；同時，為了避免中央分隔帶積水，確定中央分隔帶鋪裝厚度比行車道鋪裝厚度高0.2 cm，即采用MMA防水體系+7.2 cm GA10鋪裝方案，具體鋪裝結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖2(b)所示。

2.3 防排水構(gòu)造

甌江北口大橋鋼橋面板橫坡為2%、縱坡≤2.5%，橋面鋪裝采用等厚攤鋪工藝，路表水通過橫坡和縱坡流向踢腳擋板槽口，并通過檢修道外側(cè)截流槽排出。

為了便于層間水排出，橋面鋪裝邊緣與踢腳擋板接觸的部位設(shè)置15 mm～25 mm寬的預(yù)留縫，在接縫底部防水層上表面鋪設(shè)Φ10～Φ12螺旋排水管(在踢腳擋板槽口底部打孔，螺旋排水管穿過所打孔，將水排至檢修道，通過截流槽排出)，再填充粒徑3 mm～5 mm碎石，高度45 mm±5 mm，最后將填縫料填充在碎石上部并與瀝青路面頂面平齊，如圖3所示。

(a) 路緣側(cè)防排水構(gòu)造

待SMA施工完成后，在中央分隔帶護欄附近的SMA表面涂刷20 cm寬的改性乳化瀝青，避免后期服役過程中雨水下滲導(dǎo)致層間脫層破壞。

甌江北口大橋鋼橋長2 090 m，GA與SMA均難以單幅一次性鋪筑完成。GA存在橫向和縱向施工縫，為使鋪裝層之間形成良好的結(jié)合及防水，在澆注式瀝青混合料的縱、橫向施工縫側(cè)面粘貼瀝青貼縫條。SMA采用雙機聯(lián)鋪工藝，單幅分2次鋪筑，橫向施工縫設(shè)置在中塔中心線位置，橫向施工縫涂刷改

性乳化瀝青，用量為0.30 kg/m2～0.70 kg/m2；待SMA施工完成后，在中塔中心線及左右各5 m處進行人工切縫(縫寬4 mm～6 mm、深35 mm)，如圖4所示，然后填充填縫料并與路面齊平，避免后期服役過程中施工縫開裂及雨水下滲。

單位：mm

2.4 鋪裝材料關(guān)鍵控制指標

為保障及提升甌江北口大橋上層橋鋼橋面鋪裝施工質(zhì)量，在行業(yè)標準要求的基礎(chǔ)上[17]，通過性能優(yōu)化研究，對部分材料的關(guān)鍵控制指標提出了更高要求。

1) 為提升GA的低溫性能和高溫穩(wěn)定性，結(jié)合料采用聚合物改性瀝青，且軟化點不低于90 ℃。

2) 為保障組合結(jié)構(gòu)的低溫抗裂性能及疲勞耐久性能，聚合改性瀝青和高彈改性瀝青加工時，采用SK或殼牌或埃索或其他品牌進口基質(zhì)瀝青，且基質(zhì)瀝青10 ℃延度不低于30 cm。

3) 為保障礦粉與瀝青結(jié)合料的黏附性，礦粉的親水系數(shù)小于0.8%，0.075 mm篩孔通過率為85%～95%，使波動幅度變化控制在10%以內(nèi)，以保證GA性能的穩(wěn)定。

4) 為減少混合料拌和生產(chǎn)過程中出現(xiàn)溢料，粗集料采用玄武巖或輝綠巖，且S12(5 mm～10 mm)規(guī)格集料的4.75 mm篩孔通過率為0%～10%。

5) 為保障粗集料顆粒的規(guī)整性及潔凈，保障混合料質(zhì)量，GA、SMA用粗集料的針片狀顆粒含量(混合料)分別不高于15%、12%，水洗法<0.075 mm顆粒含量分別不高于1.0%、0.8%。

6) 為保障磨耗層高溫穩(wěn)定性的同時，兼具良好的疲勞抗開裂性能，高彈改性瀝青SMA10的70 ℃動穩(wěn)定度不低于3 000次/mm、-10 ℃極限破壞應(yīng)變不低于3.0×10-3。

3 結(jié)束語

本文結(jié)合甌江北口大橋主橋上層橋使用要求，對鋼橋面鋪裝進行了優(yōu)化，主要結(jié)論如下：

1) 進行鋼橋面鋪裝設(shè)計前，應(yīng)結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)特點、區(qū)域外部環(huán)境、運營階段交通環(huán)境、施工工期安排等，針對鋼橋面鋪裝使用特點及性能要求，提出該橋鋼橋面鋪裝優(yōu)化設(shè)計方案，并通過方案論證確定鋼橋面鋪裝方案；同時，應(yīng)對正交異性鋼橋面鋪裝體系剛度進行驗算，對組合結(jié)構(gòu)性能進行驗證。

2) 為保障混合料的低溫抗裂性能及疲勞耐久性能，改性瀝青用基質(zhì)瀝青10 ℃延度宜不低于30 cm；為保證GA性能的穩(wěn)定，礦粉0.075 mm篩孔通過率宜為85%～95%；為減少混合料拌和生產(chǎn)過程中出現(xiàn)溢料的情況，5 mm～10 mm規(guī)格集料的4.75 mm篩孔通過率宜為0%～10%。

3) 當(dāng)大跨徑鋼橋單幅SMA在1 d內(nèi)無法完成鋪筑時，宜在鋼橋面應(yīng)力集中部位設(shè)置橫向施工縫；待SMA施工完成后，在橫向施工縫處進行人工切縫，并填充填縫料，以免后期服役過程中施工縫開裂及雨水下滲。

4) 為避免雨水通過邊緣構(gòu)造物四周滲入鋪裝層內(nèi)部引發(fā)脫層病害，鋼橋面中央分隔帶宜采用澆注式瀝青混合料、瀝青砂膠等；同時，為避免中央分隔帶積水，中央分隔帶鋪裝厚度宜比行車道鋪裝厚度高0.2 cm。