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浦东建设特种双层SMA钢箱梁桥面铺装技术

发布于：2015-07-26 19:40:26 来自：道路桥梁/桥梁工程 [复制转发]

钢箱梁桥面铺装特点：

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，要求铺装层有极佳的热稳性。

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，铺装层防腐涂层失效，也会导致铺装的损坏。

⑤ 由于钢板变形量大，铺装层对桥面板应具有相适应的变形的追从性。

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，不能追从于桥面板的变形，铺装层与钢板间会产生脱层，在荷载作用下会产生纵，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。

传统钢箱梁桥面铺装方式：

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。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铺装层产生气泡出现鼓包，尤其是在南方地区，由于南方雨水较多，工人在混合料铺装过程中禁止饮水，在炎热的夏季需防止人体汗水低落到混合料铺装层上，给施工带来不便。另外还有其它温度、运输等苛刻的使用要求。其混合料配合比要求用6档集料，并且要求各档集料洗净烘干并装袋。施工中混合料出仓装车到施工现场摊铺的时间必须控制在55分钟之内。否则当废料处理。为了使环氧沥青与集料粘结牢固，通常混合料配合比采用密级配类型，空隙率控制在3%以内，这却导致环氧铺装层抗滑性能差。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，因受施工进度控制限制，养生期不足问题造成的环氧沥青项目失败概率占了近半数。使此技术的推广受到人为因素的干扰还是有一定的局限性。

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收缩速度不一，秋冬季施工尤其容易造成结构缺陷。当铺装温度升高或水分渗入铺装层底部时，铺装层在钢板之间的粘结力会降低，在交通荷载作用下会产生结构性破坏。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。南方城市夏季钢桥面铺装温度超过50℃的天数占60%。在重载与超载车辆的作用下，轮迹带下浇筑时沥青混合料铺装的玛蹄脂向两侧流动，粗骨料下沉，形成高温剪切流变。随着铺装层中车辙的不断增加与轮迹带下铺装的厚度不断减小，其肋顶铺装的相对挠度逐渐增大。加之因玛蹄脂的散失，导致混合料的抗裂性能与变形能力降低，从而导致轮迹带下的铺装开裂状况比较严重。我国早期的江阴大桥和香港青马大桥均采用浇筑式沥青混凝土铺装技术，但2座大桥通车后不久，桥面铺装均有不同程度的损坏。其破坏的主要原因是浇筑式沥青混凝土的高温稳定性不足，导致早期出现车辙。

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，更应该根据当地的气候条件、桥面变形特性和交通载荷合理选择铺装体系的设计及施工方案，同时也要兼顾性价比。

浦东建设钢箱梁桥面铺装方案：

特种SMA是一种相对成熟的技术，施工无需专用设备，工艺相对简单。由于特种SMA的石-石嵌挤结构，使其具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，大量的沥青玛蹄脂填充-骨架密实结构使SMA兼具较好的应力松弛能力。

由于钢桥面铺装的苛刻条件，单层特种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。同时单层特种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，双层特种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。

成品高粘度改性沥青虽然性能较好，但135℃运动粘度较高，不适宜在钢桥面铺装上使用。

上海浦东建设的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，8.5%（内掺）的RST改性沥青60℃运动粘度大于20000Pa·s；135℃动力粘度<2Pa·s；性能优异。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。

双层SMA特种铺装的经济价值比：

采用浦东建设双层SMA特种铺装技术的钢桥面平均每平方米的造价相对环氧沥青摊铺而言，其每平米的造价可减少55%左右；而相对浇筑式沥青混凝土方案，其每平米的造价可减少26%左右。环氧沥青摊铺不仅造价高昂，其对施工过程中要求条件较为苛刻，并需要在施工后进行近2个月的养生期关闭交通，对城市交通的影响过大。在其原本高昂的造价上有增加了额外的经济管理负担。浇筑式沥青混凝土方案高昂的单次设备使用费也不适应大坡度钢桥面,且对环境要求高，施工时摊铺温度大于210℃~260℃，对钢桥面结构影响较大对拌合设备损伤较大，施工后养生期长。双层特种SMA钢桥面特种铺装技术，经过多年的应用，证实其不仅可以有效地保障施工质量，还具有很高的性价比，其施工工艺相对简单，不需要特殊设备，对环境要求较低。于国家倡导“节能、减排、低碳”的发展理念相符。

双层SMA特种铺装施工案例：

上海浦东建设有限公司在几座钢桥面上进了施工，具体见下表。

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
浦建路跨线桥	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
白杨路跨线桥	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
芳甸路跨线桥	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
S20(外环线) 左侧主线高架	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
S20(外环线) 左侧主线高架	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
S20(外环线) WN匝道	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
S20(外环线) SW匝道	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
S20(外环线) ES匝道	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
S20(外环线) NE匝道	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
S20(外环线)跨磁悬浮 NE匝道	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
跨济阳路NE匝道	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
罗山路跨线桥	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
跨申江路EW匝道	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
跨申江路WE匝道	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
济阳路跨线桥	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
上南路跨线桥	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
沪南路跨线桥	2009年	高架跨线桥	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	未出现任何破坏
成都新客站上坡钢箱梁桥面铺装	2010年12月	上坡转弯匝道	防水层+粘结层 +40mm SMA-13+40mm SMA-13	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。

桥面铺装钢箱梁箱梁桥铺装

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只看楼主我来说两句 抢板凳