双层SMA

1厦门海沧大桥钢桥面铺装翻修设计说明1概述厦门海沧大桥主桥为三跨连续全漂浮结构钢箱梁悬索桥，全长1104m，主跨648m，桥面宽31m，行车道宽214.75m，中央分隔带宽1.5m，钢桥面铺装面积为32568m2。厦门海沧大桥桥面系为正交异性钢板，钢板厚度12mm。大桥1999年通车，采用热熔型粘接剂加双层SMA的铺装结构，在2002年和2005年，都进行了全桥翻修。2005年采用的铺装方案为：环氧富锌底漆+环氧粘结层+橡胶沥青砂胶+下层SMA+玻纤格栅+上层SMA+雾封层，使用效果较好，已经运行了五年，桥面铺装有了很大改善。近两年来，由于超载车、重车以及车流量急速增多及SMA改性沥青铺装层逐年老化，进岛向重车道已出现较严重车辙和网状裂缝，为满足车辆日益增长的需要，保持良好路况，厦门路桥建设集团有限公司拟定在2011年对钢桥面铺装进行全面翻修，要求新铺装方案能够满足车流量日益增长的需要，推迟病害出现时间，确保铺装层的寿命至少6年路况优良。受厦门路桥建设集团有限公司委托，在对原方案进行优化分析的基础上，综合我院的先进研究成果，开展厦门海沧大桥钢桥面铺装翻修施工图设计。2设计标准及依据2.1交通条件设计车速：80km/h，设计荷载：汽车-超20级，验算荷载为挂车-120，铺装设计标准轴载100KN。2.2设计规范：《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）《道桥用防水涂料行业标准》（JC/T975-2005）《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》交工便字[2006]274号2.4自然气候厦门为沿海岛屿城市，具有典型的海洋性气候。厦门气候资料见表2.1。表2.1桥位区气象特征表极端最高气温38.5℃（2003年）极端最低气温1.5℃（1993年）月平均最高气温28.1℃7月月平均最低气温12.4℃2月多年平均气温20.6℃年平均最高气温24.8℃多年均降水量1315mm3.钢桥面铺装设计使用条件3.1钢桥面铺装使用温度确定根据气象资料并结合过去我们对钢桥面铺装温度测试的经验结论：一般在低温时，铺装温度略高于气温，高温时，铺装面层温度比气温高20℃～25℃左右（太阳直射状态下，约在13:00～15:00）。厦门地区的温度为2℃～39℃，考虑一定的温度2波动，可估算该桥钢桥面铺装极端使用温度范围约在0℃～65℃。3.2桥面沥青铺装设计要求（1）沥青铺装层要求具有良好的抗车辙性能从厦门海沧大桥的气候环境条件来看，年极端气温相对比较高，钢箱梁的储热作用会使沥青铺装层的温度显著高于路表温度。在使用过程中，SMA出现了比较严重的车辙情况，因此，在新设计中应保证桥面沥青铺装层在重交通荷载作用下具有较高的抗车辙性能，有效地防止或延缓沥青铺装层车辙的出现。（2）沥青铺装层要求具有良好的抗疲劳开裂性能在交通荷载作用下，桥面铺装层要随同钢桥面板变形，钢板U形加劲肋顶部对应的铺装表面将产生反复弯曲应力，厦门海沧大桥桥面板相对较薄（12mm），桥面铺装所承受弯拉、剪切应力相对较大，在U型肋和纵梁部位的铺装层顶部因负弯矩过大而产生了较多裂缝。因此，铺装设计要重点考虑沥青铺装层的抗疲劳开裂性能。（3）沥青铺装层与钢板之间应具有良好的层间结合能力交通荷载作用下，桥面铺装层与钢板会产生荷载变形；不同环境温度作用下，沥青铺装结构层以及钢板会产生温度变形。荷载和气候的共同作用使得铺装层与钢板之间产生较大的剪切应力，当应力超过层间抗剪强度时，就会导致层间脱离，引起铺装层破坏。因此，要求沥青铺装层与钢板之间必须具有良好的层间结合力。（4）沥青铺装层对桥面板等钢结构应具有良好的保护作用厦门地区为海洋性气候，雨量充沛，空气潮湿，水份极易导致钢板锈蚀，降低铺装结构层的耐久性和桥梁钢结构的使用寿命。因此，在铺装设计中，还要重点考虑铺装结构体系对钢板的保护作用和防腐作用。（5）沥青铺装具有良好的抗滑性能厦门地区暴雨、阵雨现象较为常见，在这种气候条件下桥面湿滑，面层抗滑性能降低，形成很大的交通隐患，设计桥面铺装时应保证其抗滑性能，确保交通安全。（6）作为维修工程，施工过程必须易于控制由于本工程属于维修工程，在开放交通的同时进行施工，工期短，气候变化快。因此要求铺装方案必须具有易于控制的施工过程和一定的气候适应能力，施工过程中不易受到其它条件影响，可以在比较恶劣的天气下进行施工。3.3针对旧铺装层产生的病害进行现方案的优化改进（1）鼓包厦门海沧大桥2005年铺装后，通车后第一个夏天就出现不规则的鼓包现象，经分析发现其原因是施工控制不够，造成水分残留在防水粘结层中而引起。本次施工防水层时应严格控制施工质量，施工时一定要尽量避免雨、雾天气，特别是防水层施工和橡胶沥青砂胶施工时，应绝对避免水分进入（包括雨水、雾气、工人汗水等）。（2）横向推移和车辙产生推移和车辙的主要原因主要是铺装层热稳性不够，本次设计中针对此问题，采用了热稳性高（软化点高）的沥青材料拌合SMA，并且在双层SMA之间铺设的玻纤格栅也提高了规格（≥120KN），其抗拉强度大大增强，可提高铺装层的整体抗变形能力。沥青混合料碾压时采用震荡压路机，可有效增加铺装层密实性，防止压密型车辙产生。（3）裂缝产生裂缝的主要原因是沥青延伸性不足，在本次设计中采用具有较好延伸性能的沥青（高弹改性沥青）来拌合铺装沥青混合料，可有效避免裂缝的产生。（4）厚度不足施工时中应加强施工控制，按照每车料的重量、实验室测量SMA毛体积密度和施工面积，每5车料计算一次铺装厚度，随时调整；同时在钢箱梁桥面上每个梁段设置4个监控点，在摊铺时监控铺装厚度变化，严格杜绝厚度不足的情况出现。34钢桥面铺装方案及材料4.1钢桥面铺装行车道结构设计钢桥面行车道铺装层厚度考虑功能要求的不同，分三层设计。总厚度75mm，粘接层和缓冲层总厚度为5mm；铺装下层采用SMA10厚度35mm；铺装面层采用SMA10，厚度35mm。涂刷环氧树脂，用量：200～300g/㎡；撒布0.3～0.6mm的碎石，用量：300～400g/㎡喷砂除锈，清洁度：Sa2.5级；粗糙度：50～100μm钢板铺装下层缓冲层洒布改性乳化沥青，用量：300～500g/㎡防腐层橡胶沥青砂胶，厚度：3～5mm环氧富锌漆，厚度：50～100um铺装面层防水粘结层涂刷环氧树脂，用量：400～600g/㎡；撒布1.18～2.36mm的碎石，用量：500～800g/㎡涂洒溶剂型粘接剂，用量为200～400g/㎡高弹改性沥青SMA10，厚度：35mm高弹改性沥青SMA10,厚度：35mm层间加强层自粘玻纤格栅图4.1厦门海沧大桥桥面铺装示意图由于钢桥面板在施工过程中一般会发生锈蚀，为保护桥梁结构的耐久性，在去除旧铺装层后对桥面进行清洁、干燥处理后进行喷砂除锈处理。根据喷砂除锈国标GB8923-88，要求钢桥面喷砂除锈清洁度达到Sa2.5级，即“非常彻底的喷射除锈，钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，任何的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑”。同时，为保证防腐层与钢桥面的附着力，要求钢桥面板喷砂除锈后粗糙度达到50～150um。桥面铺装层的使用寿命通常较短，而桥梁结构的设计寿命超过100年，保护桥梁结构不被损坏意义重大。因此，增设防腐层来保护钢桥面板不被锈蚀是很必要的，根据盐雾试验结果，发现环氧富锌漆对钢板有很好的防腐作用，因而，要求在喷砂除锈后4h以内，喷涂环氧富锌漆，厚度50～100μm。在达到规定结合力后，方可进行环氧树脂防水层施工。环氧树脂作为一种液态体系材料，在固化反应过程中收缩率小，其固化物的粘结性、耐热性、耐腐蚀性和憎水性等性能优良，是一种理想的钢桥面板防腐材料。针对其韧性差的缺点，通过大量的试验研究工作，成功的对环氧树脂进行增韧改性，使得环氧树脂具有良好的适应钢桥面板的变形能力。为了提高防水层与上层结构之间的剪切强度，在环氧树脂上面撒布碎石。环氧树脂防水粘结层固化后，可进行缓冲层的施工。缓冲层由两层200～400g/㎡溶剂粘接剂作为底涂层和3～6mm橡胶沥青砂胶组成。设置缓冲层的目的和作用有：（1）作为弹性中间层，显著降低桥面铺装层的弯拉应力；（2）降低上层沥青混凝土温度对环氧防水层的影响；（3）可以阻止水份的下渗，有一定的防水作用；（4）提高防水层与沥青混凝土铺装层的抗剪切能力，防止SMA铺装层产生推移。为了增强环氧防水层与缓冲层之间的粘结效果，在铺筑缓冲层之前，涂刷溶剂型粘结剂。缓冲层固化后，在上部施工双层高弹改性沥青SMA10，设计空隙率为3.0～4.0%，高弹改性沥青SMA10具有良好密实性和整体性，高弹改性沥青相对于普通改性沥青而言，具有更好的抗开裂能力和耐疲劳能力，且其粘度较小更容易压实以保证空隙率；上下层间设置网孔大小为38.1mm×38.1mm的自粘玻纤格栅，起到防止推移、抵抗车辙的作用；玻纤格栅铺设前撒布改性乳化沥青粘层（用量300～500g/m2）以保证格栅与下层铺装的粘结能力和铺装上下层的整体性。2005年原设计中采用了雾封层技术，鉴于雾封层技术主要是用于密闭铺装层表面的微小空隙，起到养护的目的，在大桥运行一段时间后再施工雾封层效果会更好，且该技术有可能会降低铺装层抗滑性能，因此建议在通车1~3年后设置雾封层。在中央分隔带与行车道铺装结合部位、两次铺装间的纵向接缝部位应采用沥青4类贴缝条进行密封，依靠温度使其软化，在铺装层之间形成良好结合，以达到防排水的目的。在桥面外侧路缘石与行车道铺装结合部位，铺筑铺装层前沿路缘石安设螺旋排水管，并与泄水井连通。外侧路缘石与行车道铺装结合部位，泄水井与行车道铺装结合部位预留缝并填入热灌型沥青填缝料（高弹性沥青类填缝料）。4.2铺装材料、混合料组成及性能要求4.2.1防腐层喷砂除锈达到Sa2.5级、粗糙度达到50～100μm后，喷涂或涂布环氧富锌漆，其技术要求如表4.1。表4.1环氧富锌漆的主要性能指标试验项目技术要求试验方法25℃表干时间min≤30JC/T975-200525℃完全固化时间d≤7JC/T975-200525℃与钢板的粘接强度，MPa≥5.0见《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》4.2.2粘接层粘接层主要保证铺装与钢桥面板的良好粘接，环氧粘接剂技术要求见表4.2；撒布碎石要求干净、干燥，性能指标见表4.3。表4.2环氧粘接剂技术要求试验项目要求试验方法粘接强度（25℃）MPa≥5.0见《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》剪切强度70℃MPa≥2.025℃MPa≥3.0拉伸伸长率（25℃）%≥20低温弯曲性能（-20℃）Φ20圆棒弯曲900无裂纹表4.3防水层撒布碎石技术要求试验项目要求试验方法吸水率%≤2.0JTGE42-2005T0330含水率%≤0.3JTGE42-2005T0332通过率%0.3～0.6mm碎石0.3mm≤10JTGE42-2005T03270.6mm≥901.18～2.36mm碎石1.18mm≤102.36mm≥804.2.3缓冲层在环氧粘接层基本固化后，即可涂刷溶剂型粘接剂，溶剂型粘接剂技术要求见表4.4。溶剂型粘接剂施工4～8小时后，即施工橡胶沥青砂胶，缓冲层性能要求见表4.5。表4.4溶剂型粘接剂技术要求试验项目要求试验方法粘度（20℃）s≤16JTJ052-2000T0622固体含量%≥45JTJ052-2000T0614指干时间（25℃）h≤4JC/T975-2005表4.5缓冲层性能指标要求试验项目要求试验方法软化点（R&B）℃≥125JTJ052-2000T0606流动性s≤3《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》剪切强度（60℃）MPa≥0.5《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》空隙率%≤1JTJ052-2000T07064.2.4沥青对于SMA用沥青结合料，根据桥面使用条