孫會(huì)民 （安徽省路橋工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230001）

1 工程概況

西咸新區(qū)某橋立交是一座異形半定向半苜蓿葉立交橋，其中A匝道、D匝道、G匝道、H匝道均為鋼箱梁橋，橋長(zhǎng)分別為188m、194m、124m和124m。A、D匝道鋼箱梁曲線半徑為80m，鋼箱梁中支點(diǎn)處梁高4.5m，中跨跨中及梁端支點(diǎn)梁高2.5m，兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度2.5m；G、H匝道鋼箱梁曲線半徑為80m，主梁梁高均為2.4m，兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度1.37m。針對(duì)本工程特點(diǎn)，為解決鋼橋面板變形追從性導(dǎo)致的壓實(shí)問(wèn)題、鋼橋面瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性差、易產(chǎn)生車轍等危害因素影響，本文從理論研究、試驗(yàn)測(cè)量和施工注意要點(diǎn)進(jìn)行了分析研究，在進(jìn)行優(yōu)化后提出了一種雙層高粘SMA瀝青瑪蹄脂碎石鋼橋面鋪裝的施工方法。

2 理論研究

針對(duì)鋼箱梁瀝青攤鋪對(duì)鋼箱梁施工質(zhì)量及通車后的舒適度影響，本研究通過(guò)建立有限元模型和相關(guān)試驗(yàn)，分析環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝溫度場(chǎng)與澆筑式瀝青混凝土鋪裝溫度場(chǎng)對(duì)鋼箱梁施工質(zhì)量的影響，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)鋼橋橋體在環(huán)氧瀝青混凝土施工和澆筑式瀝青混凝土施工時(shí)的溫度場(chǎng)所產(chǎn)生的應(yīng)力和位移影響進(jìn)行研究；并對(duì)鋼橋橋體在施工荷載耦合條件下的結(jié)構(gòu)行為進(jìn)行研究，以此理論為指導(dǎo)對(duì)大曲率鋼橋的架設(shè)及后期采用雙層高粘SMA瀝青瑪蹄脂碎石結(jié)構(gòu)橋面鋪裝施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

2.1 溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的確定

渭河正陽(yáng)大橋A匝道總長(zhǎng)188m，橋梁橫斷面全寬12.75m，凈寬9.55m，橋型整體由鋼箱梁結(jié)構(gòu)組成，選擇A匝道范圍作為橋面板升溫測(cè)試段。在測(cè)試段著重考察四個(gè)重要節(jié)點(diǎn)區(qū)域，即高測(cè)位、一號(hào)墩、跨中、二號(hào)墩分別布置溫度傳感器，四個(gè)位置分別記為4#測(cè)位、3#測(cè)位、2#測(cè)位和1#測(cè)位，溫度測(cè)試平面圖見(jiàn)圖1。

圖1 溫度測(cè)試平面圖

2.2 溫度場(chǎng)有限元模擬

先建立solidworks模型，再將solidworks中的模型導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行計(jì)算，設(shè)置材料參數(shù)。鋼箱梁橋的材料選擇ANSYS自帶的結(jié)構(gòu)鋼。鋼箱梁橋網(wǎng)格劃分采用ANSYS中默認(rèn)的網(wǎng)格劃分形式。

圖2 鋼箱梁橋三維實(shí)體模型

通過(guò)計(jì)算模擬分析，可以得出以下結(jié)論：

①無(wú)論是澆筑式瀝青混凝土還是環(huán)氧瀝青混凝土施工，離施工位置越近，所受的溫度影響越大，離施工位置越遠(yuǎn)，受施工溫度影響越?。?/p>

②澆筑式瀝青混凝土比環(huán)氧瀝青混凝土溫度高，因而導(dǎo)致澆筑式混凝土施工時(shí)的溫度場(chǎng)的影響范圍大；

③環(huán)氧瀝青混凝土施工時(shí)橫隔板溫度和澆筑式瀝青混凝土施工時(shí)相比，橫隔板上部溫度變化較小，橫隔板下部溫度與環(huán)境保持一致，說(shuō)明熱量在橫隔板上傳遞有限，僅僅局限在上部局部區(qū)域。

2.3 攤鋪溫度場(chǎng)下的結(jié)構(gòu)受力

試驗(yàn)?zāi)Ｐ屯?.1溫度測(cè)試平面圖，計(jì)算模型同2.2溫度場(chǎng)有限元模型。

2.3.1 應(yīng)力對(duì)比

根據(jù)表1兩種鋪裝溫度場(chǎng)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)比可知，環(huán)氧瀝青混凝土施工條件下的橋體受力大小僅為澆筑式瀝青的1/2左右，這表明環(huán)氧瀝青混凝土的設(shè)計(jì)在攤鋪時(shí)橋體受力方面體現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)。

兩種鋪裝溫度場(chǎng)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)比 表1

圖3 兩種鋪裝溫度場(chǎng)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)比

2.3.2 位移對(duì)比

根據(jù)表2兩種鋪裝溫度場(chǎng)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)比可知，環(huán)氧瀝青混凝土施工的橋體橫向位移始終小于或者接近于澆筑式瀝青混凝土施工，而縱向則更是僅占澆筑式瀝青混凝土施工的1/3～1/2。這表明環(huán)氧瀝青混凝土的設(shè)計(jì)在攤鋪時(shí)橋體的穩(wěn)定性方面體現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)。

2.4 施工溫度場(chǎng)與荷載耦合下結(jié)構(gòu)行為

試驗(yàn)?zāi)Ｐ屯?.1溫度測(cè)試平面圖，計(jì)算模型同2.2溫度場(chǎng)有限元模型。

2.4.1 應(yīng)力對(duì)比

根據(jù)表3兩種鋪裝溫度場(chǎng)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)比可知，環(huán)氧瀝青混凝土施工的橋體受力大小僅為澆筑式瀝青混凝土施工的1/3～1/2。這表明環(huán)氧瀝青混凝土的設(shè)計(jì)在攤鋪時(shí)橋體受力方面體現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)。

兩種鋪裝溫度場(chǎng)下結(jié)構(gòu)位移對(duì)比 表2

圖4 兩種鋪裝溫度場(chǎng)下結(jié)構(gòu)位移對(duì)比

考慮施工荷載兩種鋪裝的結(jié)構(gòu)應(yīng)力 表3

圖5 考慮施工荷載兩種鋪裝的結(jié)構(gòu)應(yīng)力

2.4.2 位移對(duì)比

根據(jù)表4兩種鋪裝溫度場(chǎng)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)比可知，在環(huán)氧瀝青混凝土施工條件下橋體的橫向位移始終小于或者接近于澆筑式瀝青混凝土施工的橫向位移，而縱向位移則僅占澆筑式瀝青混凝土施工的1/3～1/2。這表明環(huán)氧瀝青混凝土的設(shè)計(jì)在攤鋪時(shí)橋體的穩(wěn)定性方面體現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)。

2.5 研究結(jié)論

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與數(shù)據(jù)分析，結(jié)合建立橋梁有限元分析模型，開(kāi)展不同鋪裝形式下的溫度場(chǎng)分析與驗(yàn)證，并對(duì)溫度場(chǎng)作用下、溫度場(chǎng)與施工荷載耦合下的箱梁結(jié)構(gòu)受力分析，得到結(jié)論如下。

考慮施工荷載兩種鋪裝施工結(jié)構(gòu)變形對(duì)比 表4

圖6 考慮施工荷載兩種鋪裝施工結(jié)構(gòu)變形對(duì)比

①采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)橋面鋪裝層施工溫度場(chǎng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)分析得到受外界環(huán)境及起始攤鋪時(shí)間影響，橋面板峰值溫度達(dá)到峰值溫度的時(shí)間依次遞減；由于鋪裝下層直接與鋼板接觸，鋪裝后鋼板的溫度在最初的15min下降迅速。加鋪上面層時(shí)候，鋼板升溫幅值和速率均低于下面層施工的情況。

②開(kāi)展?jié)仓綖r青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土施工溫度場(chǎng)下橋體應(yīng)力分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比澆注式瀝青混凝土施工下的溫度場(chǎng)下變形情況，環(huán)氧瀝青混凝土施工的橋體受力大小僅有前者的1/3～1/4，這表明環(huán)氧瀝青混凝土攤鋪時(shí)橋體的穩(wěn)定性方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

③開(kāi)展?jié)仓綖r青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土施工溫度場(chǎng)下橋體位移分析，結(jié)果表明環(huán)氧瀝青混凝土施工下的橋體變形僅有澆筑式瀝青混凝土施工的1/3左右。

④開(kāi)展?jié)仓綖r青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土施工溫度場(chǎng)與施工荷載耦合作用下橋體受力與位移分析，由于澆筑瀝青混凝土施工溫度遠(yuǎn)高于環(huán)氧瀝青混凝土的施工溫度，澆注式瀝青混凝土在小半徑、大縱坡匝道橋上使用存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

3 施工注意要點(diǎn)

3.1 鋼橋面板噴砂除銹處理

鋼橋面表面應(yīng)平整清潔，表面不應(yīng)該有突起物，對(duì)安裝時(shí)的起吊環(huán)等，應(yīng)打磨至高度差±3mm以內(nèi)；待鋼橋板表面完全干燥之后，用自動(dòng)無(wú)塵噴砂機(jī)對(duì)其進(jìn)行噴砂除銹。

3.2 環(huán)氧富鋅漆防腐施工

橋面板經(jīng)噴砂除銹后，4h內(nèi)噴涂80～100μm厚的環(huán)氧富鋅防腐蝕涂層；噴涂施工環(huán)境溫度不宜低于10℃，相對(duì)濕度不應(yīng)大于80%，盡可能選擇無(wú)風(fēng)天氣；噴涂施工采用人工涂刷方式，應(yīng)保證漆膜厚度均勻，必要時(shí)可多次涂刷。

3.3 環(huán)氧瀝青防水粘層層施工

①防水粘結(jié)層采用特種改性環(huán)氧瀝青，待防腐施工完成，環(huán)氧富鋅底漆固化之后，進(jìn)行防水粘結(jié)層施工。

②撒布經(jīng)瀝青拌合樓加熱除塵并采用0.4%SBS改性瀝青裹覆的3～6mm玄武巖集料，覆蓋率50～60%。

③自粘式防水貼鋪設(shè)：

特種改性環(huán)氧瀝青應(yīng)涂刷至防撞墻上，高度不低于5cm；在特種改性環(huán)氧瀝青施工完成之后，于防撞墻上倚墻粘貼自粘性防裂貼。針對(duì)碾壓困難的邊緣防水，按以下要求實(shí)施：兩側(cè)防撞墻邊緣部分采用寬幅防水卷材粘貼，并在上下面層之間采用熱瀝青澆灌。

3.4 瀝青混合料拌和

拌和時(shí)瀝青用導(dǎo)熱油間接加熱至175～185，礦料加熱控制在190～205，瀝青混合料出廠正常溫度控制在175～190，如混合料出場(chǎng)溫度低于160或高于195應(yīng)予廢棄。

3.5 瀝青混合料攤鋪

瀝青混合料最低攤鋪溫度不小于165℃。攤鋪速度控制在1.5～2m/min范圍，最高不超過(guò)2m/min，采用梯隊(duì)作業(yè)時(shí)，搭接寬度應(yīng)不小于25cm，攤鋪應(yīng)采用非接觸式平衡梁控制方式。

3.6 瀝青混合料碾壓

高粘改性SMA瀝青瑪蹄脂碎石碾壓必須緊跟攤鋪機(jī)碾壓，初壓、復(fù)壓工作長(zhǎng)度應(yīng)不超過(guò)50m。在邊緣、角落及伸縮縫等難以用大型壓路機(jī)壓實(shí)的部位，應(yīng)采用小型壓路機(jī)及人工操作的機(jī)動(dòng)夯錘夯實(shí)。

4 結(jié)論

該研究不僅揭示了大曲率鋼橋在環(huán)氧瀝青橋面鋪裝和澆筑式瀝青橋面鋪裝的溫度場(chǎng)、溫度場(chǎng)應(yīng)力和溫度場(chǎng)與攤鋪設(shè)備荷載耦合下應(yīng)力分布規(guī)律，而且通過(guò)研究，對(duì)鋼橋面瀝青鋪裝進(jìn)行了優(yōu)化，采用了雙層高粘SMA瀝青瑪蹄脂碎石施工方法，在確保了施工質(zhì)量的前提下，大大節(jié)約了施工工期和施工成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，為以后此類橋梁的施工提供了重要借鑒。