王宏暢 李國芬 左洪利 陳富勇 許洪剛

摘?要：為保障澆注瀝青混凝土的施工質(zhì)量，提升鋼橋面瀝青鋪裝使用性能，依托南京長江第四大橋鋼橋面澆注瀝青鋪裝工程，通過動(dòng)穩(wěn)定度、流動(dòng)度、貫入度和低溫彎曲等試驗(yàn)對升溫?cái)嚢钑r(shí)間、流動(dòng)度和碎石撒布等幾項(xiàng)施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，提出了相關(guān)施工技術(shù)控制指標(biāo)。研究結(jié)果表明，澆注瀝青混凝土升溫?cái)嚢钑r(shí)間以3～3.5 h為宜;提出并實(shí)踐的折線熨平板攤鋪工藝，可保證鋼橋面高溫?cái)備伿軣嶙冃蜗碌匿佈b設(shè)計(jì)厚度;增大碎石粒徑和增加撒布量均可適當(dāng)提高澆注瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性，確定采用13.2～19 mm粒徑的預(yù)裹碎石， 撒布量控制為11～12 kg/m2，且最佳碎石壓入時(shí)機(jī)為澆注瀝青混凝土鋪裝層內(nèi)部溫度不宜低于180 ℃。

關(guān)鍵詞：鋼橋面鋪裝;澆注式瀝青混凝土;動(dòng)穩(wěn)定度;施工工藝

中圖分類號(hào)：U443.33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8023（2019）06-0086-05

Study on the Key Construction Technology of Gussasphalt Concrete

for Steel Bridge Deck Pavement

WANG Hongchang1， LI Guofen1， ZUO Hongli2， CHEN Fuyong2， XU Honggang2

（1. School of Civil Engineering， Nanjing Forestry University， Nanjing 210037; 2.Shangdong Luqiao Group Co.， LTD， Jinan 250021）

Abstract：In order to guarantee the construction quality of the gusasphalt concrete and promote deck pavement performance of steel bridge， several key technologies were investigated during the steel bridge deck gusasphalt pavement construction on the Nanjing Fourth Yangtze Bridge， including stirring time， fluidity and gravel spreading amount through the dynamic stability， fluidity， penetration and bending tests. And the relevant construction technical indicators were proposed in this study. The results indicated that the best heating time of gussasphalt concrete was from 3h to 3.5h. Line screed paving process had been proposed and practiced to ensure the pavement thickness under the thermal deformation of steel bridge deck. Additionally， the dynamic stability of gussasphalt was improved via utilizing the gravels with larger particle sizes and increasing the spreading amount and the particle size of 13.2～19 mm was used as pre-wrapped gravel in this study and gravel spreading amount was 11～12 kg/m2 . The best gravel compacted time was when the gusasphalt concrete pavement temperature should not be lower than 180 ℃.

Keywords：Steel bridge deck pavement; gussasphalt; dynamic stability; construction technology

0?引言

橋面鋪裝成型的效果關(guān)系到行車的舒適度及橋梁的耐久性，同時(shí)也與經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益相掛鉤。國內(nèi)外工程實(shí)踐表明，正交異性鋼面板的鋼箱梁結(jié)構(gòu)能夠增大橋梁的抗風(fēng)性能和抗扭剛度，且用鋼量少、維護(hù)方便，對減輕自重、增大跨徑以及增強(qiáng)穩(wěn)定性的作用更加顯著，故此種鋼箱梁結(jié)構(gòu)目前已經(jīng)成為斜拉橋和懸索橋主梁的首選結(jié)構(gòu)形式[1-4]。正交異性鋼橋面鋪裝，其使用條件相比于一般橋面鋪裝更為嚴(yán)格，對鋪裝混凝土的高溫穩(wěn)定性、抗疲勞開裂性、鋼板變形的追從性、層間粘接及完善的防排水體系等綜合性能有較高的要求，因此正交異性鋼橋面板橋面鋪裝也是困擾我國大跨徑鋼橋建設(shè)中最具關(guān)鍵性、最具復(fù)雜性的技術(shù)問題之一[5-7]。澆注瀝青混凝土具有優(yōu)良的防水、抗疲勞、抗老化性能以及其對鋼橋面板優(yōu)越的追從性，因其綜合性能較優(yōu)，在國外被廣泛應(yīng)用于鋼橋面的鋪裝，可以較好地解決鋼橋面板與鋪裝層由于熱脹冷縮帶來的剪應(yīng)力對鋪裝層的破壞影響，是一種理想的鋪裝材料[6]。但澆注瀝青混凝土作為一類特種瀝青混合料，必有其獨(dú)特的施工要求，為保證其施工質(zhì)量，進(jìn)而保證整個(gè)大橋橋面的使用性能，本文以南京長江第四大橋鋼橋面鋪裝工程為背景，對澆注式瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1?工程概況

南京長江第四大橋是中國首座三跨懸索橋，被譽(yù)為“中國的金門大橋”，是江蘇省境內(nèi)開工建設(shè)的第八座長江大橋。南京長江第四大橋全長28.996 km，其中北接線長13.083 km，跨江大橋長5.448 km，南接線長10.465 km，主橋橋型為雙塔三跨懸索橋，主跨1 418 m，鋼橋面全長2 189.6 m，橋?qū)?2 m，鋪裝面積為70 067 m2。

借鑒日本的經(jīng)驗(yàn)與成果[8-9]，南京長江四橋鋼橋面鋪裝采用“下層澆注式瀝青混凝土（40 mm）+上層改性瀝青混凝土（35 mm）”的鋪裝構(gòu)成及厚度，主要施工工藝流程為：鋼橋面板現(xiàn)場進(jìn)行Sa3.0級(jí)噴砂除銹處理，然后在其上鋪設(shè)厚度為40 mm的下層澆注式瀝青混凝土和35 mm的上層改性瀝青混凝土，上層改性瀝青為日本鋼橋面鋪裝專用改性瀝青，下層澆注式瀝青中20～40#石油瀝青占70%，特立尼達(dá)湖瀝青（TLA）占30%，其表面壓入12 Kg/m2的碎石，鋪裝上層與下層之間噴涂0.3～0.5 L/m2的改性乳化瀝青材料，鋪裝和路緣石之間采用接縫材料，鋪裝下層與鋼板之間灑布0.3～0.4 L/m2的橡膠瀝青粘結(jié)材料。

2?澆注式瀝青混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1?攪拌升溫時(shí)間的確定

澆注瀝青混凝土需在220～250 ℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行施工，但拌合機(jī)出料溫度一般在190 ℃左右，故出料以后還需在升溫?cái)嚢柢嚕ㄔO(shè)定溫度一般為240 ℃）內(nèi)再次攪拌一定時(shí)間，保證澆注瀝青混凝土攪拌均勻且達(dá)到施工溫度要求。澆注瀝青混凝土在升溫?cái)嚢柢囍械纳郎財(cái)嚢钑r(shí)間的確定需要針對具體情況，澆注瀝青混凝土的流動(dòng)性、高溫穩(wěn)定性均與攪拌時(shí)間密切相關(guān)，攪拌時(shí)間短會(huì)造成澆注瀝青混凝土分布不均勻，流動(dòng)性差，但攪拌時(shí)間過長又會(huì)增加能耗及澆注瀝青混凝土的高溫短期老化。所以，在澆注瀝青混凝土施工過程中，確定其攪拌時(shí)間范圍是非常有必要的[10-17]。

流動(dòng)性試驗(yàn)主要用來評價(jià)澆注瀝青混凝土的施工和易性，若流動(dòng)性比較差，則施工質(zhì)量無法保證，若流動(dòng)性太大則易離析，并很難達(dá)到所需要的坡度，動(dòng)穩(wěn)定度也很難得到保證，因此合理的流動(dòng)性是保證澆注式瀝青混凝土質(zhì)量的前提。其試驗(yàn)原理是用特制銅錘沉入混凝土50 mm所需要的時(shí)間來表征混凝土的流動(dòng)性。具體試驗(yàn)方法是用配套的試驗(yàn)桶裝滿澆注瀝青混凝土，三角支架水平擱置在試驗(yàn)桶上，然后將銅錘通過支架中心的小孔，垂直于混凝土表面放置到混凝土中央表面，放開試驗(yàn)錘，使其在自重條件下貫入澆注瀝青混凝土，測定銅錘上下刻度線（50 mm）通過試驗(yàn)孔的時(shí)間間隔，即為該混凝土的流動(dòng)性，同時(shí)測試銅錘貫入混凝土?xí)r的溫度作為其試驗(yàn)溫度。

為了研究攪拌時(shí)間對澆注瀝青混凝土使用性能的影響，對湖瀝青（TLA）摻量為30%，瀝青含量8.3%的澆注瀝青混凝土分別升溫?cái)嚢?.5、2.5、3.0、3.5 h后，取樣作各項(xiàng)性能測試。其中高溫車轍試驗(yàn)溫度采用60 ℃，貫入度試驗(yàn)采用40 ℃，彎曲試驗(yàn)采用-10 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

試驗(yàn)表明隨著澆注瀝青混凝土在升溫?cái)嚢柢嚴(yán)飻嚢钑r(shí)間的增加，貫入度呈減小趨勢和動(dòng)穩(wěn)定度呈增大的趨勢，說明延長攪拌時(shí)間有助于高溫穩(wěn)定性的提高，攪拌時(shí)間在1.5～3 h時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度及貫入度變化不大，而攪拌時(shí)間大于3～3.5 h時(shí)變化較敏感，且此時(shí)澆注瀝青混凝土的低溫彎曲應(yīng)變開始下降。這是因?yàn)闉r青短期熱老化所致，雖然攪拌升溫時(shí)間越長，澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性越好，但是隨著溫度的逐步升高，瀝青老化容易加劇，低溫性能下降。所以為保證澆注瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性達(dá)到要求及流動(dòng)性達(dá)到施工要求，又能防止因?yàn)r青過度老化導(dǎo)致低溫性不足，建議最佳攪拌時(shí)間范圍為3～3.5 h。

2.2?鋼板熱變形對厚度的影響研究

南京長江四橋主橋鋼橋面鋪裝下面層澆注式瀝青混凝土的厚度設(shè)計(jì)值為40 mm。澆注攤鋪施工寬度為4 m，對攤鋪寬度以5 m一個(gè)斷面進(jìn)行高程測量，測量結(jié)果顯示鋪裝寬度的中間部位較兩側(cè)偏低，中間平均厚度為35.3 mm，兩側(cè)分別為42.2 mm和42.5 mm。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行230 ℃以上高溫澆注瀝青混凝土攤鋪時(shí)，鋼橋面板會(huì)翹曲變形，引起中部上拱[18]，如圖1和圖2所示。為控制攤鋪厚度提出了折線熨平板攤鋪工藝，將攤鋪機(jī)熨平板中部上調(diào)2 mm，使攤鋪機(jī)熨平時(shí)的中部厚度略高于兩側(cè)。鋼板受熱前后鋪裝層對比示意圖如圖3和圖4所示。通過調(diào)整后的跟蹤測量發(fā)現(xiàn)中部厚度偏低的現(xiàn)象消失，整個(gè)施工段落厚度基本一致，兩側(cè)和中間的平均厚度分別為39.7、39.4、39.5 mm。對于后續(xù)的施工段落的跟蹤測量顯示，前面所提出的方案調(diào)整完全正確，厚度的測量結(jié)果數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3?預(yù)裹瀝青碎石相關(guān)施工技術(shù)研究

南京長江四橋澆注式瀝青混凝土層表面壓入預(yù)裹碎石以提高澆注瀝青混凝土的動(dòng)穩(wěn)定性。壓入碎石的粒徑和碎石壓入量對鋪裝層動(dòng)穩(wěn)定性均有一定的影響。

（1）碎石粒徑。不同粒徑相同撒布量的預(yù)裹碎石對于澆注式瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)定度的影響見表2、圖5和圖6。

試驗(yàn)表明，澆注式瀝青混凝土表面壓入13.2～19.0 mm的預(yù)裹碎石，試件表面均勻，表觀效果好。同時(shí)壓入較大粒徑的碎石，能夠提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的高溫穩(wěn)定性。在集料粒徑要求范圍內(nèi)壓入大粒徑13.2～19 mm碎石的澆注式瀝青混凝土高溫性能比壓入同等質(zhì)量小粒徑碎石的澆注式瀝青混凝土高溫性能提高15%。因此，碎石選擇為粒徑13.2～19 mm的碎石。

（2）碎石撒布量。相同粒徑不同撒布量的預(yù)裹碎石對于澆注式瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)定度的影響見表3。

試驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)提高澆注式瀝青層表面壓入碎石的量會(huì)提高澆注式瀝青層的動(dòng)穩(wěn)定性。碎石撒布量每增加2 kg/m2，澆注式瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性提高30%～40%左右。

（3）碎石壓入時(shí)機(jī)。根據(jù)試驗(yàn)橋施工效果來看，預(yù)裹碎石的壓入要在碎石撒布均勻后立即進(jìn)行，根據(jù)施工情況看，碾壓時(shí)澆注瀝青混凝土鋪裝層內(nèi)部溫度不宜低于180 ℃，并且在必要時(shí)壓路機(jī)應(yīng)采取振動(dòng)方式，根據(jù)現(xiàn)場確認(rèn)，碎石壓入情況基本滿足設(shè)計(jì)要求，其最佳效果是表面基本沒有外露的碎石。從碎石碾壓的現(xiàn)場效果來看，部分位置碎石碾壓后沒有完全進(jìn)入到澆注瀝青表面以下，如圖7所示，分析原因主要是鋪裝層表面溫度下降過快，碾壓未能及時(shí)跟進(jìn)。如保證鋪裝層內(nèi)部溫度撒布溫度在180 ℃以上，鋪裝層表面溫度在160 ℃以上碎石能夠自然下沉，如圖8所示，碾壓過程基本可以不開振，施工中預(yù)裹碎石碾壓可達(dá)到理想效果。

2.4?鼓包處理

鋼橋面板上不可避免地存在水氣及油分，并且在攤鋪澆注瀝青混凝土?xí)r也會(huì)卷入少量空氣，所有這些都可能會(huì)導(dǎo)致氣泡和鼓包的產(chǎn)生。鼓包的發(fā)生會(huì)破壞路面的平整，影響道路的使用功能，而且對削弱鋪裝層與橋面板的粘結(jié)，從而造成鋪裝層脫層、搓動(dòng)和開裂等病害，破壞鋪裝層結(jié)構(gòu)。

故在施工階段應(yīng)對氣泡與鼓包進(jìn)行及時(shí)的消泡處理。消泡時(shí)，應(yīng)先及時(shí)用細(xì)鋼釬將鼓包戳破，用木刀輕輕拍打鼓包四周的混凝土，待內(nèi)部空氣或水汽基本排出后再將表面修平。

澆注瀝青混凝土鋪裝完畢，還應(yīng)在上面層施工前，派專人不斷地檢查是否有鼓包發(fā)生，一旦出現(xiàn)鼓包，則應(yīng)鏟除鼓包處的鋪裝層，清理后重新涂抹0.4 L/m2粘結(jié)層，養(yǎng)護(hù)粘結(jié)層12 h后再用新的澆注式瀝青混凝土回補(bǔ)找平。一般通過肉眼可以觀察到鼓包，若不確定時(shí)可借助水平儀測量。

3?結(jié)論

本文結(jié)合南京長江第四大橋主橋鋼橋面鋪裝工程，對攪拌升溫時(shí)間、流動(dòng)度、碎石撒布和鼓包處理等幾項(xiàng)施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，得到以下結(jié)論：

（1）根據(jù)混凝土在升溫?cái)嚢柢囍胁煌瑪嚢枭郎貢r(shí)間的動(dòng)穩(wěn)定度、貫入度及彎曲對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，攪拌升溫控制時(shí)間以3～3.5 h為宜。

（2）實(shí)踐了折線熨平板攤鋪工藝，將攤鋪機(jī)熨平板中部上調(diào)2 mm，使鋪裝層的厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，該方案可以在鋼橋面板高溫受熱變形的情況下保證其鋪裝厚度。

（3）研究表明壓入碎石粒徑的加大和碎石撒布量的增加都可以適當(dāng)提高澆注式瀝青混凝土的動(dòng)穩(wěn)定度，本工程采用13.2～19 mm粒徑的預(yù)裹碎石， 撒布量控制為11～12 kg/m2，碾壓時(shí)機(jī)控制在澆注瀝青混凝土鋪裝層溫度不低于180 ℃為宜。

（4）澆注瀝青混凝土攤鋪后，出現(xiàn)的鼓包應(yīng)及時(shí)進(jìn)行消泡或鏟除處理。

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