东海大桥设计方案

上海深水港东海大桥桥面铺装设计方案重庆交通科研设计院二○○四年三月五日上海深水港东海大桥桥面铺装设计方案1上海深水港东海大桥桥面铺装设计方案1.概述为把上海建成国际航运中心，上海市政府提出了跳出长江口，在距上海南汇芦潮港约30公里的大小洋山建设深水港的设想。经过国内外专家、学者、勘察、设计、科研人员五年多的论证和前期工作，于2002年3月国务院第56次总理办公会议审议批准通过了上海洋山深水港一期工程可行性研究报告和开工报告。洋山深水港工程包括深水港区、芦潮港海港新城以及连接港区和港城的东海大桥。东海大桥工程位于杭州湾北部的东海海域，大桥全长约31公里。其中陆上段（芦潮港新老大堤之间）约2.3公里，跨海段（芦潮港至小洋山之间）约25公里，港桥连接段约3.6公里。大桥宽度为31.5米，设计为6车道。大桥海上段设有主通航孔一个，副通航孔三个。大桥海上段的非通航孔全长约24公里。东海大桥正是连接深水港区与南汇芦潮港城的重要通道。由于是港区与陆地的唯一通道，所有运输进出港物资的集装箱重载车辆都将从这里通行，大桥的通行能力直接影响着深水港口重要作用的发挥，可以说是港口与陆地的命脉。一旦在桥面上发生交通事故造成堵塞或桥面铺装损坏后的维修都将直接严重影响道路的通行能力，从而造成重大的经济损失。同时，如果桥面铺装发生损坏，将影响对桥梁的结构保护与耐腐蚀作用，进而影响桥梁结构的耐久性。上海深水港东海大桥所属地区为海洋型气候，台风、午后暴雨现象较常见，在这种气候条件下，落在桥面上的雨水若不能迅速排除，而停留于桥面形成积水，则当车辆快速行驶通过时往往造成水花四溅，形成水雾，影响行车视线，更因为有水的存在，使得桥面湿滑，抗滑性能降低，严重危及行车安全。因此，迅速排除桥面积水，较大限度地降低雨天的交通事故率就显得尤为重要。由于处于海域，雨水中会含有大量的氯离子，以及蒸发的海水在桥面的重新凝结都会影响桥面铺装及桥梁结构的耐久性。重交通荷载和丰富的雨水以及雨水中富含的氯离子对桥面铺装的渗透腐蚀使得该桥对桥面铺装有了特殊的要求。因此，从桥面铺装的使用功能要求和该桥对铺装要求的特殊性及所处地区气候特点，可以提出东海大桥桥面铺装的基本要求：（1）重交通条件下，沥青铺装层应与水泥混凝土桥面板具有良好的结合力，抵抗脱层上海深水港东海大桥桥面铺装设计方案2及抗剪切推移能力。（2）重交通条件下，沥青铺装层应有较强的稳定性和使用耐久性，良好的抗车辙、抗开裂、耐磨耗等性能。（3）车辆高速运行条件下，沥青铺装层应有优良的抗滑性能，雨水渗入后，应有良好的排水、防水性能以及防卤水渗透腐蚀功能。2.设计标准及依据2.1设计车速:100Km/h2.2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。2.3设计规范2.3.1《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-97）2.3.2《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032-94）2.3.3《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036-98）2.3.4《公路工程技术标准》（JTJ001-97）2.4自然气候：桥位区气象特征表极端最高气温39.4℃极端最低气温-10.1℃月平均气温16.2℃3.桥面铺装方案结合东海大桥所处区的气候环境和交通荷载条件对桥面铺装提出的特殊要求，推荐以下两种铺装设计方案。方案一：桥面铺装按两层设计，总厚度75mm，铺装下层采用浇注式沥青混凝土（GA10），厚度35mm，铺装上层采用排水性路面，厚度40mm。桥面铺装结构示意图如下：上海深水港东海大桥桥面铺装设计方案3铺装下层：GA10,厚度为3.5cm，表面撒布5～10mm碎石，用量为5-8Kg/㎡水泥混凝土桥面板：打砂，形成干燥、洁净、粗糙、平整的界面铺装层粘接剂桥面板图一：桥面铺装结构示意图路缘边缘填缝铺装上层：排水性路面,厚度为4cm粘接剂：洒布EN粘接剂，用量为0.3～0.5Kg/㎡首先对水泥混凝土桥面板表面进行打砂处理，清除表面浮浆，使之形成一个清洁、干燥、平整的粗糙界面；然后涂布EN粘接剂（桥隧专用反应性粘接剂，用量为0.3～0.5Kg/㎡），保证铺装下层与桥面板之间的良好粘接；待EN粘接剂初步固化形成一定强度后（具体时间视施工气温决定），在其上铺筑3.5cm浇注式沥青混凝土（GA10）,并在表面撒布一层5～10mm的碎石，用量为5～8Kg/㎡；最后是铺装上层4cm排水性路面；在铺装上下层之间，采用改性乳化沥青粘层（用量0.3～0.5L/m2）以保证铺装上下层的整体性。浇注式沥青混凝土是沥青混凝土按照施工工艺作为分类标准确定的一种沥青混凝土，它属于悬浮式密实型结构的沥青混凝土。混合料本身具有细集料含量高，矿粉含量高（20%～30%），沥青含量高（7%～10%）等特点，较多的沥青及矿粉含量使骨料处于悬浮状态，与热压沥青混凝土不同，其空隙率很小，而且内部空隙不连续，因而成型的浇注式沥青混凝土不透水，耐冻融、耐油、抗老化；同时变形能力强，整体性优良，具有优良的抗低温开裂与抗疲劳开裂性能。基于以上优点，使用浇注式沥青混凝土做铺装下层是比较合适的。排水性路面在国内目前使用的还不是很多，在西安、上海、重庆有过使用，在国外使用较多，欧洲地区（英国、法国、荷兰、西班牙等国）于20世纪80年代初期开始使用于道路铺面，日本于20世纪90年代开始大量使用。排水性路面经压实后，约有20%左右的孔隙率，从而在面层内形成一个水道网。降雨时，落到其表面的雨水，可通过内部的孔隙流动侧向排出路面外，而不在表面形成水膜和径流。大雨来不及排水时，虽表面有径流和溅水，但要轻得多，一旦雨停，表面径流立即消失。因此，它能避免降雨过程中在常规路上海深水港东海大桥桥面铺装设计方案4面上高速行车产生的水漂现象，消除车后的溅水和射水现象，消除路面表面的反光现象，从而使道路标志更容易看清。这些优点使高速行车更安全。排水性路面的另一个重要特性是，较高孔隙的吸收作用能明显减少车辆内外的滚动噪声。以上特性正适宜于它在东海大桥上使用。但是，随着使用时间增长，排水性路面由于混合料的孔隙会被尘土、从轮胎磨下的橡胶粉以及其他磨耗物堵塞。一旦孔隙堵塞，就不再起排水作用或排水能力大幅度降低，其降低噪声的能力也大幅度减小。为保持良好的透水性和降低噪声能力，必须有清孔设备，2~3年清一次。目前，在日本已有专用设备。在交通量大和快速行驶的道路上，由于轮胎在路面上的动力水作用以及高速行车的车轮后的真空吸力作用，排水性路面也具有某种自我清洗功能。为了便于雨水的排出，在铺筑铺装上层时，将桥面边缘20~25cm的范围不进行铺筑使之形成纵向排水沟。方案二：桥面铺装按两层设计，总厚度80mm，铺装下层采用浇注式沥青混凝土，厚度35mm，铺装上层采用改性沥青SMA13，厚度45mm。与方案一相比，就是将铺装上层4cm排水性路面改为4.5cm改性沥青SMA13。桥面铺装结构示意图如下：水泥混凝土桥面板：打砂，形成干燥、洁净、粗糙、平整的界面桥面板粘接剂铺装层路缘灌缝粘接剂：洒布EN粘接剂，用量为0.3～0.5Kg/㎡图二：桥面铺装结构示意图铺装上层：改性沥青SMA13,厚度为5.0cm铺装下层：GUSS10,厚度为4.0cm，表面撒布5～10mm碎石，用量为5-8Kg/㎡改性沥青SMA是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛上海深水港东海大桥桥面铺装设计方案5蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙组成一体的沥青混合料，具有优良的抗车辙性能和抗滑性能。4.铺装材料、混合料组成及性能要求4.1粘接剂在桥面板打砂处理，形成一个清洁、干燥、平整的粗糙界面后，然后洒布EN粘接剂是一种反应性粘接剂，能与水泥混凝土充分浸润，具有优良的耐潮、防渗水和粘接性能，确保铺装下层与桥面板之间的良好粘接）。EN粘接剂技术要求如表4.1所示：表4.1EN粘接剂的技术要求指标技术要求实验方法或仪器粘度（20℃）,s≤40标准粘度计法与水泥砼的粘接强度,MPa≥1.2拉拔试验与铺装下层的粘接强度,MPa≥1.2拉拔试验25℃指干时间,h≤1025℃干硬时间,h≤48渗水系数，㎝/s≤2×10-8AutoclamPermeabilitySystemMarkⅢ4.2沥青为保证桥面铺装的密水性和整体性，下层采用GA10。为满足东海大桥的交通和气候等要求，采用特种改性沥青混合一定比例的湖沥青作为浇注式沥青混凝土粘结料，以充分保证铺装抗车辙和抗开裂能力。在正式进行施工前，应对浇注式用的粘结料进行试生产，由此确定能达到性能要求现场加工工艺。浇注式用湖沥青指标和改性沥青要求如表4.2和4.3所示：上海深水港东海大桥桥面铺装设计方案6表4.2湖沥青技术指标要求试验项目要求方法溶解性沥青含量53～55%（重量计）供货商提供密度1.40～1.42g/cm2供货商提供针入度（25℃，100g，5s）0.1mm1～4BSEN-1426软化点（环球法）93℃～98℃BSEN-1426表4.3浇注式用改性沥青技术要求指标要求方法针入度（25℃，100g,5S）0.1mm20～40BSEN-1426软化点（环球法）℃≥90BSEN-1426延度（5℃，5cm/min）cm≥10BSEN-1426回弹率（25℃）%≥90ASTMD6084RTFOT180℃重量损失%≤1.0ASTMD2872当铺装上层采用排水性路面时，由于排水性路面空隙率高达20％，这就对沥青的耐老化性能和混合料的抗水损害性能提出了更高的要求，因此需使用高粘度改性沥青。其技术要求如表4.4所示。表4.4排水性路面用改性沥青技术要求指标要求试验方法针入度（25℃，100g,5s）0.1mm30～60JTJ052-2000软化点（环球法）℃初软（下垂1.0mm）≥40JTJ052-2000终点≥85延度（5℃，5cm/min）cm≥20粘韧性N.m≥20韧性N.m≥15上海深水港东海大桥桥面铺装设计方案7粘度60℃Pa.s≥2000ASTM.D2170JISK2207135℃Pa.s≤2闪点℃≥230JTJ052-2000RTFOT180℃重量损失%针入度比%回弹率%延度（5℃，5cm/min）cm≤1.0≥65≥80≥10JTJ052-2000当铺装上层采用改性沥青SMA13时，其改性沥青技术要求如表4.5所示：表4.5SMA13用改性沥青技术要求技术指标SBS改性沥青针入度（25℃，100g，5s）0.1mm≥40延度5℃5cm/mincm≥20软化点(R&B)℃≥60粘度135℃Pa.s≤1.5闪点℃≥230溶解度%≥99弹性恢复25℃%≥70旋转薄膜烘箱试验(163℃×75min)质量损失%≤1.0针入度比%≥65延度cm≥154.3集料及矿粉选用玄武岩破碎集料作为东海大桥桥面铺装上层用碎石，石灰石集料作为铺装下层用碎石。粗集料、细集料及矿粉应满足我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032-94）中的表C.8、表C.11及表C.12中的要求。特别强调粗集料的1：3细长扁平颗粒含量必须10%，1：5细长扁平颗粒含量应5%；洛杉矶磨耗损失应小于28%；对于玄武岩粗集料磨光值不小于45（BPN）。集料分级规格：上海深水港东海大桥桥面铺装设计方案8（1）4.75～9.5mm:大于9.5mm含量小于15%，小于4.75mm集料含量≤10%。（2）2.36～4.75mm:2.36～4.75mm粒径含量≥80%。（3）0～2.36mm:大于2.36mm含量≤15%。除浇注式外，桥面铺装中不得使用天然砂。施工中应保持矿粉干燥无结团，结团的矿粉不得直接使用。4.4纤维纤维是用于排水性路面或SMA混合料中的稳定剂，纤维生产厂家应提供纤维产品质检报告。4.5改性乳化沥青在铺装下层完工后，在其上涂布一层改性乳化沥青,用量为0.3～0.5L/m2，增强铺装上下层的结合力。改性乳化沥青性能要求如表4.6所示。表4.6改性乳化沥青性能指标指标要求试验方法1.18mm筛上余量（%）0.3JTJ052-2000贮存稳定性（CH5）5JTJ052-2000粘度C255（秒）≥16JTJ052-2000蒸发