闵浦二桥钢桥面铺装方案汇报

上海闵浦二桥钢桥面铺装方案汇报上海市城市建设设计研究院重庆鹏方路面工程技术研究院2009.9闵浦二桥主桥为公轨两用双层钢桁架独塔斜拉桥，上层为公路双向四车道，下层为轨道交通（莘闵线）。设计道路等级为二级公路，双向四车道，设计车速60km/h，桥梁荷载等级为公路Ⅰ级。主桥钢桥面长度463.65m，宽18m，正交异性钢桥面。桥面采用沥青铺装，沥青铺装面积约8345㎡。主桥位于直线段，最大纵坡5‰，竖曲线半径30000m。闵浦二桥概况桥型：独塔双索面连续钢桁梁斜拉桥，三跨一联；塔梁竖向、水平约束体系。跨径组合：（38.25m+147m）锚跨+251.4m主跨；主塔：H型塔，钢筋混凝土结构；主梁：钢板桁结合梁形式，矩形断面，三角形桁架，上、下层桥面为正交异性钢桥面；索：高强度镀锌平行钢丝拉索，HDPE护套，在梁上锚固采用锚箱形式，塔上采用环向预应力锚固构造；铺装厚度限制：原设计厚度为75mm。正交异性板由桥面板、U形加劲肋、小纵梁、横肋组成。桥面板板厚16mm，下设“U”形纵向加劲肋，间距700mm，“U”形加劲肋高300mm，板厚8mm；沿桥纵向每2.94m设一道横肋。从桥面系设计情况来看，整体刚度能够满足沥青混凝土铺装的使用要求。闵浦二桥钢桥面铺装基本条件越江通道流量预测车种比例荷载等级：公路Ⅰ级，交通量较大，且承担一定的重载过境交通（占预测交通量的17%）。区域地处中纬度，太平洋西海岸，属北亚热带海洋性气候。日光充足，四季分明，气候温和，降雨充沛。（龙华气象站，1951年～1980年）历年极端最高气温：40.2℃（1943年7月13日）历年极端最低气温：-12.0℃（1983年1月19日）年平均气温：15.7℃月平均最高气温：27.8℃（8月）月平均最低气温：3.5℃（1月）降水最大年降水量：1324.8mm（1983年）最小年降水量：678.1mm（1978年）年平均降水量：989.1mm年平均雨天：144天湿度相对湿度，6月至8月最高，平均为91%；9月至12月最低，平均为76%；1月至5月居中，平均为85%。闵浦二桥钢桥面铺装基本条件钢结构桥面系因其柔韧性大、易挠曲、传热快，桥面底部加劲纵横梁（肋）多，易腐蚀等特性，使得钢桥面铺装的使用条件比一般高等级路面、机场道面严酷得多，除铺装层满足行驶功能及对钢板的防锈保护功能外，还应具有更高的变形能力及高温抗变形能力，以及良好的层间结合力。因此钢桥面铺装的方案设计是一项难度较大的复杂工作。同时，每座不同的钢桥其桥面系构造设计不同、气候使用条件不同、交通荷载组成情况不同、所能采用的材料不同等差别，要求进行方案设计前要进行一定的试验研究，以确定不同的设计参数，因此钢桥面铺装的方案设计又是一项针对性强、具有科研性质的设计任务。钢桥面铺装的特殊性（1）沥青铺装层要求具有良好的抗车辙性能（2）沥青铺装层要求具有良好的抗疲劳开裂性能桥面铺装层要随同钢板变形而产生反复的挠曲变形，特别是在钢板U形加劲肋顶部对应的铺装表面将产生反复弯曲应力（应变）而开裂。（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，桥面铺装层与钢板要同步变形；气候环境条件作用下，沥青铺装结构层以及钢板要产生不同的温缩变形，这使得各结构层（包括钢板）之间产生较大的弯拉应力和剪切应力，并导致层间脱离，引起铺装层破坏。（4）沥青铺装层对桥面板等钢结构应具有良好的保护作用水分易导致钢板锈蚀，降低铺装结构层的耐久性和桥梁钢结构的使用寿命。（5）沥青铺装具有良好的抗滑性能桥面湿滑，面层抗滑性能降低，存在很大的交通隐患。（6）沥青铺装具有可靠的施工性和质量控制技术钢桥面铺装的一般要求钢桥面铺装的典型结构钢桥面铺装结构层设计与桥梁结构类型、受力的特点、交通量及其组成、气候环境特点密切相关。合理的钢桥面铺装结构应如下图1所示。防水体系下层面层钢板防水层(粘接层)在针对具体桥梁特点进行专门设计时，应结合桥梁在桥面系刚度、交通、气候、施工条件等因素分别选择合理的防水粘结层组合体系、铺装下层材料及厚度、铺装面层材料及厚度并综合设计铺装组合结构。目前钢桥面铺装的三种基本体系项目结构一结构二结构三铺装层双层SMA或AC国产环氧沥青浇注式沥青混凝土（GA）防水粘结体系AMP-100二阶反应型防水粘结材料环氧沥青粘结层AMP-100二阶反应型防水粘结材料复合反应性树脂复合反应性树脂复合反应性树脂Eliminator防水粘结体系Eliminator防水粘结体系Eliminator防水粘结体系适用领域结构跨径较小、刚度较大、荷载较轻结构刚度较大、重荷载、大交通量、非冬季施工结构刚度较大、重荷载、大交通量钢桥面铺装防水粘结材料：橡胶沥青（或改性沥青玛蹄脂）粘结剂、环氧沥青粘结剂、环氧树脂粘结剂、Eliminator防水粘结体系。钢桥面铺装防水粘结材料选择（1）橡胶沥青（或改性沥青玛蹄脂）粘结剂橡胶沥青粘结剂通常采用橡胶类改性剂对沥青进行改性，形成具有较强延伸性能和抗疲劳开裂性能的改性沥青，并常与其他材料（如钢板防腐漆等）共同使用，作为钢桥面的防水粘结层。该材料具有较好的防水性能，但在高温环境条件下的抗剪切性能不足，容易产生铺装推移病害。武汉军山大桥铺装结构：钢桥面喷砂除锈+防腐层+改性沥青碎石封层（1kg改性沥青+3~5mm的预拌沥青碎石）+双层SMA虎门大桥维护铺装结构：钢桥面喷砂除锈+双层环氧树脂粘结剂（撒小碎石）+3～5mm沥青码蹄脂缓冲层+双层SMA环氧沥青粘结剂通常用于双层SMA或环氧沥青混凝土铺装结构，环氧沥青粘结剂粘结性能优良，抗裂性能不足，往往是在铺装表面产生开裂不久即发展到钢板，腐蚀钢板锌漆保护层和钢板，并导致铺装裂缝两侧出现伴随性开裂。（2）环氧沥青粘结剂Eliminator防水粘结体系由ZedS94底涂层、Eliminator防水层（两层）和TackCoatNo.2胶粘剂（或SA1030胶粘剂），其中TackCoatNo.2用于浇注式沥青混凝土，SA1030胶粘剂用于碾压式沥青混凝土。（3）Eliminator防水粘结体系钢桥面铺装层常用材料：SMA（或改性沥青SMA）、浇注式沥青混凝土、环氧沥青混凝土。改性沥青SMA：高温性能优良、低温性能较好、采用高弹性改性沥青的SMA具有良好的抗疲劳开裂性能，不宜冬季施工。浇注式沥青混凝土：低温性能和抗疲劳开裂性能优良、采用专用改性沥青的浇注式具有较好的高温性能、低温环境不影响施工。环氧沥青混凝土：材料综合性能优良，对施工控制要求极为严格，后期养护时间场，出现病害后修复困难，不宜冬季施工。钢桥面铺装结构层材料选择钢桥面铺装结构层材料选择浇注式沥青混凝土施工过程（无须碾压、不会存在压实度不足而引起的透水等病害）钢桥面铺装结构层材料选择江阴大桥聚合物改性沥青浇注式混凝土使用效果浇注式与环氧铺装接缝状况（左环氧、右浇注式）铺装方案一铺装层3.7cm高弹改性沥青码蹄脂混凝土铺装SMA10铺装面层改性乳化沥青粘层3.5cm高粘度改性沥青SMA10防水体系Eliminator防水粘结层SA1030胶粘剂，用量：1.25～1.75kg/㎡甲基丙烯酸类树脂（两层），总用量：2.5～3.5kg/㎡底涂层ZedS94，用量：100～200g/㎡桥面板钢板：除油、除盐分，喷砂除锈，清洁度Sa2.5级，粗糙度Rz50μm～100μm铺装方案一双层SMA结构在实际使用时表现出了较好的高温性能，但抗疲劳开裂性能不足，密水性能不良，在低刚度、重交通钢桥面上使用效果不好。适用于跨度小、刚度大、交通量轻的钢桥。铺装底层宜采用高粘度改性沥青，铺装面层宜采用高弹性改性沥青。为减少施工复杂性，上下层也可以都采用高弹性改性沥青。SMA在较低气温条件下施工，存在一定的质量隐患。上面层建议采用SMA10型混合料的原因SMA10具有良好的使用性能。试验研究表明，通过沥青和矿料的选择以及混合料目标配合比设计，SMA10能够达到下表所示性能。项目空隙率（%）饱和度（%）矿料间隙率（%）稳定度（kN）60℃动稳定度（次/mm）平整度（mm）渗水系数（ml/min）构造深度（mm）性能3~3.575~85≥16.5≥6.0≥3000≤3≤200≥0.8根据试验研究和实体工程经验，SMA13具有较大的空隙率，且空隙往往是贯通的，不能够防止水分进入铺装层内部，会加剧铺装层的早期病害。虎门大桥钢桥面铺装因混合料透水引起的病害上面层建议采用SMA10型混合料的原因SMA10在铺装工程中有较多的成功使用经验。重庆菜园坝大桥、重庆石板坡长江大桥、湖南长沙三汊矶大桥、S342新建工程凤翔路立交A匝道、山东平阴黄河公路大桥、贵州北盘江大桥等桥面铺装表面层均采用了SMA10，使用效果良好。桥梁名称重庆菜园坝大桥贵州北盘江大桥设计要求构造深度（mm）最小值最大值最小值最大值≥0.80.941.180.961.09贵州北盘江大桥钢桥面铺装SMA10表面状况铺装方案二铺装层磨耗层：3.8cm高弹改性沥青码蹄脂混凝土铺装SMA10铺装面层粘层：改性乳化沥青，用量：300～500g/㎡保护层：GA10（厚3.5cm），撒布5～10mm碎石防水体系Eliminator防水粘结层胶粘剂2号，用量：150～200g/㎡甲基丙烯酸类树脂（两层），总用量：2500～3500g/㎡底涂层ZedS94，用量：100～200g/㎡桥面板钢板：除油、除盐分，喷砂除锈，清洁度Sa2.5级，粗糙度Rz50μm～100μm铺装方案二Eliminator和浇注式沥青混凝土组成性能优良的防水体系，SMA10为车辆行驶提供平整、抗滑的铺装道面，同时也具有一定的防水功能。使用寿命比方案一长。国内具有大量的实体工程经验，如安庆长江大桥、天津子牙河大桥、湖南三汊矶大桥、重庆菜园坝大桥、贵州北盘江大桥等。适用于不同跨度、不同刚度和各种交通量的钢桥。铺装面层SMA的施工质量同样受到气温条件的影响。成本较高。铺装方案二浇注式沥青混凝土在德国、日本等国家有广泛的应用，近5年多来，在我国也逐渐得到较多使用，浇注式沥青混凝土因其沥青含量高、动稳定度试验结果小等特点，往往给人“热稳性不足”的印象，而实际上，浇注式沥青混凝土采用了硬度较高的改性沥青，且浇注式沥青混凝土只有在高温（220℃～260℃）才会产生沥青富余而流动在常温下则具有良好的高稳稳定性，而对于浇注式沥青混凝土高温稳定性的评价方法国内外通常采用贯入度试验。本项目所在地夏季较炎热，冬季极端气温较低，为保证浇注式沥青混凝土高、低温性能的平衡，建议采用聚合物改性沥青，该沥青已经在贵州北盘江大桥、沈阳尚小桥和江阴长江大桥（试验段）得到成功使用。加热到220°C-260°C时的沥青富余量胶泥=沥青+矿粉铺装方案二铺装上层选用高弹改性沥青SMA，不仅能够为车辆行驶提供抗滑、平整、舒适的铺装表面，而且具有良好高、低温性能和抗疲劳开裂性能；SMA10型混合料空隙率低且内部空隙不连通，能够较好地防止水分的下渗，充分保证钢桥面铺装结构免受水分的侵蚀，具有较长的使用寿命。铺装方案三铺装层3.5cm高弹改性沥青SMA10铺装面层粘层：改性乳化沥青粘层3.4cm高粘度改性沥青SMA10防水体系缓冲层4mm改性沥青砂胶防水粘结层反应型防水粘结剂2mm双层环氧树脂下封闭层（撒小碎石）防腐层环氧富锌漆桥面板钢板：除油、除盐分，喷砂除锈，清洁度Sa2.5级，粗糙度Rz50μm～100μm铺装方案三以环氧树脂材料为防水层，可隔绝水和空气，防止钢板锈蚀，环氧树脂下封闭层采用强度高、模量低的韧性极强的复合材料，分两层实施，以提高铺装层的抗剪切能力。采用反应型防水粘结材料作为防水层，其与环氧树脂下封闭层和铺装底层的粘结力均可达到1.0MPa以上。采用改性沥青砂胶作为缓冲层，可起到防水、隔热和缓冲铺装表面应力、增强铺装的抗裂性及提供摊铺机等机械行驶平台等作用。适用于降雨量较小、结构刚度大且轻交通的钢桥面铺装工程（上海卢浦大桥即采用此方案）。多雨地区及有重载交通时需谨慎。需特殊设备：改性沥青砂胶需特殊运输设