钢桥面SMA铺装施工工法

钢桥面SMA铺装施工工法1前言钢桥面沥青铺装近几年被大量应用到桥梁建设中，如广东虎门大桥、江阴长江大桥、南京长江二桥和润扬长江公路大桥等一系列著名的大桥。除少数桥梁桥面铺装的运营状况良好外,大部分桥梁的桥面铺装层都出现了车辙、开裂、推移等病害。总结其主要病害原因有：粘结层破坏、铺装层开裂问题、脱层或者剥落破坏、车辙。导致铺装层病害的主要原因有钢箱梁结构设计不当、防水粘结层设置不合理、铺装层性能不佳、铺装施工过程中细节问题、超载现象严重等等。为此我部在施工过程中进行深入研究和大量试验，不断改进施工工艺，加强施工工序质量控制，总结形成该施工工法，为类似桥梁施工提供参考。2特点2.0.1采用双层防水粘结层，提高抗剪强度、改善防水效果。2.0.2相对于环氧沥青钢桥面铺装施工，成本较低，施工难度小且质量容易控制。2.0.3在防水层上面设置3~6mm橡胶沥青砂胶，降低了桥面铺装层的弯拉应力，提高防水层与沥青铺装层的抗剪能力。2.0.4在高弹改性沥青铺装层中添加聚酯纤维，提升抗开裂和耐疲劳能力。2.0.5在反应性树脂搅拌过程中掺入一定量的乙醇，可有效隔绝空气，减缓凝固时间，确保了现场施工的可操作性。3适用范围3.0.1本工法适用于钢桥面沥青铺装，正交异性钢桥面板U型加劲肋较间距较小且钢板厚度较大的钢桥面铺装。4工艺原理与普通沥青相比SMA 粗集料含量高、在混合料中粗集料是石对石接触、相互嵌锁形成的骨架直接承受了荷载的作用，骨架对高温敏感性较小，含量较高的矿粉与沥青形成粘结力很高的玛蹄脂，是混合料的整体力学性能提高，这两方面的作用提高了混合料竖向和侧向约束导致在车辆荷载作用下，使之产生相对较微小的变化。掺入较多的矿粉和聚酯纤维可有效提高沥青路面的耐久性及抗裂性。SMA混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充，空隙率小、沥青膜较厚，沥青与空气接触少，抗老化能力较强。其次利用环氧树脂在固化反应过程中收缩率小，固化物的粘结性、耐热性、耐腐蚀性和憎水性等性能优良，并针对韧性差的缺点进行增韧改性，使环氧树脂具有适应刚桥面变形能力。为了提高防水层与上层结构之间的剪切强度，在环氧树脂上撒布一定量碎石。再通过设置缓冲层作为弹性中间层，可降低桥面铺装层的弯拉应力，并提高防水层与沥青铺装层的抗剪能力，防止SMA铺装层产生推移。5施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程图5.1工艺流程图沥青铺装施工工艺流程见图5.1 5.2操作要点5.2.1钢桥面喷砂除锈钢箱梁由于安装周期较长，桥面沥青铺装先需要对箱梁桥面进行喷砂除锈，喷砂前，先检查钢桥面板的外观，确保表面无焊瘤、飞溅物、针孔、飞边和毛刺等，否则必须通过打磨加以清除，锋利的边角必须处理到半径2mm以上的圆角。用清洁剂或溶剂清洗钢桥面板表面的油、油脂、盐分及其它污物。严格控制表面清洁度，无油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，钢桥面板表面应达到GB8923-88标准Sa2.5的要求。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50um~150um。对于自动无尘打砂机不能施工的死角及边缘，可采用手提式打砂机人工打磨。图5-1喷砂除锈5.2.2喷涂环氧富锌漆对划分的施工区域内，除锈后应保持桥面清洁、干燥，为防治受潮湿空气影响再次锈蚀，在喷砂除锈后的4h之内进行喷涂环氧富锌漆作为防腐层，厚度为50~100um；预埋一定量试柱，拉拔试验满足要求后，方可进行环氧树脂防水层的施工。图5-2防腐层拉拔试验5.2.3防水粘结层施工要点 在每层防水粘结层施工前，需进行吹尘处理，清理附着的灰尘及碎渣等杂物。环氧树脂粘结剂由现场配制，即拌即用。遇下雨、下雪、结露等气候条件时,严禁涂布作业。滚涂环境温度15～40℃,相对湿度≤85%。层环氧树脂粘结剂用量200~300g/m2，撒布0.3~0.6mm的碎石，用量300~400g/m2,已涂刷好的区域要进行保护，严禁油、油脂和脏物等的污染。第一层完全固化后开始进行第二层施工，第二层环氧树脂粘结剂用量400~600g/m2，撒布1.18~2.36mm的碎石，用量500~800g/m2。涂抹反应性树脂要求平整、均匀、无气泡、裂纹、脱落、漏涂现象，若未达到上述要求,必须重新修整或补涂。碎石撒布要求均匀，不能堆积，与反应性树脂粘结层粘结牢固,应扫除未粘牢的部分。图5-3环氧树脂刮涂及碎石洒铺5.2.4缓冲层缓冲层由200～400g/㎡溶剂粘接剂作为底涂层和3～6mm橡胶沥青砂胶组成。待溶剂粘接剂完全固化后即可刮涂橡胶沥青砂胶防水层。溶剂型粘接剂施工，在涂刷过程中对防撞栏杆底座等部位有可能造成污染的地方，应用条布做遮挡防护。已涂刷好的区域用交通管制形式进行保护,严禁油、油脂和脏物等的污染与汽车碾压的破坏。已涂刷好的区域如果发生损伤,视损坏程度在破坏处用溶剂清洗后采用同等材料进行修复。橡胶沥青砂胶施工，由加热搅拌设备cooker生产，先将改性沥青加入cooker，再加入称量好的矿粉并搅拌升温，同时将cooker运输至施工现场。橡胶沥青砂胶温度升至200℃ 以上后，提起卸料闸，将防水胶砂倒入特制的铁桶中，并置于手推车上加热保温，采用人工刮涂的方式将橡胶沥青砂胶刮平。图5-4橡胶沥青砂胶施工5.2.5铺装层SMA101沥青混合料的拌制每一阶段SMA混合料拌和前，均需对拌和楼进行彻底的检修与维护，避免发生导热油渗漏、沥青泵停机、矿粉掺加速度慢及掺加量不够等问题。同时，对所有计量设备进行检查。混合料拌和温度控制：石料加热200～240℃，混合料拌和后出料温度按170～195℃目标控制，不满足上述温度要求则弃料。拌和时间为干拌5～10s，湿拌30～60s，上述工艺均需现场试拌后确定。拌和过程中应充分注意矿粉掺加、纤维掺加，沥青用量及出料温度控制；同时，冷料仓上料速度的设置应充分考虑到加热鼓风中细集料中的粉料（<0.3mm材料）损失，回收粉不得再次使用。2运输钢桥面铺装改性沥青SMA混合料运输应采用载重20t以上的自卸车运输，运输车辆数量应足够，保证施工作业的连续进行。运输车辆应先将底盘及车轮清洗干净，防止泥土杂物掉落在铺装施工范围内；为防止SMA粘于运输车车箱底部，在装料之前，应使用专门的沥青混合料隔离剂在车厢底部均匀涂一薄层，不得有隔离剂集中的现象。运输过程中，应加盖帆布保温。运输车辆在摊铺机前被推行时，不得紧踩刹车，防止轮胎搓动下层。同时，向摊铺机料斗中喂料时，禁止将混合料直接洒落在下层混凝土上。因各种原因，车箱中混合料未能完全卸完时，不得倾倒在桥面上，应在钢桥面铺装范围以外清理干净。运输车辆不得在钢桥上急转弯及调头，运输车辆必须按指定路线进入施工现场，在钢桥面上行驶速度不超过10km/h。运输车辆从装入混合料起至开始摊铺为止，运料及等待时间不超过1.5h。3摊铺 热拌沥青混合料采用福格勒履带式摊铺机进行摊铺，摊铺机在第一次受料前在料斗内涂少量柴油水溶液，以防粘料。面层采用非接触式平衡梁摊铺方式进行厚度和平整度控制。经摊铺机摊铺并初步压实的摊铺层应符合平整度、横坡度的规定要求。4摊铺控制摊铺开始前1h左右使摊铺机就位于起点，并充分预热摊铺机熨平板。摊铺机摊铺过程中，施工单位应进行仔细研讨，采用适当的控制方式，通过试验验证确保铺装平整度与铺筑厚度。摊铺机行走速度应尽可能放慢，以便与拌和楼拌和能力相匹配。铺装面层混合料摊铺时，摊铺机行走速度依据拌和能力，一般控制在1.5～2.0m/min范围，最高不超过3m/min。摊铺机行走时，禁止摊铺机在缓冲层和粘结层面上急转弯和调头。施工管理人员应密切注意拌和楼、运输车辆及摊铺机、压路机之间的协调统一，避免摊铺机长时间停机待料。摊铺最低温度为160℃。5碾压成型SMA沥青混合料碾压必须紧跟摊铺机碾压，初碾、复碾工作长度约30m，不允许超过50m。对此，施工单位应采取适宜的保证措施。1）初碾初碾采用自重大于10t压路机进行静压。初碾压路机每次前进时，均应前行到接近摊铺机尾部位置。每次前进后均应在原轮迹上（重复）倒退，第二次前进应重复约2/3轮宽，往返一次为碾压一遍，需碾压1～2遍。铺装表面层施工时，初碾压路机行驶速度控制在3km/h范围内。初碾必须在铺装温度150℃以上完成。2）复碾SMA铺装层复碾采用水平振荡压路机，振荡碾压3～4遍，复碾完成时铺装温度应大于130℃。3）收迹碾压收迹碾压采用钢轮压路机无振动碾压收迹1～2遍，收迹碾压终了温度应大于120℃。压路机严禁在未碾压成型还未冷确的路段上转向、调头或停机等待。若要加油、加水或必须停机的情况下，须将压路机停在已冷却的路面上。振动压路机在已成型的路面上行驶时须关闭振动。 4）接缝处理接缝施工要求：在施工缝及构造物两端的连接处必须仔细操作，保证紧密、平顺。纵缝施工：一般情况下不存在纵缝。当施工主线加宽段时，采用两台摊铺机阶梯形铺筑，纵缝为热接缝。收费站加宽处不得不留纵逢，须注重接缝质量。横缝施工：横缝应与路中线垂直，相邻两幅及上下层的横缝应错位1m以上。5.2.6层间加强层1在SMA10下层铺筑完毕之后喷洒改性乳化沥青，洒布量控制在300-500g/㎡。2待改性乳化沥青破乳后，铺设网孔大小为38.1×38.1mm自粘式玻纤格栅，要求经向和纬向断裂强度均大于120KN/m。玻纤格栅满铺于下层表面，碾压后与下层表面自动粘合。3粘层施工后，严禁运料车以外的其它车辆通行。5.3劳动力组织表5.3劳动力组织情况表（单位：工日/100㎡）队伍名称劳动力人数拌合站劳务队3防腐施工队10沥青混凝土施工队9安全协勤队伍26材料与设备6.1材料表6.1主要材料名称规格/型号技术指标环氧富锌漆6mm25℃完全固化时间<7d玄武岩/吸水率%<2.0乙醇/浓度100%新型环氧树脂增韧剂AP-1/环氧树脂（无色）HT-623剪切强度70℃>2MPa橡胶沥青砂胶/流动性<3 溶剂型粘结剂GS-Ⅱ60℃剪切强度>0.5MPaSMA-10混合料/马歇尔试验稳定度>6KN沥青聚酯纤维6mm抗拉强度>500MPa改性乳化沥青/粘度8~25（s）自粘式玻纤格栅38.1*38.1（mm）断裂强度经向/维向>120KN/m6.2设备表6.2主要机械设备配备计划表设备名称品牌规格数量出厂时间操作司机伸缩式摊铺机福格勒（或进口同类设备）8米以上12年内3人拼装式摊铺机福格勒（或进口同类设备）9米以上12年内3人双钢轮压路机12吨以上22年内1小钢轮压路机2吨12年内1沥青洒布车13年内17质量控制7.1质量控制标准7.1.1施工时应严格按照下列规范、标准进行施工1《公路工程技术标准》（JTGB01－2003）2《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)3《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000；4《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）5《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》7.2质量保证措施7.2.1质量保证措施1组织保证建立以项目经理、总工程师、项目经理部质检员及班组质量员组成的分级管理网络，加强对质量工作的组织领导和检查落实。 2制度保证技术负责人组织各专业技术人员，按照技术规范要求，完善各工序，同时按照各专业的各种规范和条例，加强对上岗人员专业技术和质量意识的教育、培训，严格按招标文件关于现场人员培训的规定执行，积极参加培训。3做好技术交底每道工序开工和员工上岗前，应进行一次简短的质量要求和技术交底，由各专业工程人员负责实施，质检工程师讲明质量要求和奖罚规定，使每个员工上岗前人人做到心中有数，以确保工程质量。4落实交接班制度各分项工程的每一道施工工序，特别是隐蔽工程，必须经驻地监理人员的验收合格，方准进行下一道工序的施工。充分发挥内部各级质量检查人员的作用，消除隐患，保证隐蔽工程受检一次合格。8安全措施8.0.1施工中严格注意安全防护，确保各工序有效运行。1施工人员安全防护1）参加施工人员是经过安全培训，并考核合格持证上岗者。施工人员进场时或进行具体操作前，须经过施工工长及安全监督员的安全交底。2）施工人员必须遵守现场纪律和国家法令、法规、规定的要求，必须服从项目经理部的综合管理。a、施工人员进入施工现场必须戴符合标准的安全帽及工装。b、施工人员立足本职工作，严禁动用不属本职工作范围内的设备。2施工安全措施1）现场机械必须由项目机材部进行试运行，检查其运行情况正常后方可参与本项目施工，项目机材部对检查后的机械按公司ISO9001程序文件要求进行标识。2）拌和站、摊摊设备、压实设备，必须满足机械本身护罩完善、电机无病的要求。3）操作人员必须经过培训考核合格持证上岗。4）各种机械要定机定人维修保养，做到自检、自修、自维有记录。5）施工现场各种机械要挂安全技术操作规程牌。 6）各种机械不准带病运行。3消防、安全措施1）施工现场设安全标志，危险作业区悬挂“危险”或者“禁止通行”、“严禁烟火”等标志，夜间设红灯警示。2）施工运输车辆必须严格遵守公路交通规则，文明行车，注意安全。3）治安消防工作坚持“预防为主，以消为辅”的指导思想，加强施工现场的物资、器材和机械设备的管理，防止物资被哄抢、盗窃或破坏。4）开展法制宣传和“四防”教育，项目经理部定期开展以防火、防盗为主的安全大检查，堵塞漏洞，防患于未然，健全现场保卫机构，统一领导治安保卫工作。9环保措施9.0.1建立健全环保管理组织保障体系1施工区必须设专职环保管理人员，并明确岗位责任。2现场施工区规划要对环保设施进行统一安排，以保障其实用的长期性。现场环保人员必须参与施组中环保措施的制订，以确保措施具体、实用，符合现场要求。3按有关规定建立健全各种组织，做到措施有效，责任到人。4积极配合有关部门的环保检查，对提出的问题必须认真整改，第一管理者抓落实。5采取多种形式进行环保宣传教育活动，不断提高职工的环保意识和法制观念并进行考核。根据现场环保工作管理情况定期召开分析会，制定具体措施。9.0.2防噪声污染措施1由于工程位置车流量太大，地理位置特殊，现场施工时间一般只能在晚六点至早七点之间，在施工过程我们将尽量降低现场施工音量，保证周围居民的正常休息。2经常性地对工人进行环保知识教育，加强管理，减少人为噪声扰民。10效益分析10.1经济效益10.1.1本工程主桥钢桥面铺装总面积为6006.1m2，江滨北路互通A、C匝道桥 钢桥面铺装总面积为800.6m2。根据市场调查，如采用ERS树脂组合沥青铺装，每平米费用约1200元，本工程约需增加成本费用约779万元左右；如采用SMA沥青铺装，每平米费用约800元，本工程约需增加成本费用约507万元左右。在正交异性钢桥面板U型加劲肋较间距较小且钢板厚度较大的情况下，选择该施工工艺，既确保桥面耐久性又可节省大量成本。10.2社会效益10.2.1该工艺在很大程度上提高了桥面铺装的耐久性，提高使用寿命，确保了行车舒适度，具有显著的社会效益。11应用实例11.1泉州市田安大桥工程11.1.1工程概况泉州市田安大桥主桥为上承式梁拱组合桥，桥跨布置为50+160+50=260m。上部采用双幅分离、三跨连续结构体系。上部结构为主梁与拱面组合承载，为钢结构。下部采用钻孔灌注桩基础，为混凝土结构。设计为双幅分离式，双向六车道，两幅桥间距1m，单幅宽度为17.75m，全桥总宽度为36.5m。桥面为正交异性钢桥面板，顶板均采用16mm厚度钢板，并布置U形加劲肋，加劲肋上口宽300mm，下口宽170mm，高280mm，厚8mm。桥面铺装采用双层SMA高弹改性沥青。11.1.2施工情况桥面铺装施工中，采用大中跨径钢桥面SMA铺装施工技术，完成了主桥左右幅及江滨北路互通A、C匝道的钢桥面沥青铺装施工，施工过程中执行施工工艺进行，严格控制各个工序，确保是了施工质量。11.1.3工程评价该工艺实施后效果良好，试验检测各项指标满足设计及规范要求，未出现车辙、乏油、沉陷及裂缝产生。11.1.4存在问题无11.2厦漳跨海大桥工程11.2.1工程概况厦漳大桥北 汊主桥位于海门岛和海平渡口之间南汊海域，桥梁设计为双工字型组合梁斜拉桥，索塔采用H型桥塔，钢筋混凝土结构，设置上下两道横隔梁，桥梁总长570米，该段桥梁起止桩号分别为K9+267.99和K9+837.99。11.2.2施工情况施工钢桥面采用双层SMA改性沥青混凝土铺装，通过加强工序控制和工艺落实，取得较好的施工效果。11.2.3工程评价该工艺实施后效果良好，试验检测各项指标满足设计及规范要求，未出现车辙、乏油、沉陷及裂缝产生，具有较高的推广应用价值。11.2.4存在问题无11.3厦门海沧大桥工程11.3.1工程概况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。11.3.2施工情况海沧大桥受由于超载车、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，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。11.3.3工程评价该工艺实施后效果良好，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。