《交通運輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）——第二部分橋梁《城市高架橋雙層高彈高粘+防水黏結(jié)層鋼橋面鋪裝技術(shù)研究》

本期項目簡介

完成單位: 合肥市濱湖新區(qū)建設(shè)投資有限公司、 中交一公局第一工程有限公司、 安徽水安建設(shè)集團股份有限公司、 合肥市市政設(shè)計研究總院有限公司、 合肥市規(guī)劃設(shè)計研究院、 安徽省公路工程建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司、 日瀝 (上海) 商貿(mào)有限公司

主要完成人: 連城、 周志鋒、 陶述平、 戴中偉、 解亞東、 許靜華、 康懷樹、 付偉奇、 嚴(yán)周為、 張鈞

項目簡介

　　(一)項目背景

　　合肥市濱湖新區(qū)方興大道跨路段均采用鋼箱梁吊裝施工,橋面最大縱坡為4%。鋼橋面鋪裝采用5cm高黏高彈SBS改性瀝青瑪蹄脂碎石(SMA13)+5cm高黏高彈SBS改性瀝青瑪蹄脂碎石(SMA-10)+特種瀝青FRESHCOAT+溶劑型黏結(jié)劑CATICOAT鋪裝結(jié)構(gòu)。

　　鑒于城市鋼橋面施工溫度高、鋪裝面積小、縱坡大、車輛荷載變化復(fù)雜、對水侵蝕和鋪裝結(jié)構(gòu)破壞的響應(yīng)較為明顯。因此,在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計里,除了考慮橋面鋪裝的受力性能,還應(yīng)強調(diào)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的防排水功能和不同的鋪裝結(jié)構(gòu),保證橋面鋪裝的實際服役狀態(tài)。

　　(二)技術(shù)概況

　　橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的選擇包括力學(xué)分析、鋪裝材料的選擇、鋪裝厚度的選擇、防水黏結(jié)層材料的選擇。本次研究將根據(jù)以上四個方面,分別通過基本假設(shè)、主要力學(xué)指標(biāo)選定、有限元分析、受力特性分析、材料性能研究、室內(nèi)試驗、現(xiàn)場試驗等研究方法對鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層設(shè)計及材料選擇的理論受力情況和實際路用性能進行研究,并總結(jié)出城市高架橋鋼橋面柔性鋪裝結(jié)構(gòu)層和成套的施工工法。

　　(三)適用范圍

　　城市高架橋(尤其是匝道橋、跨路、大縱坡段)。

　　(四)獲獎情況

　　研究成果經(jīng)中國公路學(xué)會鑒定為國際先進水平;榮獲中國交通運輸協(xié)會2020年度科技進步二等獎;中交一公局集團科技進步三等獎;獲得中國公路行業(yè)建設(shè)協(xié)會工法1項;獲得中交一公局集團工法1項;發(fā)明專利受理1項;安徽省市政工程協(xié)會優(yōu)秀QC成果一等獎。

項目創(chuàng)新點

　　(1)針對城市高架橋彎坡斜等技術(shù)特點,研究提出了雙層高彈高粘+防水黏結(jié)層鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu),確定了最大拉應(yīng)力、層間最大剪切力和最大彎沉的設(shè)計控制指標(biāo)。

　　(2)研究了高彈高粘改性瀝青鋪裝材料和防水黏結(jié)層材料,通過室內(nèi)試驗證明這類新型材料具有良好的高溫穩(wěn)定性、抗疲勞能力,路用性能優(yōu)良。

　　(3)提出了一套雙層高彈高粘+防水黏結(jié)層的快速施工新工法和質(zhì)量管控體系。

同類項目比較

由瀝青馬歇爾試驗結(jié)果說明 RST 高彈高粘改性瀝青 SMA 混合料具有更好的高溫穩(wěn)定性和抗?jié)B水能力 (見表 2)。

根據(jù)抗疲勞試驗可得: 高彈高黏改性瀝青SMA 比 SBS 改性瀝青 SMA 有更好的抗疲勞壽命,可以保證橋面鋪裝材料在車輛反復(fù)荷載下的抗裂性 (見表 3)。

全生命周期成本為生產(chǎn)階段和使用階段的直接成本之和, 在橋面生命周期范圍內(nèi)的合計成本如表 5 所示。

從表 5 可見, 本文提出的 “雙層 RST 高彈改性瀝青 SMA+特種瀝青 FRESHCOAT+溶劑型黏結(jié)劑CATICOAT冶 具有更好的試驗力學(xué)性能和路用性能, 且在全生命周期內(nèi)的造價最小, 具有極高的經(jīng)濟效益。

應(yīng)用案例

　本次合肥市濱湖新區(qū)方興大道高架橋面鋪裝材料選擇RST高彈改性瀝青配制的SMA混合料,防水層材料選用F-型超高黏特種改性防水瀝青,黏結(jié)層材料選用C-型溶劑型瀝青橡膠黏結(jié)劑。

　　由于城市高架橋的局限性,整聯(lián)鋼橋面面積平均約為5000平方米,普遍存在于跨路、匝道處,縱坡最大達到3郾5%,且考慮到C+F型防水黏結(jié)材料優(yōu)秀的固化性能,項目選定刮涂式施工工藝。采用加熱釜+導(dǎo)熱油工藝施工,下面層攤鋪厚度采用兩側(cè)鋼絲引導(dǎo)高程的控制方式。每10m間設(shè)置一鋼絲支架,以確保下面層的高程和平整度;中、上面層攤鋪采用平衡梁自動控制方式。瀝青混合料的碾壓分初壓、復(fù)壓、終壓三個階段(見圖1至圖3)。

社會效益與經(jīng)濟效益

　　項目提出的新型防水黏結(jié)材料和鋼橋面柔性鋪裝結(jié)構(gòu)施工過程無須大型機械輔助,不受機械條件和施工場地限制。黏結(jié)層和防水層涂刷固化時間較短,極大地保證了后續(xù)工序的順利和快速進行。且此類結(jié)構(gòu)特有的黏結(jié)自愈性能大大降低項目后期的運行和維護成本,間接效益明顯。

　　項目研究打破了我國對城市高架橋尤其是匝道橋、跨路橋這種一次鋪裝面積小、縱坡大、施工節(jié)奏快、施工溫度高的工程研究較少,同類型的市政鋼橋面鋪裝設(shè)計和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范也不健全的現(xiàn)狀。項目研究成果一方面可以引導(dǎo)和刺激技術(shù)人員對鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的深入研究,另一方面也為同類型施工提供了施工經(jīng)驗和理論基礎(chǔ)。