钢桥沥青桥面铺装层设计理论与方法研究

从我国大跨钢桥建设的需求出发，通过桥跨结构与铺装层共同作用工作机理分析；车辆荷载对桥面铺装层的动力响应分析；铺装层结构组合与材料性能的综合分析，提出完整的成果，用于铺装层结构设计和材料组成设计。为我国二十一世纪大跨度钢桥建设提供沥青桥面铺装层设计的可靠理论基础和完整的设计方法，确保大桥桥面铺装优质、耐用、使用品质良好。 2100433B

相对于其他普通公路路面铺装，在使用环境上钢桥面比普通公路路面要苛刻的多。无论是从桥面板本身结构、桥梁对整个地区交通的影响还是从温度、雨水等因素考虑桥面铺装建设，选择其建设标准要根据上述条件对桥面铺装材料进行深入的研究和比选。钢桥面铺装材料除了要满足普通公路的性质（如良好的抗变形能力）外还应该具备应对钢桥面板结构以及其他的使用环境而必须具备的铺装性能，具体要求如下：

①钢桥面铺装应该具备较强的高温稳定性

由于正交异性钢桥面板自身的结构影响，在高温季节沥青铺装表面温度要远高于周边大气温度。钢桥面板与桥面铺装层之间的弹模存在明显的差距，并且随着温度的升高沥青混凝土的刚度与强度一般都会明显下降，此时在车辆荷载特别是重载车辆的反复作用下，沥青混凝土桥面铺装很容易因此产生推移、波浪、粘轮、泛油等病害。

因此必须对沥青混凝土的高温稳定性提出严格要求，特别是在高温季节钢桥面沥青铺装应该保证具有良好的稳定性，即较高的刚度和强度是沥青混凝土在高温季节必须具备的性能。

②钢桥面板在低温条件以及车辆荷载作用下是应该具备良好的抗裂性能

钢桥面铺装极端低温相对于普通公路铺装更低，因此钢桥面铺装在面对低温时应具备良好的耐低温性能。随着温度的不断降低，沥青混凝土劲度将不断增大，其抵抗变形能力也慢慢降低。由于钢桥面铺装上行车荷载的连续作用，沥青材料中部分应力由于来不及松弛，应力就慢慢累积在材料之中，一旦累积应力超过了材料抗裂强度时，桥面铺装就会开裂而导致钢桥面铺装发生破坏。一旦桥面铺装产生开裂破坏，雨水以及腐蚀性物质将沿着裂缝深入铺装层深处，由此会导致多种病害的发生。因此沥青混凝土必须满足良好的耐低温性。

当沥青混凝土材料处于高温时由于其高温变形能力强，在高温条件下沥青混凝土桥面铺装不会产生裂缝破坏，但是面对低温条件时沥青混凝土抵抗低温性能较差。一般铺装层上的裂缝多是在低温条件下其抗低温性能差而引起的。因此钢桥面沥青混凝土铺装应该在低温时具有较低的劲度和较大的抗变形能力，并且要求在行车荷载和其它因素的反复作用下，桥面铺装不会产生疲劳开裂。

③钢桥铺装应该具备足够的强度与刚度以及桥面铺装粘结层应该满足规定要求以适应铺装变形要求

钢桥由于一直处于微小变动状态，良好的桥面铺装刚度以及强度是桥面铺装应该具备的性能。足够的桥面铺装层厚度一般都能保证桥面铺装具备足够的刚度和强度。但是一方面钢桥面铺装应该保证有足够的铺装层厚度以确保桥面铺装具备足够的刚度；另一方面如果桥面铺装如果太厚了就会影响桥面铺装对钢桥面板的变形追从性。因此在保证桥面铺装具备足够刚度的同时不能使桥面铺装层过厚影响其与钢桥面钢板的变形追从性。

桥面铺装粘结层起着承上启下的作用，将沥青混凝上层与钢桥面板连接起来，使沥青混凝土与钢桥面板整体受力。因此粘结层质量的好坏直接影响桥面系整体受力状态。

不仅仅是桥面铺装与钢桥面铺装应该具备良好的粘结能力，桥面铺装各层之间的粘结力也应该有充分的保证。由于对桥面铺装的使用性能的要求，桥面铺装层一般都会分为几层（如防水层、粘结层），如何保证各层之间保证良好的整体受力性对保证桥面铺装能够正常使用的重要保证。

④桥面铺装应该具备良好的疲劳性、抗老化性能

在钢桥面行车反复荷载的作用下，沥青混凝土面层具备抵抗破坏的能力就是沥青混凝土的耐疲劳性。在钢桥面正常使用期间，沥青混凝土由于经受车轮荷载的反复作用，其内部应力应变不但大小一直处于反复交替变化状态，而且其受力方向也随时发生变化，这种反复的作用使得桥面结构强度逐渐下降。当桥面行车荷载作用重复超过一定次数后，由于应力得不到及时的释放而累积起来直至超过了结构的抵抗能力后，沥青混凝土面层就会出现裂纹，随着裂纹的发展就会产生疲劳断裂破坏。

桥面铺装沥青混凝土的抗老化性即是指在受到气候环境的影响下，沥青混凝土逐渐丧失粘接性以及韧性等各种性能。其主要原因是沥青是大分子有机物，在沥青混凝土施工过程中反复的对其加热以及在使用过程中受到大自然环境中的阳光、紫外线、水等一系列自然因素的作用，都会使得沥青发生变化，这样就会改变沥青性质使得沥青混凝土发生老化，并导致沥青混凝土桥面铺装层产生病害。

⑤桥面铺装应该具备良好的防水防渗性能

为抵抗水的侵蚀作用，沥青混凝土逐渐产生的掉粒、沥青膜剥落、坑槽、沥青粒料松散等病害而导致铺装层遭受破坏的能力。水分的存在不但降低了沥青本身的粘结力而且对也沥青路面中沥青与矿料间的粘聚力也有负面影响。总之水的存在会加速沥青铺装层剥落的现象，使得沥青面层发生破坏。

沥青面层应该具备良好的防渗能力，如果沥青面层防渗能力不足时，将不仅仅影响沥青混合料本身的稳定性使得沥青混合料产生病害而且还将对带基层的稳定性产生不良影响，特别是在多雨雪的地域，良好的抗渗能力是沥青混凝土面层应该具备的技术指标。

控制好沥青面层的抗渗能力取决于控制好沥青混凝土的孔隙率。沥青孔隙率越小其抗渗能力越好，反之孔隙率越大，其抗渗能力就越差。

⑥桥面铺装应该具备良好的抗滑能力以保证行车的安全性

随着现在科技的发展，车辆的行车速度也不断的提高。除了在正常的试验状态下沥青路面应该保持良好的抗滑性能，而且在行驶条件不利的情况下也能保证车辆在高速状态下仍然可以安全的在桥面行驶，桥面铺装的抗滑性就必须满足现代交通的需要。因此，沥青桥面铺装层在承受各种外界不利条件下仍应该保持良好的抗滑性。

地震灾害表明，钢桥在近场地震作用下发生结构损伤不可避免，建立其塑性域地震反应算法和损伤指标是完善钢桥抗震设计规范的急需。目前，独柱式钢桥墩的设计方法趋于成熟，而复杂钢桥抗震设计方法是国内外学者的研究焦点。本项目以受动轴力和双轴弯曲变形的复杂钢桥为对象，通过试验和理论研究改进钢材的滞回模型，提出合理的结构地震反应计算方法，根据震后的使用性和修复性要求建立包括局部和整体变形的极限状态损伤指标。在此基础上，以上承式和中承式典型钢拱桥为重点，通过多尺度计算模型研究复杂桥梁塑性域的地震反应，以及近场地震、空间地震作用下的结构损伤特性和合理的结构减震体系。通过本项目研究，预期取得以下几方面的研究成果：提出适用于复杂应力状态的钢材非线性滞回模型和基于震后性能要求的地震损伤指标；得到结构地震破坏区有效长度经验公式；确立高精度地震反应计算模型和离散要求；探索复杂钢桥的抗震构造和合理的减震方法。

环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工法适用范围

《环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工法》的适用范围是：

1.适用于钢桥桥面铺装层施工。

2.气温>10℃且没有雾、露水、下雨或相对湿度小于90%。

环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工法工艺原理

《环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工法》通过对环氧沥青混凝土钢桥面铺装整个施工过程各个施工工序的详细划分、人员岗位的细化、组织及制定的各种安全、质量、环保措施，从而确保了环氧沥青混凝土铺装施工质量，实现了钢桥面与环氧沥青混凝土的协同受力，提高了桥面铺装的耐久性，从而延长了桥梁的使用寿命。

环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工法施工工艺

• 环氧沥青钢桥面铺装结构

《环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工法》的典型结构图，如图1所示。

工艺流程

《环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工法》的施工工艺流程图见图2。

操作要点

《环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工法》的操作要点如下：

一、施工要点

（一）防水粘结层及粘结层施工

1）桥面清洁：先将桥面的浮尘、杂物。如有油污，须用相应的油污清洗剂清洗（该清洗剂不能对钢桥面板的防腐涂装有损伤）；最后用自来水彻底冲洗干净，清洗后桥面彻底烘干，确保干燥并不得再受污染，每次的清洁范围一定要略大于粘结料的喷酒范围。凸出桥面的结构物侧面也应清洗干净。

2）气候条件：进行环氧沥青粘结层酒布前桥面可用热鼓风机和专用烤灯烘干。确保桥面干燥。酒布环氧沥青粘结料时气温不应低于10℃，风速适度。有雾、下雨或相对湿度大于90%时不得施工；当风速大于10米/秒时应采取有效的防风措施。

3）粘结料准备：在拌合厂分别将已预热过的A料和BId料由厂内贮油罐泵入酒布机的相应贮罐内，并继续将A加热至87±3℃，BId加热至150±3℃，运至现场备用。

4）环氧沥青粘结层洒布采用专用设备喷洒施工，通过单位面积洒布量和洒布行走速度双控的方法控制粘结层厚度，使粘结层均匀、连续，用量准确。在环氧沥青洒布机喷不到的地方可采用手工涂刷。喷洒超量或漏洒或少洒的地方应予纠正。

（二）养护：在环氧沥青混凝土铺筑之前，除非确有需要，任何车辆与个人均不得进入已洒好的沥青粘结层的区域。混合料摊铺过程中，除摊铺机之外，任何车辆均不得在粘结层上通行，避免或尽可能减少粘结料对钢桥面的污染。

二、环氧沥青混合料生产

（一）按照《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40—2004附录B的要求进行环氧沥青混凝土配合比设计。在完成环氧沥青混凝土目标配合比设计、生产配合比设计后，进行试验段施工以验证配合比设计和施工工艺。

（二）贮油罐内材料的预热：在拌制环氧沥青混合料之前夜，要预先将A及BV加热脱简，分别泵人各自的厂内贮油罐中。贮油罐内的加热温度：A加热至87±5℃；BV加热至128±5℃，并始终保持这一温度。

（三）环氧沥青混合机上贮油罐内材料的保温：在拌制环氧沥青混合料之前，须将厂内贮油罐中的A及BV，分别泵入混合机的相应罐内。并将温度分别设定在87℃和128℃，继续加热和恒温。

（四）控制矿料加热温度：根据试拌时确定的各冷料仓的流量向拌合机进料，经加热后进入热料后，按生产配合比设计确定的各热料仓集料质量及石粉、矿粉的质量，投入拌缸，然后出料量温。

（五）控制混合料出料温度：当矿料的出料温度稳定在规定范围内后，即可加入结合料进行混合料的拌合。按现场设计的油石比设定混合机的流量，并喷入拌缸中。干拌3秒。湿拌不低于38秒。将热混合料卸入测温小滑车中，立即测温。要求混合料温度在110～121℃范围内。

当混合料温度满足规定范围后，即卸入运料车；对超出混合料容许温度范围的料，应予作废，并由测温小滑车卸入装运废料的另一辆运料车中，运至预先选定的废料堆场内。

（六）环氧沥青混合料装车后，必须用篷布覆盖严密，并在运料车侧壁插入三支标定过的金属杆温度计和"送料单"一起由运料车运至前场。

三、环氧沥青混合料的运输

1.凡车厢内与混合料接触的部位，涂一层尽可能薄的隔离层，以防止混合料与运料车车厢粘着。

2.运料车厢顶用篷布覆盖。已经离析或结成团块或在运料车卸料后滞留于车上的混合料，以及低于规定铺筑温度或被雨水淋湿的混合料都应废弃。

3.当料车中途因故停车，立即用报话机通知施工单位负责人组织抢运。

四、环氧沥青混合料的摊铺

1.幅宽及纵缝：根据桥面设计宽度、桥面板的结构特点及摊铺机规格确定摊铺幅宽和分幅数量，并划出幅宽线。

2.摊铺速度：摊铺速度根据供料能力和摊铺宽度计算确定，并严格控制。

3.摊铺顺序：根据交通组织和混合料固化要求合理组织行车道施工顺序。一般情况下沿桥纵向由一端向另一端连续摊铺，按桥横向由一侧向另一侧依次摊铺。当分幅数量超过两幅时，摊铺顺序采取"跳仓"法施工。

4.摊铺：

1）采用侧喂料机和摊铺机联合作业的方式进行环氧沥青混凝土摊铺施工。摊铺宽度、厚度、纵横坡应满足设计要求，表面平整、混合料均匀无离析。

2）摊铺层侧向若为自由边时，摊铺宽度应比铺装层设计宽度超宽5～10厘米。

3）事先用适当材料，将桥边落水口堵严。

4）压实后的铺装与伸缩缝衔接平顺（在接头处压实后的铺装表面略高出伸缩缝表面约1毫米）。

5）料车不得在正桥上掉头。

五、环氧沥青混合料的碾压

1.碾压组合（表1）

2.碾压温度控制

初压终了温度（铺装表面温度）≥82℃；

终压终了温度（铺装表面温度）≥65℃；

初压和终压都是在压完了3遍时，用红外线测温计测记表面温度。

3.碾压施工控制

1）对初压、复压、终压段落设置明显标志，便于司机辨认。对碾压顺序、压路机组合、碾压遍数、碾压速度及碾压温度设专岗管理和检查、记录，坚决杜绝面层漏压。

2）压路机要紧跟摊铺机。碾压时压路机驱动轮面向摊铺机，由低到高，依次连续均匀碾压，相邻碾压带重叠1/3轮宽。

3）禁止压路机在正在施工的铺装层上调头、急刹车，起步、停车要轻而缓。

4）压实后环氧沥青混凝土表面应光滑、密实，不得有开裂，推挤和移动现象。

六、接缝处理

1.铺装上、下层的纵、横施工缝，均采用斜接缝。

2.切缝前预先画好线，沿线切割，要求纵向线型顺直、坡面平整。

3.切割时间通过试切确定。当发现切缝平顺，不再拉料，切割面光洁平整时，即可进行正式切割。

4.严格控制切割深度，杜绝伤害桥面防腐层和铺装下层。切缝后，清除不稳定的颗粒，最后用高压空气将所有颗粒及灰尘集中在一起，再统一运出桥面以外。

5.当邻幅喷洒粘结料时，不但要同时喷涂缝壁，还要跨过接缝，超宽1～2厘米。

七、养护

环氧沥青混凝土铺装施工完毕后，要进行养护。采用自然养护方式，养护期为45天，在此期间禁止一切车辆通行。

• 劳动组织

环氧沥青混凝土钢桥面铺装工程实行项目经理负责制，全面负责合同工程的实施，项目经理部下设各职能部门及专业施工队，《环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工法》的项目组织机构框图见图3。

根据环氧沥青混凝土各施工工序特点，需要进行详细的工序施工组织和人员配备。具体工序划分和工序劳动力如图4钢桥面铺装人员分工网络图所示。