《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）——第二部分桥梁《城市高架桥双层高弹高粘+防水黏结层钢桥面铺装技术研究》

本期项目简介

完成单位: 合肥市滨湖新区建设投资有限公司、 中交一公局第一工程有限公司、 安徽水安建设集团股份有限公司、 合肥市市政设计研究总院有限公司、 合肥市规划设计研究院、 安徽省公路工程建设监理有限责任公司、 日沥 (上海) 商贸有限公司

主要完成人: 连城、 周志锋、 陶述平、 戴中伟、 解亚东、 许静华、 康怀树、 付伟奇、 严周为、 张钧

项目简介

　　(一)项目背景

　　合肥市滨湖新区方兴大道跨路段均采用钢箱梁吊装施工,桥面最大纵坡为4%。钢桥面铺装采用5cm高黏高弹SBS改性沥青玛蹄脂碎石(SMA13)+5cm高黏高弹SBS改性沥青玛蹄脂碎石(SMA-10)+特种沥青FRESHCOAT+溶剂型黏结剂CATICOAT铺装结构。

　　鉴于城市钢桥面施工温度高、铺装面积小、纵坡大、车辆荷载变化复杂、对水侵蚀和铺装结构破坏的响应较为明显。因此,在桥面铺装结构设计里,除了考虑桥面铺装的受力性能,还应强调桥面铺装结构的防排水功能和不同的铺装结构,保证桥面铺装的实际服役状态。

　　(二)技术概况

　　桥面铺装结构的选择包括力学分析、铺装材料的选择、铺装厚度的选择、防水黏结层材料的选择。本次研究将根据以上四个方面,分别通过基本假设、主要力学指标选定、有限元分析、受力特性分析、材料性能研究、室内试验、现场试验等研究方法对钢桥面铺装结构层设计及材料选择的理论受力情况和实际路用性能进行研究,并总结出城市高架桥钢桥面柔性铺装结构层和成套的施工工法。

　　(三)适用范围

　　城市高架桥(尤其是匝道桥、跨路、大纵坡段)。

　　(四)获奖情况

　　研究成果经中国公路学会鉴定为国际先进水平;荣获中国交通运输协会2020年度科技进步二等奖;中交一公局集团科技进步三等奖;获得中国公路行业建设协会工法1项;获得中交一公局集团工法1项;发明专利受理1项;安徽省市政工程协会优秀QC成果一等奖。

项目创新点

　　(1)针对城市高架桥弯坡斜等技术特点,研究提出了双层高弹高粘+防水黏结层钢桥面铺装结构,确定了最大拉应力、层间最大剪切力和最大弯沉的设计控制指标。

　　(2)研究了高弹高粘改性沥青铺装材料和防水黏结层材料,通过室内试验证明这类新型材料具有良好的高温稳定性、抗疲劳能力,路用性能优良。

　　(3)提出了一套双层高弹高粘+防水黏结层的快速施工新工法和质量管控体系。

同类项目比较

由沥青马歇尔试验结果说明 RST 高弹高粘改性沥青 SMA 混合料具有更好的高温稳定性和抗渗水能力 (见表 2)。

根据抗疲劳试验可得: 高弹高黏改性沥青SMA 比 SBS 改性沥青 SMA 有更好的抗疲劳寿命,可以保证桥面铺装材料在车辆反复荷载下的抗裂性 (见表 3)。

全生命周期成本为生产阶段和使用阶段的直接成本之和, 在桥面生命周期范围内的合计成本如表 5 所示。

从表 5 可见, 本文提出的 “双层 RST 高弹改性沥青 SMA+特种沥青 FRESHCOAT+溶剂型黏结剂CATICOAT冶 具有更好的试验力学性能和路用性能, 且在全生命周期内的造价最小, 具有极高的经济效益。

应用案例

　本次合肥市滨湖新区方兴大道高架桥面铺装材料选择RST高弹改性沥青配制的SMA混合料,防水层材料选用F-型超高黏特种改性防水沥青,黏结层材料选用C-型溶剂型沥青橡胶黏结剂。

　　由于城市高架桥的局限性,整联钢桥面面积平均约为5000平方米,普遍存在于跨路、匝道处,纵坡最大达到3郾5%,且考虑到C+F型防水黏结材料优秀的固化性能,项目选定刮涂式施工工艺。采用加热釜+导热油工艺施工,下面层摊铺厚度采用两侧钢丝引导高程的控制方式。每10m间设置一钢丝支架,以确保下面层的高程和平整度;中、上面层摊铺采用平衡梁自动控制方式。沥青混合料的碾压分初压、复压、终压三个阶段(见图1至图3)。

社会效益与经济效益

　　项目提出的新型防水黏结材料和钢桥面柔性铺装结构施工过程无须大型机械辅助,不受机械条件和施工场地限制。黏结层和防水层涂刷固化时间较短,极大地保证了后续工序的顺利和快速进行。且此类结构特有的黏结自愈性能大大降低项目后期的运行和维护成本,间接效益明显。

　　项目研究打破了我国对城市高架桥尤其是匝道桥、跨路桥这种一次铺装面积小、纵坡大、施工节奏快、施工温度高的工程研究较少,同类型的市政钢桥面铺装设计和相关标准、规范也不健全的现状。项目研究成果一方面可以引导和刺激技术人员对钢桥面铺装结构的深入研究,另一方面也为同类型施工提供了施工经验和理论基础。