CN102392413A

CN102392413A - 一种组合式钢桥桥面的铺装结构及其铺装方法

Info

Publication number: CN102392413A
Application number: CN2011102980462A
Authority: CN
Inventors: 张志宏; 王仁贵; 吴冲
Original assignee: NINGBO TIANYI STEEL BRIDGE PAVEMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Ningbo Tianyi Steel Bridge Pavement Engineering Co.,Ltd.
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CN102392413B

Abstract

本发明公开了一种组合式钢桥桥面的铺装结构及其铺装方法，特点是该铺装结构包括涂覆在桥面钢板上的防腐防水层、铺设在防水防腐层上的柔性水泥混凝土承力层以及铺设在柔性水泥混凝土承力层上的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层，铺装方法包括钢桥面钢板防腐处置和剪力键的设置的步骤；浇筑4-5cm厚的柔性水泥混凝土承力层的步骤；最后在柔性水泥混凝土承力层上铺装3-4cm厚的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层，即得到组合式钢桥桥面的铺装结构，优点是质量可靠、施工方便、综合造价相对低廉且维修方便的并适用于钢桥桥面变形需要，耐高温抗车辙且整体强度高。

Description

一种组合式钢桥桥面的铺装结构及其铺装方法

技术领域

本发明涉及一种道路与桥梁的路面铺装，尤其是涉及一种组合式钢桥桥面的铺装结构及其铺装方法。

背景技术

我国大型钢桥面铺装的研究可以广东虎门桥的铺装算为起始点。十几年来，我们引进了美国双层环氧方式、英国浇筑式方式、双层SMA方式以及日本方式等多种国外的桥面铺装结构和方法，这些结构在国外有比较好的应用效果，但在我国国内特别是高温重载地区，引进技术的使用效果并不十分理想，有一些桥面通车后不久即出现了严重的破坏。其主要原因之一是，国外的桥面铺装其使用温度和汽车轴载重量等条件远不及我国国内的情况严酷，我们还不能直接引进国外铺装技术解决国内的钢桥面铺装问题。传统的沥青类桥面铺装在高温多雨及重载作用下容易发生车辙、推移、开裂和变形，也不能适应桥梁重载交通使用的需要。因此随着我国大跨径桥梁越来越多地建成，工程界迫切需要开发一种可靠的适合于炎热多雨地区重载交通特点的钢桥面铺装的结构和方法。

目前钢桥桥面铺装，要求沥青路面要有足够的强度，能承担沉重的车轮荷载自身不变形，保持路面的平整和行车舒适；同时又要有一定的柔韧性，能够追随钢桥在温差及荷载作用下自由地伸长、缩短及弯曲变形，防止桥面铺装因变形能力不足发生开裂。此外，桥面铺装结构还不能太厚，以免过多地增加桥梁的恒重，影响桥梁的承载能力。桥面铺装还要尽可能造价经济，以降低工程建设费用。在施工方面，桥面铺装要考虑施工的简洁方便，所用的铺装材料及施工方法应尽可能适应多种气候条件，以便缩短工期，提高效率。这些要求相互制约和影响，使得钢桥面铺装的结构设计和材料选择变得异常困难，无法满足上述所有要求。因此迫切需要开发一种质量可靠、施工方便、综合造价相对低廉且维修方便的组合式钢桥桥面的铺装结构及其铺装方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种质量可靠、施工方便、综合造价相对低廉且维修方便的并满足钢桥桥面变形需要，耐高温抗车辙的整体强度高的组合式钢桥桥面的铺装结构及其铺装方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种组合式钢桥桥面的铺装结构，所述的铺装结构包括涂覆在桥面钢板上的防腐防水层、铺设在所述的防水防腐层上的柔性水泥混凝土承力层以及铺设在所述的柔性水泥混凝土承力层上的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层。

所述的桥面钢板上焊接有若干由普通钢材制作而成的圆台形的剪力键，所述的剪力键高度为10-15cm，所述的剪力键的上端面直径为20-25cm，其下端面直径为15-20cm，各个所述的剪力键相互间的间距为30-40cm。其作用是浇筑在柔性水泥混凝土中防止在钢板上铺装的柔性水泥混凝土承力层与钢板脱开或在钢板上产生滑动。

所述的防腐防水层包括环氧富锌漆防腐层和涂覆在所述的环氧富锌漆防腐层上的沥青防水涂料，所述的环氧富锌漆的颗粒直径为60-100nm，所述的沥青防水涂料的涂布量为0.3-0.7kg/m²。

所述的柔性水泥混凝土承力层厚度为4-5cm，所述的柔性水泥混凝土承力层由以下原料成分及重量百分比组成：水泥12-20％、沙石矿料72-80％、水4-10％、聚酯纤维0.3-0.4％、聚合物柔性乳液3-8％，所述的柔性水泥混凝土承力层表面涂布沥青防水涂料，所述的沥青防水涂料涂布量为0.4-0.6kg/m²，通过在水泥混凝土中添加聚合物柔性材料改善水泥混凝土的延韧性，使之满足钢桥面铺装变形的需要。

所述的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层厚度为3-4cm，所述的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层由以下原料成分及重量百分比组成：树脂沥青胶结料5-9％、沙石矿料80-90％、聚酯纤维0.3-0.4％，矿粉填料4-10％。利用冷拌树脂沥青混凝土作为铺装的上面层，克服钢桥面沥青铺装易出现车辙开裂的缺点，从而大幅延长桥面铺装的使用寿命。

所述的树脂沥青胶结料由石油沥青和环氧树脂及环氧树脂固化剂调配而成。

一种组合式钢桥桥面的铺装方法，包括以下步骤：

1)封闭交通，挖除原有桥面铺装，查找原钢箱梁结构桥面钢板的裂缝，并对裂缝进行焊接修补；

2)在修补好的桥面钢板上焊接由普通钢材制作而成并呈圆台形的剪力键，然后对桥面钢板进行抛丸除锈并喷涂颗粒直径为60-100nm的环氧富锌漆进行防腐处理，防腐处置完成后，人工涂布一层界面沥青防水涂料，涂布量为0.3-0.7kg/m²，形成防腐防水层；

3)在防腐防水层上浇筑4-5cm厚的柔性水泥混凝土承力层，柔性水泥混凝土承力层养生完成后，在所述的柔性水泥混凝土层表面涂布沥青防水涂料，涂布量为0.4-0.6kg/m²，加强结构防水和粘结的效果；

4)最后在柔性水泥混凝土承力层上铺装3-4cm厚的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层，即得到组合式钢桥桥面的铺装结构。

所述的剪力键由普通钢材制作而成并呈圆台形，所述的剪力键高度为10-15cm，所述的剪力键的上端面直径为20-25cm，其下端面直径为15-20cm，各个所述的剪力键相互间的间距为30-40cm。

所述的柔性水泥混凝土承力层由以下原料成分及重量百分比组成：水泥12-20％、沙石矿料72-80％、水4-10％、聚酯纤维0.3-0.4％、聚合物柔性乳液3-8％。

所述的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层由以下原料成分及重量百分比组成：树脂沥青胶结料5-9％、沙石矿料80-90％、聚酯纤维0.3-0.4％，矿粉填料4-10％，所述的树脂沥青胶结料由石油沥青和环氧树脂及环氧树脂固化剂调配而成。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种组合式钢桥桥面的铺装结构，该铺装结构包括涂覆在桥面钢板上的防腐防水层、铺设在防水防腐层上的柔性水泥混凝土承力层以及铺设在柔性水泥混凝土承力层上的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层，形成了柔性水泥混凝土加冷拌树脂沥青混凝土钢桥面铺装的组合技术，该柔性水泥混凝土承力层与一般的普通水泥混凝土相比具有优良的延展性、柔韧性，能够追随钢桥在温差及荷载作用下自由地伸长、缩短及弯曲变形，防止桥面铺装因变形能力不足发生开裂；该冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层具有耐高温抗车辙的特点，故适用于高温重载地区的桥面铺装使用条件。

该组合式钢桥桥面的铺装结构的施工方法为全冷作施工，在常温下拌合施工可采用常规的水泥混凝土搅拌设备，无需大型的热拌沥青混凝土拌合设备，施工简洁方便。

综上所述，该组合式钢桥桥面的铺装结构不同于传统的桥面沥青混凝土铺装，它具有整体强度高、模量大、耐夏季高温和抗车辙的特点，不仅适用于新桥的桥面铺装，而且还可以用来加固补强早期建成的较为薄弱的钢桥桥面钢板，通过提高桥面铺装的弹性模量，大幅增加桥面及桥面铺装结构的整体刚度，延长桥面铺装的使用寿命；本组合式钢桥桥面的铺装方法，施工方便、综合造价相对低廉且维修方便。

附图说明

图1为本发明组合式钢桥桥面的结构示意图；

图2为本发明的剪力键的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本发明提供的一种组合式桥面钢板的铺装结构，如图1所示，包括涂覆在桥面钢板5上的防腐防水层1、铺设在防水防腐层1上的柔性水泥混凝土承力层2以及铺设在柔性水泥混凝土承力层2上的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层3，按施工顺序，该铺装组合结构共分三层：

第一层：桥面钢板防腐防水层1和剪力键4的设置

首先在待铺装的桥面钢板5上焊接安装剪力键4。该剪力键4焊接于桥面钢板5上。各个剪力键4布置间距为30-40cm。当剪力键4焊好后，开始桥面钢板5抛丸除锈和喷涂环氧富锌漆的防腐作业。抛丸除锈的工艺要求应符合表1的规定。环氧富锌漆防腐技术要求应符合表2的规定。当桥面钢板5防腐环氧富锌漆喷涂完成后，涂刷一层界面沥青防水涂料，涂布量为0.3-0.7kg/m²，形成防腐防水层。

表1防腐涂装施工质量检评标准

表2环氧富锌漆技术要求

技术指标	技术要求	试验方法
			表干时间(25℃)/min	≤15	JC/T975-2005
固化时间(25℃)/d	≤7	JC/T975-2005
			漆膜厚度/μm	60-80	GB4956-85
与钢板粘结强度Mpa	≥5.0	GB/T5210-85

其中剪力键4由普通钢材制作并呈圆台形，剪力键4高度为10-15cm，剪力键4的上端面直径为20-25cm，其下端面直径为15-20cm，各个剪力键4相互间的间距为30-40cm，该剪力键4形状如图2所示。

第二层：柔性水泥混凝土承力层2的设置

柔性水泥混凝土承力层2铺装厚度为4-5cm，柔性水泥混凝土承力层2由水泥、沙石矿料、水及混凝土活性柔化剂等按特定比例配置而成，它的综合力学性能介于普通水泥混凝土和沥青混凝土之间。它比道路沥青混凝土强度高，模量大，在夏季高温时节不像沥青混凝土那样容易变形。它比普通水泥混凝土弹性模量小，抗折强度高，具有一定的韧性和延展性，可适应追随钢桥变形的需要。其原料成分及重量百分比组成如下：水泥14.86％；水4.76％；砂石料75.6％；聚合物乳液4.46％；纤维0.34％，混合后该柔性水泥混凝土力学性能如表3所示，当柔性水泥混凝土达到强度后，在其表面上洒布一层防水沥青粘结层，涂布量为0.4-0.6kg/m²，增强防水和粘结的效果，与柔性水泥混凝土的粘结强度大于1Mpa。

表3柔性水泥混凝土力学特性技术要求

第三层：冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层3的设置

冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层3铺装厚度为3-4cm。冷拌树脂沥青混凝土由以下原料成分及重量百分比组成：树脂沥青胶结料5-9％、沙石矿料80-90％、聚酯纤维0.3-0.4％，矿粉填料4-10％，其中树脂沥青胶结料由石油沥青和环氧树脂及环氧树脂固化剂调配而成。制备过程中，先将石油沥青和环氧树脂及环氧树脂固化剂调配混合后发生交联固化反应，然后再将沙石及聚酯纤维等材料固结在一起，生成有别于常规的耐高温重载的沥青混凝土。本发明的冷拌树脂沥青混凝土及普通沥青混凝土的力学特性如表4所示：

表4冷拌树脂沥青混凝土及普通沥青混凝土的力学性能

上述冷拌树脂沥青混凝土既不像普通水泥混凝土那样脆硬，也不像普通沥青混凝土那样在高温重载下容易变软；因石油沥青和环氧树脂及环氧树脂固化剂在常温下即可发生反应，故施工无需大型的热拌沥青混凝土拌合设备。

上述砂石料质量应符合部颁规范要求，级配为AC-13级，性能要求见表5所示：

表5砂石料的性能要求

上述冷拌树脂沥青混凝土的指标要求见表6所示：

表6树脂沥青性能指标要求

试验项目	单位	技术要求	试验方法
				指干时间(25℃)	h	≥8.0	指干法
固化时间(25℃)	h	≤72
				断裂伸长率(25℃)	％	≥80	直接拉伸试验
断裂强度(25℃)	Mpa	≥3.0
				粘度	Pa.S		应适于拌合

实施例2

南方某新建斜拉桥主桥跨径640米，采用钢箱梁结构，钢箱梁顶板厚14mm，桥面铺装要求限重每平方米不大于200kg，铺装厚度不大于8cm。该桥梁是连接港口的重要通道，预计每日集装箱重车超过20000辆。该桥梁所处地区高温多雨，夏季最高气温可达41℃。设计决定采用上述组合式钢桥面铺装结构。

设计剪力键4间距为30cm，剪力键4高度为1.5cm，上下端直径为2.5和2.0cm，直径小的下端与桥面钢板5焊接相连。当剪力键4焊好后，开始桥面钢板5抛丸除锈和喷涂环氧富锌漆的防腐作业。设计柔性水泥混凝土承力层2厚度为4.0cm，冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层3厚度为3.5cm。铺装层综合容重为2.5t/每立方米，桥面铺装层每平方米重约188kg，符合设计要求。

经配合比设计和试验验证，柔性水泥混凝土承力层2和冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层3的力学性能均达到本发明规定的性能要求。采用转轮式仿真试验机对组合式铺装与传统的改性沥青路面铺装进行对比试验。结果表明：组合式铺装比传统的沥青铺装在抗高温车辙性能方面提高了10倍以上，桥面铺装使用寿命明显延长。

实施例3

某悬索钢桥桥面宽32米，跨径900米，1998年建成通车。桥梁设计使用寿命为100年。钢箱梁面板厚度12毫米，钢箱梁结构如图3示。原钢桥面铺装采用双层SMA沥青混凝土结构，铺装厚度为7.0cm。桥面铺装在投入使用后一年左右即出现开裂、车辙、及推拥滑移等多种病害，虽经多次维修但仍不能维持长久。另外，桥梁在大轴载重车运行条件下仅12年，主跨钢箱梁顶面钢板在U型加劲肋处出现多条贯穿裂缝，雨水可通过桥面裂缝进入钢箱梁内部，桥梁的整体结构安全和使用寿命均受到严重影响。业主要求，钢桥面需要重新铺装，恢复交通运行安全，同时，希望通过重新铺设桥面铺装层，对钢箱梁结构钢板进行补强加固。

该钢桥桥面的铺装方法如下：

1)封闭交通，挖除原有桥面铺装，查找原钢箱梁结构桥面钢板5的裂缝，并对裂缝进行焊接修补；

2)在修补好的桥面钢板5上焊接由普通钢材制作而成的圆台形剪力键4，其相互间间距为40cm，剪力键4高度为1.2cm，上端面直径2.0cm，下端面直径1.5cm。然后，对桥面钢板5进行抛丸除锈并喷涂环氧富锌漆进行防腐处理，防腐处置完成后，人工涂布一层沥青防水涂料，涂布量为0.5kg/m²；

3)在设置好剪力键4的桥面钢板5上浇筑4.5cm厚的柔性水泥混凝土承力层2，其力学性能应达到表3的规定要，待柔性水泥混凝土养生完成后在其顶面涂布沥青防水层，涂布量为0.6kg/m²，加强结构防水和粘结的效果；

4)在柔性水泥混凝土承力层2上铺装3.5cm厚的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层3，使铺装整体结构厚度达到8.0cm。冷拌树脂沥青混凝土的力学性能达到表4的规定，养生达到强度后开放交通。

经此修复，桥面增加恒重仅30kg/m²，在桥梁吊索的安全工作范围之内，无需对吊索、索塔等结构进行加强。因桥面铺装组合结构比原来的沥青路面的模量大，经计算，原桥面钢板5经组合式桥面铺装重新铺筑后，其桥面组合刚度大幅提高。在同样的车轮荷载条件下，修复补强后原桥面钢板5裂缝处的应变值减少了约70％，按计算疲劳理论可提高大桥使用寿命约100年。经测算，按此修复方案，修复期间桥梁可以保持半边通车，修复总工期约4个月，与更换桥面钢板5的方案相比施工工期缩短约1年，费用节省超过一亿元。

除上述实施例外，柔性水泥混凝土的原料成分及重量百分比组成还可以选择如下百分范围内的任一组成：水泥12-20％、沙石矿料72-80％、水4-10％、聚酯纤维0.3-0.4％、聚合物柔性乳液3-8％。

本发明决不局限于上述的优选实施方式，而是在不背离本发明的精髓和范围的前提下，可以在这个优选实施方式中作出各种修改和变化，而本发明的范围仅由所附的权利要求书所限定。

Claims

1.一种组合式钢桥桥面的铺装结构，其特征在于：所述的铺装结构包括涂覆在桥面钢板上的防腐防水层、铺设在所述的防水防腐层上的柔性水泥混凝土承力层以及铺设在所述的柔性水泥混凝土承力层上的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层。

2.根据权利要求1所述的一种组合式钢桥桥面的铺装结构，其特征在于：所述的桥面钢板上焊接有若干由普通钢材制作而成的圆台形的剪力键，所述的剪力键高度为10-15cm，所述的剪力键的上端面直径为20-25cm，其下端面直径为15-20cm，各个所述的剪力键相互间的间距为30-40cm。

3.根据权利要求2所述的一种组合式钢桥桥面的铺装结构，其特征在于：所述的防腐防水层包括环氧富锌漆防腐层和涂覆在所述的环氧富锌漆防腐层上的沥青防水涂料，所述的环氧富锌漆的颗粒直径为60-100nm，所述的沥青防水涂料的涂布量为0.3-0.7kg/m²。

4.根据权利要求2所述的一种组合式钢桥桥面的铺装结构，其特征在于：所述的柔性水泥混凝土承力层厚度为4-5cm，所述的柔性水泥混凝土承力层由以下原料成分及重量百分比组成：水泥12-20％、沙石矿料72-80％、水4-10％、聚酯纤维0.3-0.4％、聚合物柔性乳液3-8％，所述的柔性水泥混凝土承力层表面涂布沥青防水涂料，所述的沥青防水涂料涂布量为0.4-0.6kg/m²。

5.根据权利要求2所述的一种组合式钢桥桥面的铺装结构，其特征在于：所述的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层厚度为3-4cm，所述的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层由以下原料成分及重量百分比组成：树脂沥青胶结料5-9％、沙石矿料80-90％、聚酯纤维0.3-0.4％，矿粉填料4-10％。

6.根据权利要求5所述的一种组合式钢桥桥面的铺装结构，其特征在于：所述的树脂沥青胶结料由石油沥青和环氧树脂及环氧树脂固化剂调配而成。

7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的组合式钢桥桥面的铺装方法，其特征在于包括以下步骤：

3)在防腐防水层上浇筑4-5cm厚的柔性水泥混凝土承力层，柔性水泥混凝土承力层养生完成后，在所述的柔性水泥混凝土层表面涂布沥青防水涂料，涂布量为0.4-0.6kg/m²；

8.根据权利要求7所述的一种组合式钢桥桥面的铺装方法，其特征在于：所述的剪力键高度为10-15cm，所述的剪力键的上端面直径为20-25cm，其下端面直径为15-20cm，各个所述的剪力键相互间的间距为30-40cm。

9.根据权利要求7所述的一种组合式钢桥桥面的铺装方法，其特征在于：所述的柔性水泥混凝土承力层由以下原料成分及重量百分比组成：水泥12-20％、沙石矿料72-80％、水4-10％、聚酯纤维0.3-0.4％、聚合物柔性乳液3-8％。

10.根据权利要求7所述的一种组合式钢桥桥面的铺装方法，其特征在于：所述的冷拌树脂沥青混凝土路面磨损层由以下原料成分及重量百分比组成：树脂沥青胶结料5-9％、沙石矿料80-90％、聚酯纤维0.3-0.4％，矿粉填料4-10％，所述的树脂沥青胶结料由石油沥青和环氧树脂及环氧树脂固化剂调配而成。