CN104562888B - 一种桥面铺装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥面铺装方法。在预处理后的钢箱梁桥面钢板上设置带弯钩栓钉，弯钩距桥面钢板高度沿横桥向呈悬链线分布，将预应力钢丝穿过弯钩，在桥面板钢板两翼通过锚固装置进行先张法施加预应力；预应力钢丝张拉使桥面板钢板于中线处上拱，产生预应力变形；向施加预应力后的桥面板上浇筑免蒸养高强高韧混凝土，再在免蒸养高强高韧混凝土上铺设防水粘结应力吸收层及改性沥青SMA。采用先张法通过预应力钢丝对桥面混凝土层施加预应力，在混凝土层顶部产生挤压预应力，有效解决了钢结构桥面铺装混凝土层易在钢板加劲肋上方发生开裂的问题，减少桥面病害，延长桥面铺装层使用寿命。

Description

一种桥面铺装方法

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域，具体涉及一种提高钢桥面铺装组合结构刚度及耐久性的方法。

背景技术

钢桥面具有自重轻、施工方便、跨越能力大等优点，在城市立交桥、大型跨江海桥梁工程中应用广泛。在各类钢桥面铺装方案中，各铺装层间的粘接性能一直是本领域的专家和学者致力于解决的世界性难题之一。目前一种应用效果较好的方式是钢板铺设防锈层后焊接剪力钉/剪力板+钢筋网+混凝土+防水粘接层+面层SMA，上述方案在一定程度上较好解决了各铺装层间粘接性能不佳的问题，但随着现代交通的发展，大跨径、宽幅桥梁越来越多地出现在交通建设中，将该方案应用于这些宽幅桥梁工程中时出现桥面板过柔、刚度无法满足设计需求，严重影响桥面铺装层承载能力，形成严重的安全隐患。

上述方案用于钢结构桥面主要存在以下问题：1)由于剪力钉/剪力板+钢筋网+混凝土+防水粘接层+面层SMA的铺装方案均在钢板上存在加劲肋，在交通载荷和高低温载荷的双重作用下，使得无加劲肋处钢板的变形与加劲肋处的钢板变形相比前者的变形远大于后者，当钢结构-混凝土层作为整体协同变形时，加劲肋上方混凝土层顶部易产生集中拉应力，导致混凝土层沿加劲肋方向开裂，形成横向或纵向裂纹；2)现代交通正向重载化、渠道化的特点发展，大跨度、宽幅桥梁将会日益增多，这对桥面铺装结构的承载力、刚度及耐久性提出了更高要求，亟需采取有效措施在提高桥面铺装结构的整体刚度及耐久性的前提下减少桥面铺装自重；3)该方案中所采用的混凝土为高韧性混凝土，是通过在混凝土中添加增韧组分来提高混凝土韧性，使得混凝土在与钢板协同变形时不至发生开裂，在一定程度上该混凝土有效解决了混凝土层耐久性的问题，但在应用于大跨径、宽幅钢桥梁桥面铺装时，该混凝土的强度不能满足设计需求，而目前桥面铺装中使用较多的如活性粉末混凝土强度满足大跨径、宽幅钢桥梁桥面铺装的设计需求，但其成本较高、养护工艺复杂，不适宜在大跨径、宽幅钢桥梁铺装中使用。

发明内容

本发明目的在于提供一种钢箱梁桥面铺装方法，以期提升桥面铺装组合结构整体刚度及耐久性。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种桥面铺装方法，包括以下步骤：

1)桥面钢板预处理：喷砂除锈，4h内完成富锌底漆的喷涂，然后喷洒粘接剂；

2)在预处理后的钢箱梁桥面钢板上设置带弯钩栓钉，弯钩距桥面钢板高度沿横桥向呈悬链线分布，将预应力钢丝穿过弯钩，在桥面钢板两翼通过锚固装置进行先张法施加预应力；预应力钢丝张拉使桥面钢板于中线处上拱，产生预应力变形，使得桥面钢板产生0.03％W～0.05％W的预拱度，其中W为桥面钢板宽；

3)向施加预应力后的桥面钢板上浇筑免蒸养高强高韧混凝土，再在免蒸养高强高韧混凝土上铺设防水粘结应力吸收层及改性沥青SMA。

按上述方案，所述带弯钩栓钉替换为带圆孔及小孔的剪力板；其中，所述圆孔用于钢筋网绑扎时的贯穿；所述小孔距桥面钢板高度沿横桥向呈悬链线分布，用于预应力钢丝的贯穿。

按上述方案，所述桥面钢板两翼锚固装置采用扁锚式锚固装置，锚固装置的极限承载大于150KN。

按上述方案，所述锚固装置有翼板加劲肋连接于翼板内侧及桥面钢板，翼板加劲肋埋于混凝土内。

按上述方案，所述锚固装置有锚板加劲肋连接于锚板及翼板。

按上述方案，所述锚固装置下方设置桥面钢板加劲肋连接于桥面钢板两翼与箱体下部。

按上述方案，所述免蒸养高强高韧混凝土由水泥、粉煤灰、硅灰、胶结性能矿物激发剂、碎石、河砂、钢纤维、水、多功能减水剂制得；其原料按重量份数计如下：

水泥440～520份、粉煤灰220～250份、硅灰150～180份、胶结性能矿物激发剂40～50份、碎石310～450份、河砂570～810份、钢纤维150～180份、聚合物乳液30～50份，水164～178份、减缩超分散多功能外加剂22～25份；

所述胶结性能矿物激发剂为废弃预制混凝土水泥石晶种和脱硫石膏的混合物，混合磨细至≥450m²/kg，晶种：脱硫石膏按质量比6：4；硅灰比表面积≥16000m²/kg，SiO₂含量≥85％；碎石为粒径4.75～9.5mm的玄武岩碎石；河砂细度模数≤2.3；钢纤维为表面镀铜平直钢纤维；聚合物乳液为水性环氧树脂。

按上述方案，所述防水粘结应力吸收层为2cm厚的弹性沥青并均匀撒布碎石形成。

按上述方案，所述改性沥青SMA为4～6cm厚的高粘高弹改性沥青SMA-16。

本发明在钢桥面板及沥青层间设置免蒸养超高强高韧性混凝土，免蒸养超高强高韧性混凝土具有自重轻、韧性高、强度高、抗变形能力好、弹性模量低、抗渗性好、保温和隔热等特点，能有效解决铺装层的开裂、推移、拥抱和防水等问题；同时分别对剪力钉+钢筋网+免蒸养超高强高韧性混凝土+防水粘接层+面层SMA的钢结构桥面铺装方案及剪力板+钢筋网+免蒸养超高强高韧性混凝土+防水粘接层+面层SMA的钢结构桥面铺装方案中的钢桥面板添加预应力装置，使钢桥面钢板在浇筑混凝土前产生预应力变形，与原钢桥面板铺装方案相比有效提高了钢板-混凝土组合层的刚度及耐久性，提高了桥面铺装组合结构的路用性能及使用寿命，有效地解决了目前存在的问题。

本发明的有益效果如下：

1)采用先张法通过预应力钢丝对桥面混凝土层施加预应力，在混凝土层顶部产生挤压预应力，有效解决了钢结构桥面铺装混凝土层易在钢板加劲肋上方发生开裂的问题，减少桥面病害，延长桥面铺装层使用寿命；

2)通过设置预应力装置，使用先张法对桥面板施加预应力使其产生预应力变形，有效提升了桥面铺装层的整体刚度，避免了在钢结构桥面铺装在应用于大跨径、宽幅桥梁时易出现的桥面结构过柔的问题；

3)在钢板和沥青铺装层之间铺设免蒸养超高强高韧性混凝土，具有自重轻、韧性高、强度高、抗变形能力好、弹性模量低、抗渗性好、保温和隔热等特点，能有效解决桥面铺装混凝土层强度与韧性难以同时满足设计需求的问题；

4)采用本发明的桥面铺装方案，由于使用预应力装置增加了桥面铺装层的整体刚度，并在其上浇筑免蒸养超高强高韧性混凝土，与以往方案相比可减薄桥面钢板厚度，降低加劲肋的设置密度，简化桥面铺装施工及养护工艺，缩短施工周期，大幅降低了桥面铺装工程造价，经济效益显著。

附图说明

图1：本发明铺装剪力钉方案的结构图；

图2：本发明铺装剪力板方案的结构图；

图3：带弯钩栓钉示意图；

1—桥面钢板；2——免蒸养高强高韧混凝土层；3—沥青混凝土层；4—带弯钩栓钉；5—桥面钢板加劲肋；6—翼板；7—翼板加劲肋；8—预应力钢丝；9—锚板；10—锚板加劲肋；11—剪力板；12—小孔；13—弯钩。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

本发明桥面铺装方法如下：

1)钢桥面板预处理

检查桥面板外观，打磨消除掉钢板表面的焊渣、毛刺和飞溅物，再用高压水枪或表面清洁剂清除钢板表面的尘垢、油和油脂等污染，待钢板表面干燥后进行喷砂除锈工作，如遇雨雪天气禁止除锈作业。

为防止钢板被二次污染，在喷砂除锈4小时内应立即完成富锌底漆的喷涂，再在做好防锈涂装的钢板上喷洒粘接剂，以实现防护钢板与铺装层间的良好结合。

2)参照图1所示，在预处理后的钢箱梁桥面钢板1上设置普通抗剪栓钉和带弯钩栓钉4，弯钩13距桥面钢板高度沿横桥向呈悬链线分布，将预应力钢丝8穿过弯钩13，在桥面钢板两翼通过锚固装置进行先张法施加预应力；预应力钢丝8张拉使桥面钢板于中线处上拱，产生预应力变形，使得桥面板产生0.03％W～0.05％W的预拱度，其中W为桥面钢板宽。

栓钉的焊接：采用拉弧式螺柱焊接方法在钢桥面钢板1上焊抗剪栓钉及带弯钩栓钉4，焊接频率12个/min，熔深为2～3mm。带弯钩栓钉4高度为H₁，柱身的直径为φ₁，且有0.8S≥H₁≥4φ₁。带弯钩栓钉4示意图见图3所示。带弯钩栓钉4的横向间距为L₁，纵向间距为L₂，且应满足600mm≥L₁≥20mm、3.25m≥L₂≥0.75m。弯钩13距桥面钢板高度为H₂，且有：

$H_2=\frac{0.7f_{ptk}}{\mathrm{\σ}g}\cosh \left(\frac{\mathrm{\σ}g}{0.7f_{ptk}}x\right)$

式中：f_ptk—预应力钢丝的极限张拉应力

σ—预应力钢丝的线密度

x—弯钩所在栓钉距桥面钢板中线处距离

H₂—弯钩距桥面钢板的距离

g—重力加速度

钢筋网的绑扎：根据混凝土层厚度选定钢筋直径，按网孔规格100×100mm焊接成型钢筋网，并将其通过钢丝绑扎在柱身的槽口处，钢筋网位于中和轴以下。

预应力钢丝的设置：预应力钢丝8距桥面钢板高度沿横桥向呈悬链线，其两端通过扁锚式锚固装置固定，锚固装置的极限承载大于150KN；其中，锚固装置有翼板加劲肋7连接于翼板6内侧及桥面钢板1，翼板加劲肋7埋于混凝土内；锚固装置有锚板加劲肋10连接于锚板9及翼板6；锚固装置下方设置桥面钢板加劲肋5连接于桥面钢板两翼与箱体下部。

另外一个实施方案见图2，栓钉4替换为带圆孔及小孔12的剪力板11；其中，所述圆孔用于钢筋网绑扎时的贯穿；所述小孔距桥面钢板高度沿横桥向呈悬链线分布，用于预应力钢丝8的贯穿。

3)向施加预应力后的桥面板上浇筑免蒸养高强高韧混凝土层2，再在免蒸养高强高韧混凝土上铺设防水粘结应力吸收层及沥青混凝土层3(改性沥青SMA-16)。

免蒸养高强高韧混凝土由水泥、粉煤灰、硅灰、胶结性能矿物激发剂、碎石、河砂、钢纤维、水、多功能减水剂制得；其原料按重量份数计如下：

水泥440～520份、粉煤灰220～250份、硅灰150～180份、胶结性能矿物激发剂40～50份、碎石310～450份、河砂570～810份、钢纤维150～180份、聚合物乳液30～50份，水164～178份、减缩超分散多功能外加剂22～25份；所述胶结性能矿物激发剂为废弃预制混凝土水泥石晶种和脱硫石膏的混合物，混合磨细至≥450m²/kg，晶种：脱硫石膏按质量比6：4；硅灰比表面积≥16000m²/kg，SiO₂含量≥85％；碎石为粒径4.75～9.5mm的玄武岩碎石；河砂细度模数≤2.3；钢纤维为表面镀铜平直钢纤维；聚合物乳液为水性环氧树脂。

防水粘结应力吸收层为2cm厚的高粘高弹沥青并均匀撒布碎石形成。改性沥青SMA为4～6cm厚的高粘高弹改性沥青SMA-16。

Claims (9)

1.一种桥面铺装方法，其特征在于包括以下步骤：

1)桥面钢板预处理：喷砂除锈，4h内完成富锌底漆的喷涂，然后喷洒粘接剂；

2)在预处理后的钢箱梁桥面钢板上设置带弯钩栓钉，弯钩距桥面钢板高度沿横桥向呈悬链线分布，将预应力钢丝穿过弯钩，在桥面钢板两翼通过锚固装置进行先张法施加预应力；预应力钢丝张拉使桥面钢板于中线处上拱，产生预应力变形，使得桥面钢板产生0.03％W～0.05％W的预拱度，其中W为桥面钢板宽；

3)向施加预应力后的桥面钢板上浇筑免蒸养高强高韧混凝土，再在免蒸养高强高韧混凝土上铺设防水粘结应力吸收层及改性沥青SMA。

2.如权利要求1所述的桥面铺装方法，其特征在于所述带弯钩栓钉替换为带圆孔及小孔的剪力板；其中，所述圆孔用于钢筋网绑扎时的贯穿；所述小孔距桥面钢板高度沿横桥向呈悬链线分布，用于预应力钢丝的贯穿。

3.如权利要求1所述的桥面铺装方法，其特征在于桥面钢板两翼锚固装置采用扁锚式锚固装置，锚固装置的极限承载大于150KN。

4.如权利要求3所述的桥面铺装方法，其特征在于所述锚固装置的翼板设置有翼板加劲肋连接于翼板内侧及桥面钢板，翼板加劲肋埋于桥面混凝土内。

5.如权利要求3所述的桥面铺装方法，其特征在于所述锚固装置的锚板设置有锚板加劲肋连接于锚板及翼板。

6.如权利要求3所述的桥面铺装方法，其特征在于所述锚固装置下方设置桥面钢板加劲肋连接于桥面钢板两翼与箱体下部。

7.如权利要求1所述的桥面铺装方法，其特征在于所述免蒸养高强高韧混凝土组成按重量份数计如下：

水泥440～520份、粉煤灰220～250份、硅灰150～180份、胶结性能矿物激发剂40～50份、碎石310～450份、河砂570～810份、钢纤维150～180份、聚合物乳液30～50份，水164～178份、减缩超分散多功能外加剂22～25份；

所述胶结性能矿物激发剂为废弃预制混凝土水泥石晶种和脱硫石膏的混合物，混合磨细至≥450m²/kg，晶种：脱硫石膏按质量比6：4；硅灰比表面积≥16000m²/kg，SiO₂含量≥85％；碎石为粒径4.75～9.5mm的玄武岩碎石；河砂细度模数≤2.3；钢纤维为表面镀铜平直钢纤维；聚合物乳液为水性环氧树脂。

8.如权利要求1所述的桥面铺装方法，其特征在于所述防水粘结应力吸收层为2cm厚的弹性沥青并均匀撒布碎石形成。

9.如权利要求1所述的桥面铺装方法，其特征在于所述改性沥青SMA为4～6cm厚的高粘高弹改性沥青SMA-16。