CN110080087A - 一种钢桥轻型铺装层结构及铺装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢桥轻型铺装层结构及铺装方法，涉及钢桥铺装技术领域，能够有效降低桥面钢结构的疲劳应力，大幅提高桥面系局部刚度，延长钢桥面疲劳寿命；该结构从下往上依次包括：钢桥面、水泥混凝土层、粘层和多功能薄层，相邻两层之间彼此连接；所述水泥混凝土层内设有钢筋网，所述钢筋网通过若干短栓钉与所述钢桥面固定连接；所述多功能薄层为开级配或开断级配的沥青混凝土薄层，厚度为10mm‑25mm。本发明提供的技术方案适用于新建和桥面大中修的钢桥铺筑过程中。

Description

一种钢桥轻型铺装层结构及铺装方法

【技术领域】

本发明涉及钢桥铺装技术领域，尤其涉及一种钢桥轻型铺装层结构及铺装方法。

【背景技术】

在国内外大跨径桥梁中，由于具有结构自重小，承载能力大，施工简便等优点，钢主梁结构得到广泛应用。钢主梁通常设置正交异性钢桥面。大量工程实践表明，钢桥面的以下两个问题非常突出：一是正交异性钢桥面板的母板及各种焊缝易出现疲劳开裂；二是钢桥面上的沥青面层易产生裂缝、车辙、壅包等病害，面层的使用寿命通常仅几年时间。为此，桥梁在通车后的运营阶段，须频繁对桥面钢结构及面层进行维修，严重影响了桥梁结构的耐久性和行车舒适性。

上述病害在我国十分普遍而严重，已成为钢桥的癌症，钢桥面板通常运营不足10年便开裂，铺装一般使用5～8年便破损，这些顽疾属世界性难题。其根本原因是钢桥面太软，如何在不增加自重的前提下，大幅提高桥面系刚度，是我们亟需解决的问题。

目前的常规钢桥铺装方案是钢桥面上进行防腐处理后铺设防水层，然后上面加钢筋网或者直接进行浇筑式沥青混凝土和环氧沥青混凝土施工，铺装层厚度45-80mm。

但是以上常规方案有一些缺点很难克服：

1、不能有效降低桥面钢结构的疲劳应力，钢结构易疲劳开裂。

2、直接铺筑浇筑式沥青混凝土方案短期内就会产生车辙、裂缝，层间滑移。

3、环氧沥青混凝土方案后期易鼓包、坑槽、不规则裂缝及修补性病害。

因此，有必要设计一种新的钢桥轻型铺装层结构及铺装方法来适应钢桥的功能，并解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种钢桥轻型铺装层结构及铺装方法，能够有效降低桥面钢结构的疲劳应力，大幅提高桥面系局部刚度，延长钢桥面疲劳寿命。

一方面，本发明提供一种钢桥轻型铺装层结构，其特征在于，所述层结构从下往上依次包括：钢桥面、水泥混凝土层、防水粘层和多功能薄层，相邻两层之间彼此连接；所述水泥混凝土层内设有钢筋网，所述钢筋网与所述钢桥面固定连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述水泥混凝土层采用超韧水泥混凝土；所述水泥混凝土层的厚度为35mm-60mm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述多功能薄层为开级配或开断级配的沥青混凝土薄层；所述多功能薄层的厚度为10mm-25mm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，当所述多功能薄层的厚度≥1.5cm时，其材料由粒度为5cm-10cm的硬质石料、粒度为0cm-3cm的石屑、矿粉以及沥青拌合而成；其中，所述硬质石料和所述石屑的质量比大于7:3；

当所述多功能薄层的厚度＜1.5cm时，其材料由粒度为5cm-8cm的硬质石料、粒度为0cm-3cm的石屑、矿粉以及沥青拌合而成；其中，所述硬质石料和所述石屑的质量比大于7:3。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在常规路段，所述防水粘层为乳化沥青粘层；在上下坡和重载路段，所述防水粘层为环氧树脂粘层或聚氨酯粘层。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述钢筋网通过若干短栓钉与所述钢桥面固定连接。

另一方面，本发明提供一种钢桥轻型层结构的铺装方法，其特征在于，步骤包括：

S1、对钢桥面进行处理，使其表面清洁且无锈；

S2、将若干短栓钉垂直固定在处理后的钢桥面上；

S3、对钢桥面进行防腐涂装；

S4、在所述短栓钉上方安装钢筋网；

S5、在钢桥面上浇铸水泥混凝土层，使所述钢筋网和所述短栓钉完全嵌入到所述水泥混凝土层内；

S6、对所述水泥混凝土层的表面进行糙化处理，并在其上喷洒防水粘层；

S7、在所述防水粘层上铺筑多功能薄层。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S5中水泥混凝土层浇铸完成后需对其进行保湿养护和高温蒸汽养护。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在常规路段，所述粘层为乳化沥青粘层；在上下坡和/或重载路段，所述粘层为环氧树脂粘层或聚氨酯粘层。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述多功能薄层为沥青混凝土薄层；所述沥青混凝土薄层的级配采用开级配或者开断级配，孔隙率大于10％；所述多功能薄层的厚度为1.1cm-2.5cm。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：该结构可以有效降低桥面钢结构的疲劳应力，大幅提高桥面系局部刚度，延长钢桥面疲劳寿命；同时解决铺装层层间滑移问题，减少车辙坑槽等病害；另外多功能薄层采用开级配或开断级配，其较大的孔隙率提高了构造深度，降低噪音，路用性能好。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的钢桥轻型铺装层结构的层面示意图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本申请的钢桥轻型铺装层结构，采用短栓钉和钢筋网+超韧混凝土+防水粘层+多功能薄层的铺装结构。具体的采用短栓钉和钢筋网+超韧水泥混凝土(35mm-60mm)+防水粘层+多功能薄层(10mm-25mm)的结构层形式，施工在做好防腐剂及防水的钢桥面上。该结构的短栓钉和钢筋网+超韧混凝土可以有效降低桥面钢结构的疲劳应力，大幅提高桥面系局部刚度，延长钢桥面疲劳寿命；防水粘层+多功能薄层可以同时解决铺装层层间滑移问题，减少车辙坑槽等病害；另外多功能薄层采用开级配或开断级配，其较大的孔隙率提高了构造深度，降低噪音，路用性能好。

图1是本发明实施例提供的钢桥轻型铺装层结构图，如图1所示，层结构从下到上分别为：钢桥面1、带短栓钉的钢筋网2、超韧水泥混凝土3、粘层4和多功能薄层5。其中，钢桥面1需要经过防腐处理；钢筋网2通过短栓钉焊接到钢桥面上，然后浇筑超韧水泥混凝土3；水泥混凝土3的厚度一般为35mm-60mm且大于钢筋网2和短栓钉组成的整体结构的高度，即浇铸完成后钢筋网和短栓钉嵌置在水泥混凝土3内；水泥混凝土3经过养生达到强度要求后，进行抛丸或者精铣刨处理，清理干净基面后，在其上表面喷洒高强粘层4；粘层4可选用符合要求的环氧树脂粘层、聚氨酯粘层、乳化沥青粘层等；最后铺筑多功能薄层5，多功能薄层5为沥青混凝土层，厚度为10mm-25mm。

本发明适用钢桥上采用轻型铺装的桥梁，主要用于新建和大中修的钢桥面铺装层，可以有效降低桥面钢结构的疲劳应力，大幅提高桥面系局部刚度，延长钢桥面疲劳寿命。

铺装方法：

1、对钢桥面1的处理：

对于新建钢桥，应对桥面进行清洗，有锈蚀的桥面需进行喷砂除锈；

对于旧钢桥铺装翻修施工时，应先清除原铺装层并清洗桥面，后对桥面进行喷砂除锈。

2、短栓钉和钢筋网2的焊接铺设：

将短栓钉的底端按照提前设计好的位置焊接到钢桥面上，栓钉焊接完成后，应在即将被水泥混凝土3覆盖的钢桥面的四周0.5m范围内进行防腐涂装；防腐涂装施工应在栓钉焊接完成后立即进行；

栓钉焊接到位，桥面做完防腐涂装后，即可安装提前加工好的钢筋网片，如钢筋位置与栓钉布置有冲突，可适当调整钢筋位置。

3、超韧水泥混凝土3的浇筑：

钢筋网铺设完成后，进行超韧水泥混凝土3的浇筑，设计厚度一般为35mm-60mm。浇筑前，应对钢桥面板表面及边界接缝处混凝土面进行洒水润湿，但不得有积水；浇筑前对与新浇筑的界面进行洒水湿润是为了原有界面保持湿润状态，这样就不会从新浇筑进的水泥混凝土中吸收水分了，也就不会破坏新浇筑混凝土的水灰比，影响其强度；

宜采用高频平板振动器、手执式振动器作为振捣辅助设备、工具；不得采用人工插捣方式振捣；

浇筑过程中，应派专人进行摊铺厚度检查并及时反馈，必要时进行修正；浇筑前应严格按设计要求设置接缝，并在接缝位置设置竖向模板，以保证水泥混凝土浇铸形状的整齐程度；

摊铺完成后，应及时喷水雾使已浇筑完成的混凝土面保持湿润状态，并及时用养生薄膜覆盖进行保湿养护；为提高混凝土强度和加快施工速度，可在终凝后(一般为浇铸完成48小时后)，撤除养生薄膜并开始高温蒸汽养护。

4、水泥混凝土表面糙化处理和高强粘层4的施工：

在超韧水泥混凝土3达到设计强度后、铺设多功能薄层5前，应对水泥混凝土3的表面进行糙化处理，可采用抛丸或者精铣刨工艺进行处理；

糙化处理后，喷洒高强粘层4；常规路段可采用改性乳化沥青粘层(改性乳化沥青粘层固含量不低于65％)，上下坡及重载路段采用环氧树脂粘层或聚氨酯粘层；环氧树脂粘层或聚氨酯粘层需要具有一定厚度，一般不小于5mm，施工时需要在搭接处铣刨混凝土相应厚度，顺接到原水泥混凝土标高处，顺接距离在行车方向不小于2m。

5、沥青混凝土材质的多功能薄层5的施工：

沥青混凝土层粗集料一般采用玄武岩或者辉绿岩等坚硬集料，以抵抗车轮的磨耗；沥青采用高粘沥青或者复配SBS改性沥青；

根据位置不同选取不同粘层种类，采用不同施工方法：

5.1、常规路段采用多功能薄层沥青混凝土，厚度一般为1.0cm-2.5cm，厚度一般不大于2.5倍最大公称粒径；使用同步摊铺机进行摊铺，喷洒改性乳化沥青粘层，改性乳化沥青粘层固含量不低于65％，同步进行沥青混合料摊铺，再碾压即可；多功能薄层的沥青混凝土级配采用开级配或者开断级配，孔隙率大于10％，以提供较大构造深度，降低噪音；

5.2、上下坡及重载路段，采用环氧树脂粘层或聚氨酯粘层；先进行粘层施工，再进行多功能薄层5的摊铺，厚度一般为1.5cm-2.5cm，厚度一般不大于2.5倍最大公称粒径；使用同步摊铺机或者普通沥青混凝土摊铺机进行摊铺，最后使用双钢轮碾压。

具体的，多功能薄层的施工工艺采用热拌热铺开断级配沥青混合料和同步摊铺工艺，采用沥青拌合楼进行拌合，温度120度以上条件下进行摊铺，不用提前喷洒粘层，而是使用同步摊铺机进行摊铺，边喷洒粘层边摊铺，再用碾压机对其进行碾压，待温度降低到常温即可通车。多功能薄层的厚度一般为1cm-2cm；厚度大于1.5cm时，采用5cm-10cm硬质石料和0-3石屑，比例一般大于7：3，还有矿粉与沥青拌合而成；当薄层厚度小于1.5cm时，采用5cm-8cm硬质石料和0-3石屑，比例一般大于7：3，还有矿粉与沥青拌合而成。可以采取同步摊铺机施工，也可以采用普通摊铺机施工。同时多功能薄层如果配合不粘轮的改性乳化沥青(固含量在65％以上)也可以采用普通的分步摊铺工艺。

超韧水泥混凝土为一种高强度高韧度的水泥混凝土材料，指抗压强度150MPa以上、具有超高韧性和超长耐久性的水泥基复合材料。其技术特点包括以下几个方面：

1、高强度：超韧水泥混凝土相比普通混凝土，显著的特点是强度高、韧性大；28天抗压强度达到140MPa以上，是普通混凝土4-7倍；抗折强度，28天抗折强度达到20MPa以上，是普通混凝土的10倍；相同外荷载情况下，UHPC(即超韧水泥混凝土)结构尺寸比普通混凝土小的多，和钢结构尺寸相当，非常轻巧；

2、高韧性：轴心抗拉强度：按照瑞士规范进行测试，普通混凝土轴心抗拉强度2～3Mpa，弹性阶段结束即开裂发生脆性破坏；UHPC弹性阶段抗拉强度约10Mpa，弹性后期由于钢纤维的作用使材料产生应变强化，极限抗拉强度达到11～12Mpa；

极限拉应变：普通C40混凝土在120微应变时及发生断裂，UHPC极限拉伸应变可以达到2000×10^-6以上而不断裂，破坏形式为延性破坏，也就是韧性特别好，能够与钢筋钢筋同步变形；

3、高耐久性：UHPC材料内部结构致密、缺陷少，低收缩，能有效地阻止有害介质的侵入，因此具有很高的耐久性；28天干缩小于200微应变，氯离子扩散系数<0.03X10-12m2/s，抗渗等级不小于P25；

4、易施工性：拌合物自流平特性：根据不同的结构及施工要求，UHPC的扩展度可达到800mm，具有自流平混凝土的流动特性，易顺利通过钢筋网，施工比较容易。

本发明钢桥层结构的优点包括：

a)可以有效降低桥面钢结构的疲劳应力，大幅提高桥面系局部刚度，延长钢桥面疲劳寿命；

b)超韧混凝土(35mm-60mm)+防水粘层+多功能薄层(10mm-25mm)的结构可以解决层间滑移，减少车辙坑槽等病害的发生；

c)多功能薄层采用开级配或者开断级配，较大孔隙率提高了构造深度，降低噪音，路用性能好；

d)减薄面层沥青混凝土厚度，既减少车辙，又避免了层内剪切不足问题。

本发明适用钢桥上采用轻型铺装的桥梁，包括新建的和桥面大中修的。

以上对本申请实施例所提供的一种钢桥轻型铺装层结构及铺装方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钢桥轻型铺装层结构，其特征在于，所述层结构从下往上依次包括：钢桥面、水泥混凝土层、防水粘层和多功能薄层，相邻两层之间彼此连接；所述水泥混凝土层内设有钢筋网，所述钢筋网与所述钢桥面固定连接。

2.根据权利要求1所述的钢桥轻型铺装层结构，其特征在于，所述水泥混凝土层采用超韧水泥混凝土；所述水泥混凝土层的厚度为35mm-60mm。

3.根据权利要求1所述的钢桥轻型铺装层结构，其特征在于，所述多功能薄层为开级配或开断级配的沥青混凝土薄层；所述多功能薄层的厚度为10mm-25mm。

4.根据权利要求1-3所述的钢桥轻型铺装层结构，其特征在于，当所述多功能薄层的厚度≥1.5cm时，其材料由粒度为5cm-10cm的硬质石料、粒度为0cm-3cm的石屑、矿粉以及沥青拌合而成；其中，所述硬质石料和所述石屑的质量比大于7:3；

当所述多功能薄层的厚度＜1.5cm时，其材料由粒度为5cm-8cm的硬质石料、粒度为0cm-3cm的石屑、矿粉以及沥青拌合而成；其中，所述硬质石料和所述石屑的质量比大于7:3。

5.根据权利要求4所述的钢桥轻型铺装层结构，其特征在于，在常规路段，所述防水粘层为乳化沥青粘层；在上下坡和重载路段，所述防水粘层为环氧树脂粘层或聚氨酯粘层。

6.根据权利要求1所述的钢桥轻型铺装层结构，其特征在于，所述钢筋网通过若干短栓钉与所述钢桥面固定连接。

7.一种钢桥轻型层结构的铺装方法，其特征在于，步骤包括：

S1、对钢桥面进行处理，使其表面清洁且无锈；

S2、将若干短栓钉垂直固定在处理后的钢桥面上；

S3、对钢桥面进行防腐涂装；

S4、在所述短栓钉上方安装钢筋网；

S5、在钢桥面上浇铸水泥混凝土层，使所述钢筋网和所述短栓钉完全嵌入到所述水泥混凝土层内；

S6、对所述水泥混凝土层的表面进行糙化处理，并在其上喷洒粘层；

S7、在所述粘层上铺筑多功能薄层。

8.根据权利要求7所述的钢桥轻型层结构铺装方法，其特征在于，所述S5中水泥混凝土层浇铸完成后需对其进行保湿养护和高温蒸汽养护。

9.根据权利要求7所述的钢桥轻型层结构铺装方法，其特征在于，在常规路段，所述粘层为乳化沥青粘层；在上下坡和/或重载路段，所述粘层为环氧树脂粘层或聚氨酯粘层。

10.根据权利要求7-9任一所述的钢桥轻型层结构铺装方法，其特征在于，所述多功能薄层为沥青混凝土薄层；所述沥青混凝土薄层的级配采用开级配或者开断级配，孔隙率大于10％；所述多功能薄层的厚度为1.0cm-2.5cm。