CN1920176B - 一种大跨径钢桥的桥面铺装结构 - Google Patents

一种大跨径钢桥的桥面铺装结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大跨径钢桥的桥面铺装结构，依次包括钢桥面板、防水粘接层、过渡层、防水粘接层和沥青铺装层，过渡层采用聚合物水泥混凝土，沥青铺装层采用聚合物改性沥青混凝土，过渡层被浇筑在带焊钉的钢桥面板上，与沥青铺装层相邻的过渡层表面具有纵横向抗滑槽。通过设置过渡层结构，可以降低层间的弹性模量差值，减小既有钢桥面板与沥青铺装层界面间的纵横向水平变形差和剪切应力，提高层间界面的粘接强度，降低沥青混凝土铺装层的开裂危险。钢桥面板上的焊钉及过渡层上的抗滑槽构造，使钢桥面板与铺装层形成整体受力的桥面结构，增大了铺装层纵横向水平推移的磨擦阻力，分散车辆轮载作用的集中应力，并减小最大应变区的纵横向水平变形量，提高铺装结构的抗剪切能力，保证沥青铺装层不发生水平推移。

Description

一种大跨径钢桥的桥面铺装结构
【技术领域】
本发明涉及一种道路路面的铺装结构，特别涉及的是桥梁的桥面铺装结构。
【背景技术】
目前，大跨径钢桥的桥面铺装构造是由钢桥上铺设防水粘接层和沥青混凝土铺装层而形成，铺装层一般采用在钢桥面铺装SMA(沥青马蹄脂)、环氧沥青和浇注式三种方式，主要缺点是使用寿命不长和不宜重载荷等，其主要病害特征为纵横向推移与开裂。为增大铺装层本身的抗裂性，除了研制性能良好的沥青混凝土材料组成以外，还常在沥青混凝土中掺入聚合物纤维。由于大跨径钢桥面结构在荷载下变形挠度大，现有桥面铺装结构及其所用各种材料的应用结果是，大跨径钢桥桥面铺装的正常使用寿命仅有普通道路铺装的1/2～1/3。桥面铺装使用寿命过短的问题已严重影响到大型桥梁的通行能力，制约了交通主干线的通行能力。
当车辆在桥面上正常行驶时，正交异性的钢桥面板与桥面铺装同时受竖向荷载而发生挠曲变形。与普通道路上的路面结构相比，它们之间有三个重要区别：1)其竖向变形挠度远大于普通路面结构；2)车辆通过时，将对桥面铺装产生正弯矩和负弯矩以及震动作用。当车辆在桥面上行驶途中制动刹车时，则除了竖向挠曲变形外还附加了水平力而引起钢桥面板与桥面铺装层之间的纵向水平剪切作用；3)钢与沥青混凝土的材料弹性模量相差数百倍之多，应力变形量也相差很大。桥面铺装发生破坏的主要现象为纵横向推挤涌包或开裂，这导致大量的桥面铺装发生过早损坏，给桥面铺装的维护与交通运输造成很大压力。
【发明内容】
为了克服现有桥面铺装使用寿命的不足的问题，本发明提供一种铺装结构，该铺装结构不仅能沿用普通道路铺装设备进行施工，而且能提高桥面铺装层的质量，延长其使用寿命。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大跨径钢桥的桥面铺装结构，依次包括钢桥面板、防水粘接层、过渡层、防水粘接层和沥青铺装层，过渡层采用聚合物水泥混凝土，沥青铺装层采用聚合物改性沥青混凝土，过渡层被浇筑在带焊钉的钢桥面板上，与沥青铺装层相邻的过渡层表面具有纵横向抗滑槽。
过渡层的厚度为2～8厘米，优选为4～6厘米，沥青铺装层的厚度为2～6厘米，优选为3～4厘米，过渡层与沥青铺装层的总质量不大于设计总质量。
焊钉按纵横向布置，间距为10～50厘米，优选为24～30cm，焊钉的规格为直径0.5～2厘米，高度与过渡层厚度相同。
过渡层的抗滑槽为沿桥面的纵向和横向平面布置，纵横向布置间距为10～50厘米，抗滑槽的平面布置位置不与焊钉重合。过渡层的抗滑槽截面形状为弧形，其截面的水平宽度尺寸为铺装层中沥青混凝土集料最大粒径的2～5倍，弧形深度为集料最大粒径的1/2～1/3。
沿桥面行车方向，过渡层按5～50米的间距被横向分隔。过渡层的横向分隔采用厚度0.2～2厘米的混凝土模板，在过渡层的养护结束后抽出模板而形成分隔缝，过渡层的分隔缝采用灌缝料予以填缝。在灌缝后的分隔缝上复盖土工布，至分隔缝侧面50～100厘米，土工布与过渡层之间胶粘，土工布的抗拉强度不小于20MPa，胶粘剂的粘接强度不小于0.5MPa。
过渡层的材料组成为(按重量份数计)：
水泥：≥42.5强度等级的硅酸盐水泥，配入量15～25份；
细磨矿渣粉：细度比表面积300～400m2/kg，配入量25～40份；
轻集料：表干容重≤1500kg/m3，配入量100～140份；
聚合物乳液：固形物平均粒径≤0.5μm的水分散性聚合物，固形物含量不低于40％，配入量3～15份；
拌合用水：品质符合国标，配入量按水胶比0.25～0.45，混凝土拌和物坍落度15～20cm。
由于本发明的优点：通过设置过渡层结构，可以降低层间的弹性模量差值，减小既有钢桥面板与沥青铺装层界面间的纵横向水平变形差和剪切应力，提高层间界面的粘接强度，降低沥青混凝土铺装层的开裂危险。钢桥面板上的焊钉及过渡层上的抗滑槽构造，使钢桥面板与铺装层形成整体受力的桥面结构，增大了铺装层纵横向水平推移的磨檫阻力，分散车辆轮载作用的集中应力，并减小最大应变区的纵横向水平变形量，提高铺装结构的抗剪切能力，保证沥青铺装层不发生水平推移。
【附图说明】
图1是桥面铺装结构的剖面图
图2是过渡层立体图
图3是焊钉在钢桥面板上的布置立体图
图4是图2过渡层立体图A-A方向的剖面放大图
图5是在分隔缝灌缝后，用土工布复盖的布置图
图6是图5土工布复盖分隔缝布置图的B-B方向的剖面放大图
图中：1是沥青混凝土铺装层，2是水泥混凝土过渡层，3是钢桥面板，4是焊钉，5是防水粘接涂层，6是纵横向抗滑槽，7是过渡层的分隔缝，8是防水粘接涂料+土工布复盖，9是紧贴槽底粘贴的土工布。
【具体实施方式】
在柔性大的钢桥面系中，车辆行驶时产生的正负弯矩及震动、风载与温度变化对铺装层间的反复水平推移作用，均对过渡层的抗弯疲劳寿命提出更高要求。一旦过渡层发生破裂，将很快反射到复盖其上的沥青混凝土铺装层上。为克服普通水泥混凝土薄板的易裂缺陷，本发明的铺装结构中的过渡层采用聚合物水泥混凝土。如以聚合物水泥混凝土的容重为1800kg/m3计算，忽略防水粘接层的厚度和重量，当铺装层厚为9厘米时，其单位面积重量相当于8厘米厚度的既有沥青混凝土铺装层，可保持桥梁的总荷载设计不变。
本发明采用的聚合物水泥混凝土力学性能为：对厚度为6厘米的1m2板件测试，抗弯强度＞10Mpa，弯曲变形极限＞1/100，抗弯疲劳寿命(测试应力水平按钢桥面板设计最大弯曲变形挠度1/300)＞107次。在相似荷载条件下，普通水泥混凝土的抗弯疲劳寿命约为2×106次，远低于本发明的聚合物水泥混凝土。
实施例：
1、对钢桥面板3用喷砂法进行除油除锈和热喷锌等表面处理，按30×30cm的方格进行焊钉4定位位置画线。
2、沿纵横方向按30×30cm的间距，用焊枪把规格为Φ1×5cm的焊钉4焊接在钢桥面板3上。
3、喷涂防水粘接层5
对整个钢桥面板表面采用丙烯酸型涂料喷涂罩面三遍。
4、聚合物水泥混凝土采用如下典型的配入量：
  水泥kg   细磨矿渣粉kg   轻集料kg   聚合物kg   拌合水kg
  第一组   180   350   1050   100   182
  第二组   180   350   1080   80   185
  第三组   180   350   1120   60   190
  第四组   200   350   1110   45   196
  第五组   220   350   1110   35   202
配合原料的品质要求：
水泥：42.5强度等级的硅酸盐水泥，细度比表面积≤300m2/kg；
细磨矿渣粉：细度比表面积≥350m2/kg，其它符合现行中国国家标准；
轻集料：轻质陶粒，粒径0.6～2.36mm≮95％，表干容重≤1500kg/m3；
聚合物：丙烯酸乳液，固形物平均粒径≤0.3μm；
拌合水：饮用水国家标准。
5、模板与块段分隔
在钢桥面板3上，按纵向间隔8～24米支立高5cm厚1cm的木模板，对过渡层2进行块段分隔。
6、过渡层2的浇筑
采用混凝土泵将聚合物水泥混凝土输送至钢桥面的各块段浇筑区内，沿桥面斜度方向，按先低后高的顺序进行人工摊铺、震捣和平整，过渡层2的浇筑厚度为5cm。
7、抗滑槽6构造与养护
在混凝土终凝前半小时开始，用刻槽拖板进行刻槽，在混凝土终凝结束前完成。在混凝土加水搅拌后24小时(夏秋季太阳直射或大风天气时，适当提前)开始养护，用饱水后的混凝土养护膜复盖，潮湿养护6天后脱膜。
8、分隔缝7处理
在混凝土潮湿养护6天后，检查并清除抗滑槽6内的掉渣，撤除过渡层2周边的分隔缝7模板，对分隔缝7施作灌缝填料后、用丙烯酸型涂料+土工布8粘贴复盖，土工布粘贴复盖宽度为分隔缝7两侧的第二排抗滑槽6外，土工布复盖到抗滑槽6部位时应紧贴槽底粘贴9。
9、喷涂防水粘接层5
在扫除过渡层表面浮渣后，对整个过渡层表面采用丙烯酸型涂料喷涂罩面三遍。
10、沥青混凝土铺装
在防水粘接涂层干燥后，进行沥青混凝土铺装施工，铺装层厚3cm。

Claims (8)

1.一种大跨径钢桥的桥面铺装结构，依次包括钢桥面板、防水粘结层、过渡层、防水粘结层和沥青铺装层，过渡层采用聚合物水泥混凝土，沥青铺装层采用聚合物改性沥青混凝土，其特征是：过渡层被浇筑在带焊钉的钢桥面板上，于沥青铺装层相邻的过渡层表面具有纵横向抗滑槽，所述过渡层的材料按重量份数计组成为，
水泥：≥42.5强度等级的硅酸盐水泥，配入量15～25份；
细磨矿渣粉：细度比表面积300～400m2/kg，配入量25～40份；
轻集料：表干容重≤1500kg/m3，配入量100～140份；
聚合物乳液：固形物平均粒径≤0.5μm的水分散性聚合物，固形物含量不低于40％，配入量3～15份；
拌和用水：品质符合国标，配入量按水胶比0.25～0.45，混凝土拌和物坍落度15～20cm。
2.根据权利要求1所述的一种大跨径钢桥的桥面铺装结构，其特征是：过渡层的厚度为2～8厘米，沥青铺装层的厚度为2～6厘米，过渡层与沥青铺装层的总质量不大于设计总质量。
3.根据权利要求1所述的一种大跨径钢桥的桥面铺装结构，其特征是：在钢桥面板上焊接的焊钉按纵横向布置，间距为10～50厘米，焊钉的规格为直径0.5～2厘米，高度与过渡层厚度相同。
4.根据权利要求1、2或3任意一项所述的一种大跨径钢桥的桥面铺装结构，其特征是：过渡层的抗滑槽为沿桥面的纵向和横向平面布置，纵横向布置间距为10～50厘米，抗滑槽的平面布置位置不与焊钉重合。
5.根据权利要求4所述的一种大跨径钢桥的桥面铺装结构，其特征是：过渡层的抗滑槽截面形状为弧形，其截面的水平宽度尺寸为铺装层中沥青混凝土集料最大粒径的2～5倍，弧形深度为集料最大粒径的1/2～1/3。
6.根据权利要求1、2或3任意一项所述的一种大跨径钢桥的桥面铺装结构，其特征是：沿桥面行车方向，过渡层按5～50米的间距被横向分隔。
7.根据权利要求6所述的一种大跨径钢桥的桥面铺装结构，其特征是：过渡层的横向分隔采用厚度0.2～2厘米的混凝土模板，在过渡层的养护结束后抽出模板而形成分隔缝，过渡层的分隔缝采用灌缝料予以填缝。
8.根据权利要求7所述的一种大跨径钢桥的桥面铺装结构，其特征是：在灌缝后的分隔缝上覆盖土工布，至分隔缝侧面50～100厘米，土工布与过渡层之间胶粘，土工布的抗拉强度不小于20Mpa，胶粘剂的粘结强度不小于0.5Mpa。
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