常溫狀態(tài)下重慶長江鵝公巖大橋鋼橋面鋪裝層溫度分析

常溫狀態(tài)下重慶長江鵝公巖大橋鋼橋面鋪裝層溫度分析

重慶長江鵝公巖大橋是重慶二環(huán)路快速道路上的一座重要橋梁。西接重慶高速公路入口，經(jīng)大官殿、謝家灣、長江穿越重慶，東接重慶黔黔公路4000公里，全長7.28公里。主橋全長1022米，主橋全長600米，為鋼箱梁結(jié)構(gòu)。因其上部橋面板遠(yuǎn)期還考慮有軌道交通,因而成為受力較為復(fù)雜的橋梁之一。其引道橋橋面共有46085m2,故在作好鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)的同時,對引道橋橋面鋪裝也應(yīng)予以重視。1鋪設(shè)和使用鋼橋面材料1.1虎林市虎林市公巖大橋交通量特征根據(jù)重慶市客貨運(yùn)輸?shù)脑鲩L情況及鵝公巖大橋交通量的構(gòu)成,對鵝公巖大橋的交通量作出預(yù)測,見表1。從表1可以看出,重慶長江鵝公巖大橋的交通量是特別大的,這對鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。1.2廣東嫌犯橋面鋪裝層溫度特性重慶位于四川盆地東部,具有典型的亞熱帶大陸性氣候。受四川盆地的影響,重慶夏季悶熱潮濕,冬季溫暖濕潤。根據(jù)重慶市氣象局多年的觀測資料,重慶地區(qū)年平均氣溫為22℃,年平均最高氣溫為25℃,8月平均氣溫達(dá)30℃,2月平均氣溫為5.6℃,極端最高氣溫為44℃,極端最低氣溫為-4℃。根據(jù)廣東虎門大橋鋼橋面鋪裝層各層位的溫度測試結(jié)果分析,在密閉鋼箱梁的橋面鋪裝層中,鋼橋面鋪裝使用溫度與氣溫和日照時間長短有極大的關(guān)系。通常情況下,鋪裝層表面溫度較日最高溫度高28～31℃,而鋼橋面板溫度較鋪裝層表面溫度低4～5℃。因而,結(jié)合重慶地區(qū)的氣候特點(diǎn),預(yù)計(jì)重慶長江鵝公巖大橋鋼橋面鋪裝層的使用溫度范圍在-4～75℃之間。1.3鋼橋面鋪裝使用條件采用有限元分析,常溫狀態(tài)下對重慶長江鵝公巖大橋正交異性橋面板進(jìn)行了荷載作用下,裸板表面和鋪裝表面的應(yīng)力、應(yīng)變分析計(jì)算,并對鋼橋面板的縱向加筋肋在荷載作用下的相對撓度及曲率半徑進(jìn)行了計(jì)算。其中,采用《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTJ021-89)中汽車超-20級作為計(jì)算荷載,計(jì)算結(jié)果如表2和表3所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,裸板加載條件下縱向U形加勁肋間相對撓度<0.4mm,曲率半徑>20m,滿足鋪裝對正交異性板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。根據(jù)鋼橋面鋪裝使用條件分析,基本可確定重慶長江鵝公巖大橋鋼橋面鋪裝使用條件如下:在標(biāo)準(zhǔn)軸荷載條件下,鋪裝表面最大拉應(yīng)變約為200～300με;行車輪跡附近U形加勁肋頂面鋪裝最大拉應(yīng)變約為100～150με。2鋼橋面地板結(jié)構(gòu)2.1重慶長江虎林段的sma10水鋪裝在總結(jié)以前鋼橋面鋪裝經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合重慶長江鵝公巖大橋鋼橋面的特定條件,形成了重慶長江鵝公巖大橋鋼橋面鋪裝方案。如圖1。行車道鋼橋面板噴砂除銹達(dá)到Sa2.5級后,噴60～100μm富鋅底漆,然后在其上作防水粘接層,防水粘接層由0.8～1.2mm粘接劑和其上撒布2.36～4.75mm的預(yù)拌瀝青碎石組成,它們和鋪裝下層SMA10構(gòu)成鋼橋面鋪裝的防水隔離層。鋪裝下層SMA10(包括防水層)厚37mm,設(shè)計(jì)空隙率為2.5%～3.0%,具有良好密實(shí)性和整體性。鋪裝上層SMA13厚33mm,設(shè)計(jì)空隙率為3.5%～4.5%,具有較好的熱穩(wěn)性、抗裂性和較強(qiáng)的變形能力,同時在人行道路緣與行車道鋪裝結(jié)合部位預(yù)留縫并填入熱灌型填縫料(高彈性瀝青類填縫料)。在行車道鋪裝邊緣縱向設(shè)置螺旋排水管,并將水排入集水槽中。鋪裝下層和防水粘接層以及螺旋排水管等構(gòu)成重慶長江鵝公巖大橋鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的防排水系統(tǒng)。鋪裝下層使用較硬的改性瀝青(型號Y-2)和較小空隙率(2.5%～3.0%)的混合料,保證鋪裝具有良好的熱穩(wěn)性及密水性。鋪裝上層(厚3.3cm)的SMA13則使用彈性較好且變形能力優(yōu)良的改性瀝青(型號X-3)和粗骨料嵌擠良好的級配(空隙率3.5%～4.5%)以保證鋪裝層的熱穩(wěn)性、抗裂性及表面抗滑性能。在鋪裝上、下層之間,采用改性乳化瀝青粘層(0.4～0.6L/m2),以保證鋪裝上、下層的整體性。防水粘接層上撒布的預(yù)拌碎石,在其上層的SMA10混合料高溫?cái)備伵c碾壓成型過程中,已嵌入SMA10混合料中,形成整體。鋪裝成型后,該層不獨(dú)立存在,在靠近邊緣欄桿路緣20cm范圍內(nèi)不撒布預(yù)拌碎石。2.2保護(hù)材料的比選2.2.1材料的篩選與組合用于鋼橋面板防銹噴涂的材料主要有:無機(jī)富鋅漆、有機(jī)富鋅漆、熱噴金屬鋅、四氧化三鉛防銹漆、溶劑瀝青橡膠粘著材料等。針對重慶長江鵝公巖大橋鋼橋面鋪裝工程的具體情況,其鋼橋面防護(hù)主要從無機(jī)富鋅漆、熱噴金屬鋅、溶劑瀝青橡膠3種防銹材料中擇優(yōu)選取。無機(jī)富鋅漆、熱噴金屬鋅、溶劑瀝青橡膠3種材料與鋼板的附著力試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可知,熱噴金屬鋅、無機(jī)富鋅漆與鋼板結(jié)合較好,溶劑瀝青橡膠與鋼板結(jié)合較差。為了比較鋼板表面3種防護(hù)涂裝即無機(jī)富鋅漆、熱噴金屬鋅、溶劑瀝青橡膠的防銹效果,進(jìn)行了在重慶氣候條件下的室外暴露試驗(yàn)。在人為破傷涂層的試樣表面上每天灑一次5%的鹽水,觀察并記錄試樣表面變化,結(jié)果見表4。室外暴露試驗(yàn)結(jié)果表明,3種防護(hù)涂裝以熱噴金屬鋅防銹效果最佳,無機(jī)富鋅漆次之,溶劑瀝青橡膠最差。另外,在剪切試驗(yàn)和耐氣候粘接試驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)B方案(涂溶劑瀝青橡膠)的鋼板表面已生銹,其余幾種方案的鋼板表面都未生銹,也表明溶劑瀝青橡膠對鋼板表面的防護(hù)能力較差。2.2.2經(jīng)濟(jì)分析(1)無機(jī)富鋅漆防腐無機(jī)富鋅漆方案和溶劑瀝青橡膠方案的工程造價相近,工期相當(dāng)(約40d),無機(jī)富鋅漆防銹能力大大優(yōu)于溶劑瀝青橡膠,熱噴金屬鋅防腐性能更優(yōu)良,但相應(yīng)造價較高(為無機(jī)富鋅漆的2.5～3倍),工期亦較長(約60d)。(2)施工單位及施工時間從防銹、粘接和抗剪切等性能試驗(yàn)的結(jié)果來分析,溶劑瀝青橡膠方案的綜合性能差,維護(hù)和翻修的頻率和費(fèi)用較高(維護(hù)和翻修時,橋面鋼板需重新清洗和徹底進(jìn)行噴砂處理,費(fèi)用高,施工時間長),效益差。采用無機(jī)富鋅漆方案有較好的綜合性能,效益較好,但鋪裝翻修時易造成漆膜被損壞,一般需重新對鋼板進(jìn)行噴砂和防護(hù)處理。采用熱噴金屬鋅方案具有卓越的防銹性能和強(qiáng)度,粘接和疲勞性能也最好,故使用壽命會更長,而維護(hù)和翻修時,橋面鋼板通?？刹恢匦逻M(jìn)行防銹處理,可減少橋面鋼板噴砂除銹和防護(hù)涂裝的費(fèi)用,縮短維護(hù)和翻修施工時間。因此,從長期效益方面考慮,熱噴金屬鋅方案比無機(jī)富鋅漆方案要好,溶劑瀝青橡膠方案不可取。2.2.3熱噴金屬鋅方案從試驗(yàn)結(jié)果看,溶劑瀝青橡膠方案難以達(dá)到理想的防銹效果,且防銹和防油污染管理較難。無機(jī)富鋅漆方案和熱噴金屬鋅方案則各有所長:無機(jī)富鋅漆造價低,工期較短,防銹性能稍差,維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高;熱噴金屬鋅防銹性能卓越,強(qiáng)度高,但工期比無機(jī)富鋅漆要長,造價較高?？傊?考慮熱噴金屬鋅施工條件較為苛刻,施工設(shè)備要求較高,工期長,造價高等因素,在重慶鵝公巖大橋鋼橋面板防銹涂裝采用富鋅底漆方案。3地板材料、混合材料的組成和性能要求3.1防護(hù)材料重慶長江鵝公巖大橋鋼橋面防護(hù)材料采用富鋅底漆,其技術(shù)要求如表5。3.2瀝青的粘接劑性能防水粘接層由滿布0.8～1.2mm的粘接劑及在其上撒布(滿布)的一層預(yù)拌瀝青碎石層組成,具有連接富鋅底漆與鋪裝層的粘接作用,同時具有較高的強(qiáng)度、一定的低溫變形能力及在常溫下具有較高的硬度。該材料在75℃以下使用溫度范圍內(nèi)均具有良好抵抗剪切變形的能力。預(yù)拌瀝青碎石采用硬質(zhì)碎石與用量為0.5%～0.8%的AH-70號石油瀝青在180～200℃溫度下拌和而成。粘接劑性能必須滿足表6中的性能要求。預(yù)拌碎石質(zhì)量要求如表7所示。3.3瀝青路基質(zhì)瀝青應(yīng)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求,鋪裝上層及鋪裝下層改性瀝青技術(shù)要求如表8和表9。3.4充填材料選擇選用卵石破碎石料作為重慶長江鵝公巖大橋鋼橋面鋪裝用碎石。粗集料、細(xì)集料及礦粉應(yīng)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ032-94)中的表C.8、表C.11及表C.12中的要求。特別強(qiáng)調(diào)粗集料的1∶3細(xì)長扁平顆粒含量必須<15%,1∶5細(xì)長扁平顆粒含量應(yīng)<5%;洛杉磯磨耗損失應(yīng)<30%;粗集料磨光值≥42(BPN);且顆粒破碎面不少于兩個,卵石原材料備料時應(yīng)選粒徑≥10cm的卵石。集料分級規(guī)格如下。(1)9.5～13.2mm:13.2mm通過量100%及小于9.5mm的集料含量均≤10%。(2)4.75～9.5mm:大于9.5mm含量小于15%,小于4.75mm集料含量≤10%。(3)2.36～4.75mm:2.36～4.75mm粒徑含量≥80%。(4)0～2.36mm:大于2.36mm含量≤15%。鋼橋面鋪裝中不使用天然砂。施工中應(yīng)保持礦粉干燥無結(jié)團(tuán),結(jié)團(tuán)的礦粉不得直接使用。3.5纖維膠帶纖維采用進(jìn)口纖維產(chǎn)品。纖維生產(chǎn)廠家應(yīng)提供纖維產(chǎn)品質(zhì)檢報(bào)告。3.6裝裝量不同時長絲管結(jié)合力的能力在鋪裝下層完工后,在其上涂布一層改性乳化瀝青,涂布量為0.4～0.6kg/m2,增強(qiáng)鋪裝上、下層的結(jié)合力。改性乳化瀝青采用SBR改性重交通70號或50號瀝青,改性乳化瀝青性能應(yīng)滿足部頒施工規(guī)范的要求。3.7混合料級配確定根據(jù)重慶卵石破碎石料的具體情況,設(shè)計(jì)出鋪裝下層(保護(hù)層)使用SMA10級配,鋪裝上層(面層)使用SMA13級配,上、下層SMA混合料級配應(yīng)滿足表10中要求。鋪裝下層瀝青用量(油石比)范圍為5.5%～7.0%,鋪裝上層為6.0%～7.0%。均需現(xiàn)場進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)并檢驗(yàn)性能后確定,設(shè)計(jì)混合料性能需滿足表11中的技術(shù)要求。纖維用量為混合料質(zhì)量的0.4%～0.5%。3.8填充縫紉機(jī)材料填縫料采用高彈性瀝青類填縫料,用于填筑鋪裝縱縫等部位,達(dá)到封水防水的目的。3.9螺旋管采用Ф12mm或Ф18mm的螺旋排水管,由不銹鋼金屬材料或其他不銹蝕材料制成,有伸縮性及彈性。4橋面鋪裝結(jié)構(gòu)重慶長江鵝公巖大橋引道橋橋面鋪裝結(jié)構(gòu)分為兩部分:一是東西引道立交橋橋面鋪裝;二是主橋引橋。其中東西引道立交橋?yàn)橄淞航Y(jié)構(gòu),原設(shè)計(jì)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)為:8cm鋼纖維混凝土調(diào)平層+6cm中粒式瀝青混凝土鋪裝層;主橋引橋?yàn)楹喼梁結(jié)構(gòu),原設(shè)計(jì)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)為:9cm鋼纖維混凝土調(diào)平層+6cm中粒式瀝青混凝土鋪裝層。4.1應(yīng)該考慮的因素是雨棚橋橋面設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的因素(1)面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于水滲透入水泥混凝土橋面板中會導(dǎo)致鋼筋的銹蝕,引起橋面板的開裂,因而在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時從如下方面考慮防水:一是從水泥混凝土橋面板本身去考慮,如在水泥混凝土橋面板上噴灑水泥混凝土防水劑等;二是從鋪裝材料去考慮,減少鋪裝材料的孔隙率,以減少雨水的滲入;三是設(shè)置較完善的排水措施,使橋面板上的水盡快排出。(2)面瀝青混凝土鋪裝層厚度調(diào)整方案重慶長江鵝公巖大橋水泥混凝土調(diào)平層原設(shè)計(jì)平均厚度為8～9cm,后在橋面瀝青混凝土鋪裝層厚度調(diào)整為8cm的條件下,為保證橋面鋪裝層標(biāo)高不變,將水泥混凝土調(diào)平層減薄2cm,如果水泥混凝土調(diào)平層不能滿足最小厚度的要求或與水泥混凝土橋面板粘接不牢固,則有可能給瀝青混凝土鋪裝層帶來損害。(3)青sma混合料鋪裝重慶長江鵝公巖大橋橋面鋪裝工程表層全部采用5%SBS改性瀝青SMA混合料鋪裝,將原設(shè)計(jì)6cm瀝青混凝土改為4cm改性瀝青中粒式瀝青混凝土+4cm改性瀝青SMA混合料,這樣即有利于瀝青混凝土層的施工,也有利于延長橋面鋪裝層的使用壽命。4.2混凝土調(diào)平層防水劑由于上述原因,引道橋橋面鋪裝結(jié)構(gòu)如圖2。在水泥混凝土橋面瀝青混凝土層施工時,橋面板需干凈、干燥,再噴灑0.2～0.3L/m2的水泥混凝土防水劑。因橋面水泥混凝土調(diào)平層原設(shè)計(jì)為鋼纖維水泥