重庆某大跨径悬索桥钢桥面铺装翻修设计.pdf

为指导重庆某大跨径悬索桥钢桥面铺装翻修,基于实桥调研和现场检测结果,对钢桥面铺装翻修方案进行了比选和优化设计。结果表明:1)在进行钢桥面铺装翻修设计时,需考虑翻修方案厚度变化对桥梁恒载的影响,采用新型钢桥面铺装方案后,需加强细部结构优化设计;2)机械铣刨过程中,需加强保留铺装层的保护,避免损坏钢桥面顶板;3)为避免纵向冷施工缝对桥面铺装质量的影响,采用单幅封闭与单幅双向通行的交通组织方案。相对传统双层温拌 EA 方案,热拌 EA+SMA 方案综合性能更优、施工工期更短、后期养护更便捷,更适用于大跨径悬索桥钢桥面铺装翻修。关键词:桥梁工程;钢桥面铺装;翻修;环氧沥青混合料;设计文章编号:1009-6477(2023)03-0051-07 中图分类号:U443.33 文献标识码:ADesign of Steel Deck Pavement Reconstruction for Long-span Suspension Bridge in ChongqingWANG Tao1,2,ZHANG Yong1,WANG Min1,2,PENG Zhutao1,WANG Peng2(1.Chongqing Zhixiang Paving Technology Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 400067;2.China Merchants Chongqing Communications Technology Research&Design Institute Co.,Ltd.,Chongqing 400067)Abstract:In order to guide the reconstruction of steel deck pavement of a long-span suspension bridge in Chongqing,the scheme comparison and optimization design of steel deck pavement reconstruction are carried out,based on the results of on-site investigation and on-site test.The results show that the influence of thickness change of reconstruction scheme on the bridge dead load should be considered,during the design of steel deck pavement reconstruction.When the new steel deck pavement scheme is adopted,it is necessary to strengthen the optimization design of the detailed structure.During the milling by machine,it is necessary to strengthen the protection of the reserved pavement and avoid damaging the steel deck.In order to avoid the influence of longitudinal cold construction joints on the pavement quality,the traffic organization scheme of closed on one side and two-way traffic on the other side is adopted.Compared with the traditional double-layer warm-mixed EA scheme,the hot-mixed EA+SMA scheme has better comprehensive performance,shorter construction period and more convenient maintenance,and it is more suitable for the steel deck pavement reconstruction of long-span suspension bridge.Keywords:bridge engineering;steel bridge deck pavement;reconstruction;epoxy asphalt mixtures;design 重庆某大跨径悬索桥为绕城高速公路东段跨越长江的一座特大型桥梁,主跨 616 m,双向 6 车道,设计速度 100 km/h,设计荷载公路-级,桥面纵坡3%,桥面横坡 2%1。主桥加劲梁采用正交异性板流线形扁平钢箱梁,标准节段长 12 m,横隔板间距 3 m,钢桥面顶板厚 14 mm,顶板 U 形加劲肋厚 8 mm、标准间距 600 mm。大桥新建时,钢桥面行车道采用 60 m80 m环氧富锌漆+0.68 L/m2环氧沥青黏结剂+25 mm 美国温拌环氧沥青混合料+0.45 L/m2环氧沥青黏结剂+30 mm 美国温拌环氧沥青混合料铺装方案,中央分隔带采用密水性良好的沥青砂胶铺装方案,并于 2009 年 12 月 31 日建成通车2-3。运营 10 年后,钢桥面铺装存在较多坑槽、网裂、纵向开裂等,亟需整体翻修以恢复桥面的行车舒适性以及安全性。1 钢桥面铺装病害调研2019 年 8 月实桥调研发现,钢桥面铺装存在鼓包、坑槽、推移、网裂、施工缝纵向开裂等病害,如图1 所示;病害统计结果如表 1 所示。此外,采用道路多功能检测车对各行车道的车辙深度及平整度进行了现场检测,结果如表 2 所示。从表 1 和表 2 可以看出:1)钢桥面铺装破损较为严重,其中南岸江北方向 PCI 为 62.52,江北南岸方向 PCI 为 59.29,全桥 PCI 为 60.90,评定结果为“次”4。2)钢桥面铺装无明显车辙病害,全桥路面车辙深度指数 RDI 为 96.20,评定结果为“优”4。3)钢桥面铺装平整度较差,全桥平整度为1.22 mm,其中江北南岸方向重车道平整度高达 1.70 mm,均已超出现行规范要求5。综上并结合公路沥青路面养护设计规范(JTG 54212018)6,需采用结构修复性方案对钢桥面铺装进行整体翻修。(a)道路多功能检测车(b)鼓包开裂(c)坑槽、网裂(d)推移、钢板锈蚀图 1 钢桥面铺装病害Fig.1 Disease of steel deck pavement表 1 病害统计及分析结果4Table 1 Statistics and analysis results of steel deck pavement diseases4部位局部翻修/m2坑槽、网裂、脱空、推移等/m2纵向裂缝/m2破损率 DR/%桥面破损状况指数 PCI车辙深度指数 RDI南岸江北方向861.3516.861.69.2362.5296.03江北南岸方向1 393.9617.541.611.2858.2996.38全桥3 492.710.2660.9096.2025公 路 交 通 技 术 第 39 卷表 2 车辙深度及平整度检测结果Table 2 Test results of rut depth and flatness检测指标南岸江北方向超车道中间车道重车道江北南岸方向超车道中间车道重车道全桥技术要求5车辙深度/mm3.382.715.833.662.554.663.80-平整度/mm1.521.470.950.830.851.701.221.2 2 钢桥面铺装方案比选本项目钢桥面铺装原厚度为 5.5 cm,为避免恒载增加对桥梁结构安全的影响,翻修方案不宜增加铺装层厚度。结合本项目服役特点及我国钢桥面铺装典型方案应用现状7-14,初步推荐了 4 种铺装方案:1)2.5 cm 热拌 EA10+3.0 cm 热拌 EA10;2)2.5 cm 热 拌 EA10+3.0 cm 高 弹 改 性 沥 青SMA10;3)2.5 cm 浇注式沥青混合料 GA10+3.0 cm高弹改性沥青 SMA10;4)4.5 cm 超高性能混凝土UHPC+0.7 cm 聚合物混凝土薄层 TPO。从技术性能、施工条件、应用情况、经济成本等方面进行综合对比分析,结果如表 3 所示。从表3 可以看出,5.5 cm 厚的 UHPC+TPO 方案无应用案例、质量风险大,双层热拌 EA 方案建设成本高、运营期养护难度大,GA+SMA 方案无法有效满足总厚度 5.5 cm 的要求。因此,综合比选后选择2.5 cm 热拌环氧 EA10+3.0 cm 高弹改性沥青SMA10 方案作为钢桥面行车道铺装方案。3 钢桥面铺装优化设计3.1 行车道结合行业规范及以往工程经验5,7-14,对铺装方案进行优化设计。为保障 SMA 和 EA 之间的层间黏结抗剪耐久性,黏层采用环氧树脂黏结剂型,用量提升至 0.60 kg/m20.75 kg/m2。行车道铺装结构参数如图 2 所示。3.2 中央分隔带中央分隔带原铺装层为沥青砂胶,使用状况良好,本次翻修过程中不进行处治。为避免行车道原环氧铺装层铣刨、清理过程中损坏沥青砂胶,采取如下优化工艺:1)在沥青砂胶与原环氧铺装层搭接的纵向部位进行切缝,切缝深度 4.5 cm。2)距离纵向切缝 10 cm 的范围内,严禁机械铣刨,待其他区域机械铣刨完成后,人工用电镐清除剩余 10 cm 宽的铺装层,如图 3 所示。为提升新铺装层与沥青砂胶的纵缝黏结强度,以及避免后期服役过程中雨水下渗导致层间脱层破坏,采取如下优化工艺:1)在纵缝侧面涂刷环氧树脂黏结剂型,用量0.60 kg/m20.75 kg/m2。2)待 SMA 施工完成后,在中央分隔带护栏附近的 SMA 表面涂刷 20 cm 宽的改性乳化沥青,用量0.30 kg/m20.50 kg/m2,如图 4 所示。表 3 各铺装方案综合性能对比分析Table 3 Comparative analysis of the comprehensive performance of paving schemes铺装方案优点不足双层热拌 EA整体高温抗重载能力强,相对温拌环氧抗环境干扰能力大幅提升初期建设成本高,早期病害控制难度大,后期养护技术难度高热拌 EA+SMA高温稳定性、抗滑性能、疲劳抗裂性能等综合性能优,后期养护便捷环氧对施工水平和施工环境要求较高GA+SMA密水性、协同变形能力及耐久性优,施工质量可靠度高施工设备专用,铺装总厚度(5.5 cm)远低于最佳设计厚度(7.0 cm)UHPC+TPO整体高温抗重载能力强,可大幅提高桥面系刚度初期建设成本高,在大跨径钢桥无应用案例,实际耐久性有待考证35 第 3 期 王 滔,等:重庆某大跨径悬索桥钢桥面铺装翻修设计图 2 钢桥面铺装结构参数Fig.2 Structure parameters of steel deck pavement单位:cm图 3 切缝及铣刨位置Fig.3 Position of cutting and milling单位:cm图 4 新旧铺装层搭接处细部结构Fig.4 Detailed structure of the joints of new and old pavement3.3 路缘侧防排水原铺装层采用结构密实的双层 EA 方案,未设置层间水排水结构。翻修方案磨耗层采用 SMA,部分雨水会渗入层间。因此,需在路缘侧设置层间水排水结构。考虑到路缘侧格栅泄水孔下缘比钢桥面顶板高约 3 cm,需在格栅泄水孔与钢桥面顶板接触的部位开孔,开孔直径 16,螺旋排水管穿过开孔将水排至泄水槽。格栅泄水孔构造如图 5 所示,路缘防排水结构如图 6 所示。3.4 伸缩缝构造物处治本项目钢桥面与伸缩缝连接位置存在立面焊接件凸起物,如图 7 所示,保护层和磨耗层均难以压实,图 5 格栅泄水孔结构Fig.5 Structure of grid drain hole单位:mm图 6 路缘侧防排水示意Fig.6 Diagram of curb side waterproof and drainage雨水容易下渗,在行车荷载作用下易形成水损坏和出现反射裂缝,对桥面铺装结构层的使用寿命有较大影响。为保障焊接件凸起物部位钢桥面铺装的密实性及耐久性,采取如下优化工艺:1)在磨耗层摊铺碾压完成后,距离伸缩缝 30 cm 位置,沿沥青砂胶至钢路缘石横向向下切割 3.0 cm,人工凿除磨耗层高弹改性沥青 SMA10。2)距离伸缩缝 20 cm 位置,向下切割 2.5 cm,人工凿除保护层环氧沥青混合料,钢板保护层磨耗层三者形成阶梯状。3)在钢桥面顶板及接缝四周涂刷环氧树脂防45公 路 交 通 技 术 第 39 卷水黏结层。4)铺筑常温拌和、自流平、空隙率为 0%的冷拌环氧浇注式沥青混合料,并人工抹平;养生强度(60 马歇尔稳定度)达到 40 kN 后开放交通。实施后效果如图 8 所示。图 7 伸缩缝处凸起物Fig.7 Bulge at the expansion joint图 8 冷拌环氧浇注式沥青混合料实施后效果Fig.8 Effect of cold epoxy gussasphalt pavement3.5 原环氧铺装层铣刨为避免原环氧铺装层铣刨过程中损伤钢桥面顶板,采取如下优化工艺:1)机械铣刨深度控制在 4.5 cm,即铣刨深度距离钢桥面顶板 1 cm,如图 9 所示。2)在挖掘机铲斗齿上焊接钢板,对残留的环氧沥青混合料铺装层进行刮除,如图 10 所示。图 9 机械铣刨Fig.9 Milling by machine图 10 挖掘机刮除Fig.10 Scraping by excavator4 施工交通疏解优化设计本项目混合交通量约 2 万辆/d,车流量总体可控。为避免纵向冷施工缝对桥面铺装质量的影响,采用单幅封闭与单幅双向通行的交通组织方案,如图 11 所示。(a)南岸北岸方向(b)北岸南岸方向图 11 施工交通组织示意Fig.11 Diagram of traffic organization during construction55 第 3 期 王 滔,等:重庆某大跨径悬索桥钢桥面铺装翻修设计 本项目施工交通疏解设计时,采取了以下优化措施:1)本项目南岸属于长下坡路段,在南岸北岸方向施工时,要求南岸进行交通管制的区域不低于3 km,为大型货车留足降速缓冲区。2)在单幅双向通行区域,超车道和中间车道间设置水马围挡(填沙或装水),中间车道与重车道间设置反光路锥,如图 12 所示。3)在桥头中央分隔带开口旁、水马围挡与反光路锥之间的中间车道区域,放置 1 台清障车,当交通管制区域内有车辆出现抛锚时,便于及时拖离。4)在施工区域两端及重要出入口安装视频监控设备,以供高速公路执法部门、施工单位等实时监控现场交通情况。5)在施工区域布设灯带等照明措施,以保障夜间行车的安全性。图 12 水马围挡与反光路锥摆放位置Fig.12 Position of water-safety barriers and reflecting road cones5 结束语本文基于重庆某大跨径悬索桥钢桥面铺装病害调研结果,对钢桥面铺装翻修方案和施工交通疏解进行了优化,主要结论如下:1)进行钢桥面铺装翻修设计时,需考虑翻修方案厚度变化对桥梁恒载的影响,以及伸缩缝预留高度对铺装层厚度的限制。2)采用新型钢桥面铺装方案,需加强细部结构优化设计,如在路缘侧设置螺旋排水管,避免雨水淤积在 EA 与 SMA 的层间而引发水损害;在伸缩缝焊接件凸起物部位铺筑冷拌环氧浇注式沥青混合料,以解决 EA、SMA 难以压实等问题。3)机械铣刨过程中,应加强保留铺装层的保护,避免损坏钢桥面顶板。如在新旧铺装层搭接处纵向切缝,铣刨位置距离纵向切缝 10 cm,铣刨深度距离钢桥面顶板 1 cm;采用挖掘机清理铣刨后残留的铺装层,采用人工清理纵向切缝周围的铺装层。4)为避免纵向冷施工缝对桥面铺装质量的影响,采用单幅封闭、单幅双向通行的交通组织方案。在桥头长下坡路段,交通管制区域不低于 3 km,为大型货车留足降速缓冲区;在交通管制区域放置清障车,便于及时拖离抛锚车辆。参 考 文 献References1 张红星,刘德宝,王成树.重庆鱼嘴长江大桥总体设计J.公路交通技术,2010(1):53-57.ZHANG Hongxing,LIU Debao,WANG Chengshu.General design for Yuzui Yangtze river bridge in Chongqing J.Technology of Highway and Transport,2010(1):53-57.2 向源.重庆鱼嘴长江大桥环氧沥青混凝土施工技术J.石油沥青,2010,24(6):59-61.XIANG Yuan.Epoxy asphalt concrete construction technique of Chongqing Yuzui bridge J.Petroleum Asphalt,2010,24(6):59-61.3 高博.重庆鱼嘴长江大桥环氧沥青防水铺装设计与施工J.中国建筑防水,2011(24):34-38.GAO Bo.Design and construction of Chongqing Yuzui Changjiang bridge epoxy asphalt waterproof deck pavementJ.China Building Waterproofing,2011(24):34-38.4 交通运输部公路科学研究院.公路技术状况评定标准:JTG 52102018S.北京:人民交通出版社股份有限公司,2018.Research Institute of Highway Ministry of Transport.Highway performance assessment standards:JTG 52102018 S.Beijing:China Communications Press Co.,Ltd.,2018.5 招商局重庆交通科研设计院有限公司.公路钢桥面铺装设计与施工技术规范:JTG/T 3364-022019S.北京:人民交通出版社股份有限公司,2019.China Merchants Chongqing Communications Technology Research&Design Institute 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