克罗地亚佩列沙茨大桥桥面铺装细化设计研究.pdf

专题研究SPECIAL RESEARCH118 建筑机械克罗地亚佩列沙茨大桥桥面铺装细化设计研究张 飞1，周 彬1，张 勇2，杨月薇3（1.中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710065；2.中交二公局第一工程有限公司，湖北 武汉 430000；3.重庆特铺路面工程技术有限公司，重庆 401121）摘要钢桥面铺装因其复杂性和特殊性，一直是钢箱梁桥工程中的技术难题。本文简要介绍了克罗地亚佩列沙茨大桥防水系统和沥青路面铺装结构的细化设计。佩列沙茨大桥桥面铺装总面积约为54000m2，车行道的铺装面积约为38000m2，其中车行道钢桥面铺装面积约为37000m2。车行道防水粘结体系使用德国联邦公路局认证通过（BASt list）的环氧树脂防水粘结体系，分为底漆层、反应性树脂粘结层和热熔颗粒3层；车行道沥青路面铺装分为两层，保护层为4cmMA11（浇筑式沥青混凝土，德语：Gussashalt），沥青类型为PmB25/55-55A，磨耗层为4cmAC11，沥青类型为PmB45/85-65。在大桥施工前，项目承建单位对大桥铺装的全部细节都进行了详细设计，以确保防水粘结体系和沥青路面铺装结构不仅能有效的保护桥梁结构，还能提供长期稳定的路用性能。设计过程中的经验和探索对将来类似欧标下大型跨海钢箱梁桥面铺装工程具有一定的借鉴意义。关键词钢桥面铺装；浇筑式沥青混凝土；环氧树脂；德国路面铺装规范中图分类号U442.5+4 文献标识码A 文章编号1001-554X（2023）09-0118-05Research on detailed pavement design for the Peljeac bridge in CroatiaZHANG Fei，ZHOU Bin，ZHANG Yong，YANG Yue-wei佩列沙茨大桥桥面按功能可横向分为中分带、车行道、路缘和人行道四个不同的功能区域，桥面铺装总面积约为54000m2，车行道的铺装面积约为38000m2，其中车行道钢桥面铺装面积约为37000m2。在欧洲，钢桥面铺装设计和施工的整体情况与我国的情况有较大的差异，包含德国在内的大多数欧洲国家没有制定钢桥面铺装专用的规范或指南。钢箱梁桥面的沥青铺装设计和普通桥梁的沥青铺装设计参照同样的规范，使用同样的结构，设计时根据桥梁所在道路的道路等级、车流量和所在地区的气候特征即可在规范里找到对应的铺装结构和厚度范围。同时，欧洲的沥青混合料大多采用商品混合料形式，路面施工单位多不参与混合料的配合比设计。另一方面，对于道路铺装工程中所需使用的特种材料，德国规范对其技术指标和制造商的生产质量控制都有明确的要求。特种材料可以通过德国联邦公路局的认证进入BASt list，项目使用BASt list中的特种材料时，只要制造商提供合格证，材料进场不必进行相关实验和检测。因此，与国内进行钢桥面铺装施工图设计时更关注铺装结构、材料性能、沥青混合料配合比设计等的情况不同，欧洲桥梁项目的业主和监理更关注桥面铺装的细化设计是否有规范依据，以及是否有根据项目具体情况做出适宜的细部设计。根据佩列沙茨大桥主设计文件的要求，佩列沙茨大桥桥面铺装应满足德国规范要求。项目承建单位中国路桥佩列沙茨大桥项目部根据主设计文件、相关德国规范和大桥的具体情况进行了佩列沙茨大桥桥面铺装细化设计。1 项目介绍佩列沙茨跨海大桥位于克罗地亚南部，横跨亚得里亚海的马里斯顿湾，连接克罗地亚大陆和佩列沙茨半岛，是克罗地亚人民期待多年的统一之桥。DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.09.019收稿日期2023-04-23通讯地址张飞，陕西省西安市高新区新型工业园企业壹号公园CONSTRUCTION MACHINERY 1192023/09总第571期项目资金主要来自欧盟基金（85%），中国路桥及联合体公司自2018年夏天开始承建。大桥结构为多跨矮塔中央单索面斜拉桥，全长2404m，桥跨布置为84+108+108+189.5+5285+189.5+108+108+84=2404m。大桥所处区域属于地中海气候，该气候典型特征是夏季干燥，冬季温和多雨。年平均降水天数为142天，年平均降水量为1530mm。11月是降水最多的月份，其降水量为201.0mm。气温最低的月份是1月，平均气温为8.5，夜间低至-4。而最热月份是8月，白天气温最高超过40。7月是日照最充足的月份，日照时间为324h，年平均日照时间为2292h。此外，强风也对大桥产生了严重影响。根据2005-2014年Komarna气象站记录的气象数据，最大10min风速为33.7m/s。然而，自2018年建设以来，阵风速度多次超过50m/s。强风同时带来大量盐分，高温、降水和盐分都是导致桥面铺装耐久性缩短的诱因。佩列沙茨大桥桥面铺装除桥塔和桥台位置为水混凝土基面，其余均为钢箱梁基面。大多数区域为顶板厚度为14mm的钢箱梁基面，即车行道有37000m2钢桥面基面和1000m2水泥混凝土基面。不同基面需使用不用的防水体系但可以采用相同的铺装结构。此外，大桥桥面横向可按功能分为中分带、车行道、路缘和人行道4个不同的功能区域，故本项目共有8种不同的铺装结构（见图1）。人行道人行道车行道车行道中央分隔带170017007800路缘路缘单位：mm78003500图1 佩列沙茨大桥横断面分布2 铺装结构设计项目主设计文件中已经明确不同功能区的桥面铺装结构，在完成项目情况的调查、规范研究后可进行铺装的细化设计。2.1 准备工作为了更好的完成桥面防水体系和沥青铺装工作，项目承建单位2019年初就开始进行相关的准备工作，包括现场气候情况调查和记录、主设计文件和相关规范的研究以及特种材料供应商的选择。2.1.1 气候调查经过查看项目所在地近10年的气候记录和实地测量，6月-9月是防水体系和沥青铺装的最佳施工时期，应尽量避免在1月-4月进行防水体系和沥青铺装的施工。施工时应注意空气中盐分和大风对工程的不利影响，也应特别注意日落前后温度、湿度的变化使基面凝结露水。2.1.2 规范和方案研究根据佩列沙茨大桥的主设计文件，钢桥面防水体系和沥青铺装都应根据德国规范进行设计和施工。方案设计涉及下述德国规范（见表1），方案中所有细节设计和材料选择都有据可依。表1 规范列表设计内容规范名称钢桥面喷砂防腐EN ISO 8501-1，钢板基面进行防腐漆等相关产品施工前的准备工作目视评估钢板表面清洁度EN ISO 11124，钢板基面进行防腐漆等相关产品施工前的准备工作金属喷丸的要求EN ISO 11126，钢板基面进行防腐漆等相关产品施工前的准备工作非金属喷砂磨料规范EN ISO 12944-4，油漆和清漆使用防腐漆体系的钢结构防腐，第4部分：表面类型及表面处理ZTV-ING，Teil 4，Abschnitt 3，德国工程建设的附加技术合同条件和规则第4章钢结构和复合钢结构建造，第3节钢结构的防腐TL/TP-KOR-Stahlbauten，德国钢结构防腐的技术条件/试验规程钢桥面防水体系ZTV-ING，Teil 7，Abschnitt 4，德国工程建设的附加技术合同条件和规则第7章桥面铺装，第4节钢桥面防水体系和铺装 结构TL BEL-ST，德国钢桥面防水体系材料技术供货条件TP BEL-ST，德国钢桥面防水体系材料试验规程专题研究SPECIAL RESEARCH120 建筑机械设计内容规范名称人行道/路缘铺装ZTV-ING，Teil 7，Abschnitt 5，德国工程建设的附加技术合同条件和规则第7章桥面铺装，第5节钢桥面的反应型树脂薄层铺装TL-RHD-ST，德国钢桥面反应型树脂薄层铺装材料技术交付条件TP-RHD-ST，德国钢桥面反应型树脂薄层铺装材料试验规程混凝土桥面防水体系ZTV-ING，Teil 7，Abschnitt 2，德国工程建设的附加技术合同条件和规则第7章桥面铺装，第4节水泥混凝土桥面防水体系和铺装结构TL-BEL-B，Teil 1，德国混凝土桥梁用沥青防水卷材的技术交付条件TL-BEL-EP，德国混凝土桥梁采用环氧树脂（底漆、密封、刮涂）的技术条件TP-BEL-B，Teil 1，德国混凝土桥梁用沥青防水卷材材料试验规程TP-BEL-EP，德国混凝土桥梁采用环氧树脂材料试验规程沥青路面TL Asphalt 07_13德国沥青混合料的技术 要求TL Bitumen-StB2007德国改性沥青的技术要求ZTV Asphalt-StB 07沥青路面施工的合同和导则的附加技术条件TL Gestein-StB 04_18德国沥青路面用集料（底漆、密封、刮涂）的技术条件2.2 铺装方案佩列沙茨大桥纵向分为钢箱梁桥基面和水泥混凝土桥基面，横向可按功能分为中分带、车行道、路缘和人行道4个不同的功能区域，故本项目共有8种不同的铺装结构，如表2-表9所示。表2 钢桥面车行道铺装结构铺装层结构详细设计技术要求沥青层磨耗层沥青混凝土AC 11S，聚合改性沥青PMB 45/85-654cm，压实度98%粘合 剂层改性乳化沥青0.5kg/m2保护层浇筑式MA 11S，聚合改性沥青PMB 25/55-55A4cm，撒铺预拌碎石，粒径25mm铺装层结构详细设计技术要求防水粘合层粘性层热熔颗粒（MA专用）800g/m2，粒径2mm防水粘结层环氧树脂材料1700g/m2，1000m防腐层 环氧树脂底漆215g/m2，80m钢板基面抛丸处理Sa2.5表3 混凝土桥面车行道铺装结构铺装层结构详细设计技术要求沥青层磨耗层沥青混凝土AC 11S，聚合改性沥青PMB 45/85-654cm，压实度98%粘合 剂层改性乳化沥青0.5kg/m2保护层浇筑式MA 11S，聚合改性沥青PMB 25/55-55A3.7cm，撒铺预拌碎石，粒径25mm防水粘合层防水粘结层防水卷材4mm基层环氧树脂底漆，撒铺0.30.8mm的石英砂500g/m2，0.50.8kg/m2混凝土基面抛丸处理表面清洁表4 钢桥面中分带铺装结构铺装层结构详细设计技术要求表面保护剂硅烷保护剂 300g/m2铺装层现浇混凝土厚度：24cm防锈层环氧富锌漆 250g/m2，厚度：50m钢板基面抛丸处理清洁度：Sa2.5表5 混凝土桥面中分带铺装结构铺装层结构详细设计技术要求表面保护剂硅烷保护剂300g/m2铺装层现浇混凝土厚度：24cm防水 粘合层防水粘结层防水卷材4mm基层环氧树脂底漆，撒铺0.30.8mm的石英砂500g/m2，0.50.8kg/m2混凝土基面抛丸处理表面清洁续表续表CONSTRUCTION MACHINERY 1212023/09总第571期表6 钢桥面人行道铺装结构铺装层 结构详细设计技术要求RHD环氧树脂薄层环氧树脂11混合粒径为0.71.2mm的石英砂，施工后再满撒0.71.2mm的石英砂2.8kg/m2，2.8kg/m2，厚度：46mm底漆环氧树脂底漆215g/m2，厚度：80m钢板基面抛丸处理清洁度：Sa2.5表7 混凝土桥面人行道铺装结构铺装层 结构详细设计技术要求RHD环氧树脂薄层环氧树脂11混合粒径为0.71.2mm的石英砂，施工后再满撒0.71.2mm的石英砂2.8kg/m2，2.8kg/m2，厚度：46mm底漆两层环氧树脂底漆，第一层撒0.30.8mm 石英砂800g/m2，1.2kg/m2混凝土 基面抛丸处理表面清洁表8 钢桥面路缘铺装结构铺装层 结构详细设计技术要求RHD环氧树脂薄层环氧树脂11混合粒径为0.71.2mm的石英砂，施工后再满撒0.71.2mm的石英砂1.4kg/m2，1.4kg/m2，厚度：23mm 底漆环氧树脂底漆215g/m2，厚度：80m钢板基面抛丸处理清洁度：Sa2.5表9 混凝土桥面路缘铺装结构铺装层 结构详细设计技术要求RHD环氧树脂薄层环氧树脂11混合粒径为0.71.2mm的石英砂，施工后再满撒0.71.2mm的石英砂1.4kg/m2，1.4kg/m2，厚度：23mm底漆两层环氧树脂底漆，第一 层撒0.30.8mm石英砂800g/m2，1.2kg/m2混凝土 基面抛丸处理表面清洁3 细节设计不同功能区域铺装结构间的搭接、雨水井、路缘、塔区、伸缩缝等位置是桥面铺装的薄弱环节，需要在材料供应商的建议下根据相关规范因地制宜进行细节设计，这是项目业主和监理尤其重视的环节，施工时也必须更为小心。根据佩列沙茨大桥选用的铺装结构以及桥梁的结构特点，桥面铺装细化设计中共有19个细节设计，这里举其中4个进行说明。3.1 钢桥面车行道防水体系和路缘铺装间的搭接钢桥面车行道防水体系和路缘铺装间的搭接方式规范ZTV-ING，Teil 7，Abschnitt 5中有4种不同的设计方法。考虑到现场施工的顺序以及项目所在地空气中的高盐含量，选择了7.5.2的搭接方式，细节设计如图2-图3所示。RHD DeckschichtGrundierungsschichtReaktionsharz-HaftschichtDechschichtSchutzschicht10cm2cm2cmReaktionsharz-Grundierungsschichtdes Dichtungssystemsdes RHD-BelagesSchrammbordFugenmasseUnterf llstofforderTrennstreifenStahlblech图2 德国规范中路缘部分的铺装结构沥青贴缝条钢桥面车行道防水体系和路缘铺装间的搭接DETALJ/DETAIL 1热熔颗粒环氧树脂防水层环氧树脂底漆环氧树脂底漆RHD环氧树脂薄层抛丸处理抛丸处理12cm图3 本桥钢桥面车行道防水体系和路缘铺装间的 搭接设计图RHD环氧铺装薄层和防水体系材料来自同一个制造商，搭接方案在咨询制造商技术部门后取得认可。两种铺装结构选用来自同一制造商的产品更利于搭接方案的设计，可以避免不同厂家材料因不兼容导致搭接的失败。专题研究SPECIAL RESEARCH122 建筑机械3.2 钢桥面人行道铺装与钢箱梁外涂装油漆间的搭接钢桥面人行道铺装与钢箱梁外涂装油漆间的搭接是根据ZTV-ING，Teil 4，Abschnitt 3中的图4.3.4进行设计的（见图4-图5）。然而，人行道铺装使用的材料和外涂装使用的材料来自不同的制造商。在将搭接方案向两家制造商技术部门进行咨询后，得到的答复是理论上不会存在风险。为确保搭接方案的有效，在材料制造商的指导下对两种底漆的粘接性能进行试验检测，得到合格的试验结果后才最终确定该搭接设计方案。100mmDie Deckbeschchtung des Korrosionsschutzsystems im Oberlappungsbereich kann entfallen,wenn mindestens 2 Zwischenbeschichtungen vorhanden sind.Alternativ kann auch die GB ber die Grundierungsschicht gezogen werden.StahlblechDeckschicht des RHD-Belages nach ZTV-ING Teil7 Abschnitt 5 Grundierungsschichtdes RHD-BelagsDBGBggf.2.ZB1.ZB图4 德国规范中人行道铺装与钢箱梁外涂装油漆间的 搭接设计DETALJ/DERAIL 12 钢桥面人行道铺装与钢箱梁外涂装间的搭接聚氨酯面漆环氧树脂底漆环氧中间漆10环氧富锌底漆RHD环氧树脂薄层抛丸处理图5 本桥钢桥面人行道铺装与钢箱梁外涂装油漆间的 搭接设计图3.3 桥塔区中分带的搭接和细节设计桥塔区中分带的搭接和细节设计是依据ZTV-ING，Teil 4，Abschnitt 3中的图7.1.2进行设计的（见图6-图7）。水损害是导致沥青铺装破坏和桥梁结构病害的重要原因。欧洲的工程企业都非常重视建筑物的防水，尤其注重细节。佩列沙茨大桥塔区中分带的现浇混凝土桥塔的混凝土不可能完美的粘合，故需要使用密封胶进行密封，车行道的防水卷材也延伸到桥塔处。23cm15cmDichtungsschicht ausBitumen-SchweibahnFahrbahnbelagRegeldicke 16cm10cm20cm2cm15cmIm Blockfugenbereich Fugen-abschlussband mit 4 Anker-rippen oder bei InstandsetzungKompressionsprofilVersiegelung oder KratzspachtelungGlasvlies-Bitumendachbahn V 13（Schutzlage）Verstarkung mit edelstahlkaschierter Bitumen-Schwei bahn oderEdelstahlband auf Bitumenklebemasse（gef llt oder ungef llt）alf Bitumenklebemasse（ungef llt）Kappe8cm 图6 德国规范中塔区的结构设计环氧树脂底漆（撒石英砂）环氧树脂底漆（撒石英砂）抛丸处理抛丸处理弹性密封胶DETALJ/DETA1L4 塔区中分带的搭接和细节设计密封胶用底漆钢筋5016/2050Betonski bazni segment/Cibcrete base segment24910沥青防水卷材沥青防水卷材AC11MA11沥青贴缝条现浇水泥混凝土硅烷保护剂图7 本桥塔区中分带的搭接和细节设计图3.4 雨水井处的沥青铺装细节设计降雨后的桥面积水如果不能很快排除，不仅会影响行车安全，长时间雨水浸泡也会影响沥青混合料的性能。因此，沥青铺装不仅要保留桥梁结构原有横坡纵坡，还应根据项目特点在雨水井位置进行有针对性的设计，以保证雨水能够顺利流入雨 水井。因桥梁线性原因，佩列沙茨大桥涅母侧车行道部分雨水井设置在中分带侧，与中分带有10余cm距离。如果磨耗层全幅使用AC11，则该区域横向中分带为最低处，雨水无法全部排入雨水井。在中分带一侧设计40cm宽MA11边带，人工摊铺时控制MA坡度向雨水井倾斜，则能使雨水顺利排出（见图8-图9）。4 结束语通过提前对防水体系和沥青铺装结构各个细节进行详细的设计，可以从总体上把握细节，保证（下转第128页）专题研究SPECIAL RESEARCH128 建筑机械工程质量。佩列沙茨大桥所取得的经验和探索可作为今后类似大型跨海钢箱梁桥面铺装工程的参考。2.50%5.8%-2.50%2.50%DETALJ/DETAIL 1Ugradnja slivnika-unutraGully installation-inside260801150DN100图8 雨水井处的沥青铺装细节设计图1 130202.50%5.8%-2.50%2.50%2704001000801207AC 11 surf,4cmMA 11S,4cmMA 11S,4cmPRESJEK 1-1/SECTION 1-1MA 11S,4cm图9 雨水井处的沥青铺装细节设计图2 参考文献1ZTV-ING.德国工程建设的附加技术合同条件和规则S.2018.2陈仕周，闫东波.钢桥面浇注式沥青混凝土铺装技术M.北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.3闫东波，刘艳，等.浇注式沥青混凝土组合结构车辙试验研究J.中外公路，2021（03）：333-338.4李雪连，崔之靖，等.中法沥青路面结构设计对比研究中外公路J.中外公路，2022（01）：48-54.5付宇，张厶月.德国公路工程标准制定与应用管理研究J.中外公路，2022（03）：271-274.6闫东波，林路宇，等.浇注式沥青混合料GA和GMA性能对比研究J.重庆交通大学学报（自然科学版），2022（01）：122-126.7陈楚鹏，许新权，等.水泥混凝土梁桥沥青铺装层铺筑时机评价指标研究J.中外公路，2022（05）：92-96.8宋君超，周艳.正交异性钢桥面铺装有限元分析方法的比较J.中外公路，2019（01）：82-86.9黎超尘，曾国东，黄红明.奇龙大桥钢桥面铺装质量控制与防水抗滑层的应用研究J.中外公路，2019（01）：145-149.10 钱师雄，闫东波，等.宽幅变截面连续钢箱梁桥面高温摊铺方案研究J.公路，2022（11）：71-76.运行状态评价模型，根据机电设备运维数据的功能完好率、及时返修率和更换返修率3个评价指标，对机电系统关键设备进行状态评价；建立了高速公路机电系统运行状态评价体系，对机电系统整体评价采用分层评价方式，整体评价效果良好。参考文献1在加快建设交通强国新征程上建新功2021年交通运输行业发展统计公报评读J.交通财会，2022（06）：96-97.2杨鋆.高速公路机电系统运行状态自动监测系统J.中国交通信息化，2018（09）：114-115+118.3徐碧赢，孙慧.基于ZigBee的终端采集设备的研究与实现J.电子设计工程，2018，26（04）：150-153.4刘洋.微机电系统发展现状及关键技术分析J.新材料产业，2019（03）：51-55.5马亚栋.高速公路机电系统的智慧运维模式应用J.运输经理世界，2021（30）：155-157.6江长秋.高速公路机电管理系统物联网云平台的设计与研究D.西安：长安大学，2018.7乔晓冉.高速公路机电系统评价指标及方法研究D.西安：长安大学，2006.8徐红辉，王翀，范杰.基于故障状态演化的高速公路机电设备智能维护系统设计J.现代电子技术，2019，42（24）：112-115.9杨坤，王志斌.基于FPGA的数字程控中频放大电路设计J.国外电子测量技术，2020，39（02）：111-117.10 李响志达.建筑健康监测中MEMS结构稳定性的研究D.长春：吉林大学，2018.11 王鑫，曾愚，魏怀灏，等.基于改进的Yolo v3模型的设备状态检测方法J.南开大学学报（自然科学版），2021，54（06）：7-11.12 王超，付子昂.基于YOLO v2模型的交通标识检测算法J.计算机应用，2018，38（S2）：276-278.13 李捷.基于物联网的高速公路机电设备智慧管养系统J.中国交通信息化，2021（10）：110-112.14 谭小刚.基于模糊评价法和层次分析法的高速公路隧道机电设施综合评价模型J.公路交通科技（应用技术版），2016，12（07）：140-143.（上接第122页）