克罗地亚佩列沙茨跨海大桥钢桥面铺装技术.pdf

世界桥梁2 0 2 3年第51卷第5期（总第2 2 7 期）World Bridges,Vol.51,No.5,2023(Totally No.227)1D0I:10.20052/j.issn.1671-7767.2023.05.001克罗地亚佩列沙茨跨海大桥钢桥面铺装技术王学锋,唐必成,刘强,刘浩,李重明（1.中国路桥工程有限责任公司，北京10 0 0 11；2.重庆特铺路面工程技术有限公司，重庆40 112 1）摘要：克罗地亚佩列沙茨跨海大桥为主跨52 8 5m的六塔中央单索面钢箱梁矮塔斜拉桥，除塔区主梁采用混凝土梁外，其余均采用钢箱梁，桥宽2 2.5m。桥面铺装面临强降水、高温、强紫外线照射、强风、高盐分等不利因素，按照德国ZTV-ING规范进行桥面铺装结构详细设计，防水粘结层采用德国常用的环氧树脂类防水粘结体系（在环氧树脂固化前撒热熔颗粒），沥青结构层采用浇注式沥青混合料MA11S（保护层）十沥青混凝土AC11S（磨耗层），磨耗层的聚合物改性沥青PMB45/80-65比原设计PMB45/80-50A提高了软化点。钢桥面铺装施工时，采用3套8 0 cm宽和3套50 cm宽无尘抛丸机进行抛丸处理；抛丸工作结束后，均匀滚涂防腐底漆和环氧树脂防水材料；MA11S摊铺时，采用摊铺机对中央5.95m宽的车行道进行全幅摊铺；AC11S摊铺时，采用摊铺机对7.8 m宽的车行道进行整幅摊铺。通过测试，铺装质量满足要求。关键词：钢桥面铺装；德国规范；环氧树脂；浇注式沥青混合料；沥青混凝土；聚合物改性沥青；施工技术中图分类号：U443.33；U 445.4文献标志码：A文章编号：16 7 1-7 7 6 7(2 0 2 3)0 5-0 0 0 1-0 61工程概况佩列沙茨跨海大桥（Peljesac Sea-CrossingBridge)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。大桥为六塔中央单索面钢箱梁矮塔斜拉桥（见图1），跨径布置为（8 4+10 8+10 8+18 9.5+52 8 5+18 9.5+10 8+108+84）m，全长2 440 m，桥宽2 2.5ml-3。除6 个桥塔区主梁采用混凝土梁外，其余均采用钢箱梁。图1佩列沙茨跨海大桥实景Fig.1 Photo of Peljesac Sea-Crossing Bridge桥址地处夏季炎热干燥、冬季温和多雨的地中海气候地区。据气象统计数据，年平均降雨天数142d，年平均降水量1530 mm，11月降水最多，降水量2 0 1mm。1月气温最低，平均气温8.5，夜间低至一4；8 月气温最高，白天气温高达40；收稿日期：2 0 2 2-0 3-2 1作者简介：王学锋（197 8 一），男，高级工程师，1999年毕业于西安建筑科技大学无机非金属材料专业，工学学士（E-mail：52 12 7 47 52 q q.c o m）。通信作者：唐必成（198 5一），男，硕士（E-mail：b i c h e n g.t a n g f o x m a i l.c o m）。研究方向：大跨度桥梁钢结构设计与制造。7月日照最强烈，日照累计时长达3 2 4h，年平均日照时长2 2 9 2 h。此外，自2 0 18 年该项目开建以来，最大阵风风速多次超过50 m/s，大于历年最大10 min平均风速33.7 m/s。2桥面铺装设计大桥桥面铺装面临强降水、高温、强紫外线照射、强风、高盐分等不利因素，并且需满足桥面铺装10年责任缺陷期的要求。该项目采用菲迪克红皮书（FIDICRedBook）合同，即施工总承包合同，承包商需在原设计方案基础上进行施工图详图设计。该项目原设计方案中已粗略设计了桥面铺装底基层、粘结层、保护层和磨耗层的初步结构，针对防水材料、改性沥青等原材料提出了一些技术要求，并要求整体结构层设计、技术指标及施工参照德国ZTV-ING规范4。因此，项目初期开展了桥面铺装设计和施工的研究工作。本文以该桥车行道区域的桥面铺装为例进行介绍。该桥车行道区域铺装面积为约37 0 0 0 m的钢桥面和约10 0 0 m的混凝土桥面，2 种桥面除下部防水粘结层有区别外，上部沥青铺装层均采用相同的铺装结构。目前我国钢桥面浇注式沥青铺装技术通常采用甲基丙烯酸树脂防水粘结体系，在早期浇2注式沥青铺装引人我国时，少数桥梁钢桥面采用环氧树脂类防水粘结体系（在环氧树脂固化前撒碎石），典型项目如长沙三汉矶大桥和重庆石板坡大桥，通车十余年后防水粘结体系未见病害5-7 。环氧树脂材料的优势是在固化后具有较高的抗拉强度和粘结强度，比沥青防水材料更耐车辙和分层。佩列沙茨跨海大桥采用德国常用的环氧树脂类防水粘结体系，在环氧树脂固化前撒热熔颗粒。环氧树脂底漆和环氧树脂粘结层分别采用西卡的HMprimer和HM mastic，与浇注式沥青混合料一起作为一个体系通过了德国ZTV-ING规范第7 部分第4节设计类型1的测试和认证。不同基面、不同防水层结构搭接处的细节处理为：混凝土基面上采用的沥青防水卷材向钢基面的防水粘结层延伸2 0 cm；路缘底部12 cm高的范围内应用与钢桥面相同的防水体系；在防水环节最薄弱的不同区域搭接地带（如钢桥面和中央混凝土隔离带之间，磨耗层和路缘搭接区域)采用沥青胶防水带，通过提升搭接细节的质量进而提高桥面铺装的整体耐久性。沥青混合料是一种对温度极其敏感的材料，铺装设计时需考虑桥位的自然气候8-131。该桥桥面铺装依据德国ZTV-ING规范设计，而该桥桥位地中海气候特点与德国温带海洋性气候有很大不同。在2018年项目开建初期收集和记录桥位现场的气象数据，8 月份最高气温达44，路面温度超过60，2 项指标均高于此前10 年当地气象站提供的温度数据。因此，必须重视高温下桥面铺装的热稳定性。最初设计提出的磨耗层沥青混合料采用软化点为50 的聚合物改性沥青PMB45/80-50A，无法满足克罗地亚夏季耐高温性能要求。经研究，将沥青的软化点提高到6 5。优化后磨耗层的聚合物改性沥青PMB45/80-65相比PMB45/80-50A对高温不易敏感，在高温下可以保持工作性能，满足抵抗夏季车辙的技术要求。车行道钢、混基面铺装结构设计分别如表1、表2 所示。铺装材料的实际物理力学性能对铺装质量影响较大，对采用的聚合物改性沥青和混合料进行测试，并将实测结果与德国TLBitumen-StB 07/13和TLAsphlat-StB07/13规范的相关参数要求进行对项目1 mm实测平均值25.1TLAsphalt-StB07/13规范值2028世界桥梁2023,51(5)表1车行道钢基面铺装结构设计Table 1 Design of vehicle lane pavement on steel deck结构名称铺装层结构技术要求沥青混凝土AC11S，层厚4cm，压实度磨耗层聚合物改性沥青98%PMB 45/80-65沥青层粘合剂层改性乳化沥青浇注式沥青混合料层厚4cm，撒铺预保护层MA11S,聚合物改性沥青PMB25/55-55A粘结层热熔颗粒（MA专用）防水环氧树脂材料HM1700g/m,层厚防水层粘结层mastic环氧树脂底漆HM215g/m，层厚防腐层primer表2 车行道混凝土基面铺装结构设计Table 2 Design of base pavement on concrete surfaceof vehicle lane结构名称铺装层结构铺装材料沥青混凝土AC11S,磨耗层聚合物改性沥青98%PMB45/80-65沥青层粘合剂层改性乳化沥青浇注式沥青混合料层厚3.7 cm，撒铺保护层MA11S,聚合物改性沥青PMB25/55-55A防水层防水卷材防水环氧树脂底漆HM500g/m（底漆），粘结层基层primer,撒铺0.30.8mm的细砂照，结果如表35所示。由表35可知：铺装材料取样测试结果均高于德国TLBitumen-StB07/13和TLAsphalt-StB07/13规范要求，混合料级配均在规范要求范围内，满足要求。表3聚合物改性沥青PMB25/55-55A物理力学性能Table 3 Mechanical property of polymer modified bitumenPMB 25/55-55A针入度（2 5）/软化点项目0.1 mm实测平均值34.3TL Bitumen-StB255507/13规范值3桥面铺装施工关键技术该桥除6 个桥塔区主梁采用混凝土梁外，其余均采用钢箱梁。根据桥面横截面不同功能区域划分，桥面铺装分为：双侧15.6 m宽钢、混基面车行道表4浇注式沥青混合料MA11S颗粒级配实测值Table 4 Tested grain grading of gussasphalt mixture MA11S0.063 mm0.25 mm铺装材料弗拉斯弹性恢复脆裂点/(25)/%80-10.855-10颗粒级配/%2 mm4 mm4845550.5 kg/m拌沥青碎石（粒径25 mm)800g/m，粒径2 mm1 000 m80 m技术要求层厚4cm，压实度0.5kg/m预拌沥青碎石（粒径2 5 mm)层厚4mm0.50.8kg/m（细砂）73508 mm11.2 mm799770859010016 mm10010022.4 mm100100克罗地亚佩列沙茨跨海大桥钢桥面铺装技术Table 5 Tested values of mechanical performance of gussasphalt mixture MA11S项目沥青含量/%实测平均值7.2TLBitumen-StB07/13规范值6.8区域铺装，3.5m宽钢、混基面的混凝土中央分隔带铺装，双侧0.6 m宽钢、混基面路缘铺装和双侧3.4m宽钢、混基面人行检修道区域铺装。全桥钢桥面铺装面积达37 0 0 0 m，混凝土桥面所占比例不到3%。因此，本文重点介绍钢桥面区域的铺装施工关键技术。3.1抛丸处理目前，国内钢桥面铺装项目多采用先进的车载式1.2 m宽抛丸设备，每天可处理约2 0 0 0 m的钢桥面基面。经过前期对周边欧洲国家调研，没有符合要求的车载式抛丸设备，而从中国调遣专业设备不经济。为了保障现场施工效率，分别使用了3套80cm宽和3套50 cm宽的无尘抛丸机，其效率分别为30、2 0 m/h，结合气温和湿度情况，每天能按要求处理约130 0 m的钢桥面基面。钢桥面抛丸施工如图2 所示。王学锋，唐必成，刘强，刘浩，李重明表5浇注式混合料MA11S物理力学性能实测值现场流动性/s贯入度（40）/mm302133.2防腐和防水层施工为了避免清洁后的钢板表面在海洋环境下再次氧化和锈蚀，在抛丸工作结束后的3h内，采用吸尘器清理表面钢屑、粉尘后立即均勾滚涂防腐底漆。底漆涂膜厚度和与钢板附着力检测合格后，在防腐底漆滚涂后1周内完成防水层施工。现场环氧树脂防水材料的湿膜厚度在滚涂过程中不低于1100m，环氧树脂防水材料滚涂均匀后立即人工均匀撒铺粒径2 mm的改性热熔颗粒，这种热熔颗粒在浇注式沥青高温摊铺的过程中迅速熔化，在浇注式沥青和防水层间提供粘结和抗剪作用。防水层固化性能直接影响其与钢桥面板的粘合、防水效果。因此，在防水层区域内工作的操作人员必须穿上干净的鞋套，保证界面的洁净；在防水层完全固化前，禁止一切人员和车辆进入；浇注式沥青混合料保温运输车在驶入防水层前，务必用清水冲洗轮胎，避免土和碎石对防水粘结体系的污染与破坏。环氧树脂防水层施工如图3所示。3贯人度增量/mm浇注温度/0.22190.4200230图2 钢桥面抛丸施工Fig.2Shot blasting on steel deck为了使钢板表面达到最佳的清洁度（Sa2.5级的要求)及油漆附着效果，通过多次现场测试，最终确定钢丸和钢砂的比例约为5：1，行车速度为0.7 m/min。9 月以后，现场湿度非常高，抛丸作业过程严格控制在湿度低于8 5%时进行。钢板表面的清洁度和盐分含量直接影响抛丸和底漆施工的质量，因此施工前采用喷水清扫车将钢板上的油污、盐渍清洗干净，并保证盐分含量低于70S/cm（现场测试数据均值为30 S/cm）。钢箱梁的环缝焊接区域的余高应足够光滑，平整度控制在1.5mm以内并保证施工区域无焊疤、焊瘤、飞刺。图3环氧树脂防水层施工Fig.3 Paving epoxy resin waterproof layer为了避免破坏桥上防水粘结层的整体性，完全参照车行道钢桥面板结构制作试件，在相同的环境下进行基层底漆和防水层施工并养护，通过拉拔试验检验防水层与钢板、底漆的粘合性能。试验结果表明，试件粘结力最高达8 MPa，远超规范中要求的2MPa。为了验证铺装层质量，采用了同步对照试验检测方法，在桥头一侧布置2 块12 m（长）3m（宽）14mm（厚）的钢板模拟钢桥面，在试验板上采用与大桥相同的铺装结构，经破坏性测试，该防水体系的拉伸强度、剪切强度和热稳定性的测试结果均超过规范中的要求值。此外，在实验室对该防水4体系进行了至少2 4h的0.3MPa水下压力测试，测试结果显示该防水体系无漏水现象，渗透性良好。3.3保护层施工浇注式沥青混合料特点是沥青和矿粉含量高，孔隙率小于1%，在2 0 0 2 30 温度下混合生产，以保证现场浇筑时混合料无须碾压而自行流动和铺设1-151。该桥底层浇注式混合料MA11S和磨耗层AC11S的总量约7 40 0 t建立新沥青拌合站非常不经济。经调研桥位附近的多家沥青拌合站的产能和运距，最终确定从35km外的沥青拌合站购买商用沥青混合料。该沥青拌合站的浇注式沥青混合料产能约为3 5t/h，运距3 5km，运输时间11.5h。为了确保现场浇筑的连续性，从德国租用了8 辆容量为2 0 t的浇注式沥青混合料保温运输车。由于拌合站的产能有限，因此摊铺机的行驶速度控制在1m/min左右。该桥单侧车行道总体宽度为7.8 m，为了减少顺桥向对接接缝，采用整幅摊铺。由于周边国家最宽的摊铺机仅3.1m宽，而从德国订购新的摊铺机周期或者租赁的费用成本都不是最佳选择，因此从中国调用专用摊铺机对中央5.9 5m宽的车行道进行全幅摊铺，其余两侧与混凝土中央分隔带（0.8 5m宽）的连接区域、与钢路缘石（1m宽）的连接区域采用机器摊铺和人工摊铺结合的方式。浇注式沥青混合料摊铺平整后，将预拌沥青碎石（沥青含量1%)均匀地撒铺在热的浇注式沥青混合料的表层，通过人工滚轮使其嵌人浇注式混合料中。浇注式沥青混合料MA11S摊铺施工如图4所示。世界桥梁2023,51(5)行驶。针对接缝区域，采用火焰枪预热冷却固化的边缘，利用自制木抹子修整边界，以保证接缝区域的熔合质量。为了验证熔化后热熔颗粒在底层防水粘结层和浇注式混合料的粘结性，在浇筑式试验段随机取样并进行拉拔试验，测试结果显示试样粘结力均值约1.6 MPa,满足要求。3.4磨耗层施工为了保证保护层浇注式沥青混合料与磨耗层沥青混凝土AC11S之间的粘结性能，提前1d将改性乳化沥青喷洒在浇注式沥青混合料的表面。磨耗层沥青混凝土AC11S总量约37 0 0 t，采用摊铺机对7.8 m宽的车行道进行整幅摊铺，避免了纵向接缝。磨耗层沥青混凝土的摊铺机行进速度约2.5m/min，比浇注式沥青混合料的摊铺速度快。因此，采用2 0 台2 0 t的自卸车来保障磨耗层沥青混凝土供应，配置5台10 t双轴钢轮振荡型压路机配合摊铺机进行压实，伸缩缝、搭接重叠缝区域以及边角区域由1台2 t双钢轮压路机配合压实。压路机自带的振动功能可快速有效地压平和压实表面。经取样实测，聚合物改性沥青PMB45/80-65软化点平均值为7 9。磨耗层AC11S摊铺施工如图5所示。HAMM图5磨耗层AC11S摊铺施工Fig.5 Paving wearing layerAC11S为了保障压实度，初始压实温度不低于150。磨耗层的压实度和表面温度由仪器现场检测，避免了钻芯取样对磨耗层的损害，并且检测效率高，压实度现场测试值达到98.6%，高于规范要求的98%。图4浇筑式沥青混合料MA11S摊铺施工Fig.4 Paving gussasphalt mixture MA11S在摊铺过程中，混合料的温度必须控制在2 0 0 230，以保证施工的和易性。4cm高的沥青接缝专用胶带贴在混凝土中央分隔带和钢路缘石的侧面，以确保混合料与构造物接缝区域密实，摊铺机则沿着提前铺设的内表面涂有隔离剂的4.cm高钢轨抗滑性能测试结果为57 个SRT单位，高于规范要求的55个SRT单位。纹理深度为0.39 mm，高于规范要求的0.35mm。平整度采用国际平整度指数(IRI100)进行评价，在双幅车道内测试的IRI100值为0.6 0 1.42 m/km，平均值为0.8 7 m/km，小于规范要求的6 0 km/h运营速度下的1.5m/km。克罗地亚佩列沙茨跨海大桥钢桥面铺装技术4结语克罗地亚佩列沙茨跨海大桥位于地中海区域，夏季高温、冬季多雨的气候特征对保证钢桥面沥青铺装质量是巨大的挑战。该桥桥面铺装依据德国规范设计和施工，施工前期对德国环氧树脂防水粘结体系进行专题研究，采集当前的气候数据以评估工作性能，并进行多项试验测试，最终确定钢、混基面桥面铺装结构详细设计，即采用环氧树脂防水粘结体系，聚合物改性沥青PMB45/80-65应用于磨耗层沥青混合料的施工。通过合理施工组织，按期高质量地完成桥面铺装施工，铺装质量满足要求。大桥于2 0 2 2 年7 月2 6 日对公众开放交通。自通车以来，桥面铺装性能表现良好。参考文献(References):1TANG B C,WANG X F,ZUO Y Q,etal.Extradosed Cable-Stayed Peljesac Bridge in Croatia-Fabrication of Steel Box Girders and On-Site InstallationJ.Steel Construction，2 0 2 2，15(1)：2 6-32.2 TANG B C,WANG X F.A Steel HorizonJ.BridgeDesign&Engineering，2 0 2 2,10 6(1):30-32.3周泳涛，唐必成，王学锋.基于欧标要求下的大直径超长钢管桩打入技术研究J桥梁建设，2 0 2 2，52（1)：12 4-131.(ZHOU Yongtao,TANG Bicheng,WANG Xuefeng.Analysis of Drivability of Large-Diameter Extra-LongSteel Pipe Pile 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10o01l,China;2.Chongqing Special Paving EngineeringAbstract:The Peljesac Sea-Crossing Bridge is a six-pylon extradosed bridge with five mainspans of 285 m.The stay cables are arranged in single cable planes along the central line of thebridge.Besides the concrete girders in the pylon zones,the remaining girders are all steel boxgirders,and the deck width reaches 22.5 m.To combat the adverse factors,such as heavyrainfall,high temperature,strong ultraviolet radiation,strong wind and high salinity,the deckpavement was designed in accordance with the German ZTV-ING specifications.Waterproofbonding layer adopts the epoxy resin waterproof system that is commonly used in Germany(sprinkle hot-melt particles before the hardening of epoxy resin),the asphalt layer consists of aprotection layer(gussaphalt mixture MAliS)and a wearing layer(asphalt concrete AC11S),inthe wearing layer,the softening point of polymer modified bitumen PMB 45/80-65 is higher thanthat of the original PMB 45/80-50A.During the paving construction of the steel deck,three setsof 80 cm-wide and three sets of 50 cm-wide dust-free shot blasting machines were employed.Aftershot blasting,the anti-corrosion primer and epoxy resin waterproof material were evenly spread.During the spreading of MA11S,the central 5.95 m-wide vehicle lane was paved by the spreaderin full width.During the spreading of ACl1S,the 7.8 m-wide vehicle lane was paved by thespreader in full width.The testing proves that the pavement quality meets the requirements.Key words:steel deck pavement;German specification;epoxy resin;gussaphalt mixture;asphalt concrete;polymer modified asphalt;construction technique(编辑：陈雷）世界桥梁2023,51(5)77-84.in Chinese)15吴钊，管义能，陈刚，等基于路面管控系统的桥面铺装质量控制措施J.桥梁建设，2 0 2 0，50（S1）：139-144.(WU Zhao,GUAN Yineng,CHEN Gang,etal.Quality Control Measures for Bridge Deck PavementBased on Deck Surface Management and ControlSystemJJ.Bridge Construction,2020,50(S1):139-144.in Chinese)Bridge in CroatiaTechnology Co.,Ltd.,Chongqing 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