（道路与铁道工程专业论文）润扬长江大桥钢桥面铺装试验段研究.pdf

摘要 摘要 国内外大量资料和实践表明，环氧沥青混凝土比一般沥青混凝土具有较高的强 度、温度稳定性、抗疲劳性能及耐久性等特点，是优越的钢桥面铺装材料。润扬长 江火桥是幽家干线公路的重要组成部分，其南北两座钢桥的桥面铺装采用该种材料。 但是，环氧沥青混凝土的优越特性受施工条件、施工控制、施工组织等方面的影响 大，而且其价格昂贵，容易因施工的因素导致铺装性能的下降，或造成大量经济损 失，解决这些问题最好办法就是在正桥旌工前铺筑试验段，通过试验段来完善施工 方法，检测施工质量。铺筑试验段是一般道路施工不可缺少的一项内容，而对采用 环氧沥青混凝土铺装钢桥面尤其重要。 本文在总结前人研究环氧沥青钢桥面铺装成果的基础上，针对润扬长江大桥实 际情况和环氧沥青混凝土的特点，采用现场调查、试验研究和理论分析相结合的方 法，开展了润扬长江大桥钢桥面铺装试验段研究。 首先，本文收集整理了环氧沥青混合料的特性以及用于铺装钢桥面的研究成果 和应用情况，分析了开展试验段研究对润扬长江大桥桥面铀装的意义，提出了本文 研究内容和方法。 然后，提出了铺筑环氧沥青混凝土试验段的基本原则，结合实体工程的具体情 况，制定了润扬长江大桥桥面铺装试验段实施方案，并从试验段铺装材料、结构、 施工机械及施工组织管理等方面提出要求。 第三，介绍了润扬长江大桥桥面铺装试验段工程具体实施过程，研究了环氧沥 青混凝土的施工方法和组织管理，确定了混合料各集料比例、油石比以及最佳碾压 组合形式，提出了适用于润扬大桥桥面施工技术和施工各环节的质量控制方法。 第四，通过室内外试验，检测了试验段粘结材料的性能，评价了试验段铺装层 的主要性能，得到了估算铺装层疲劳寿命方程，也利用试验段预埋的钢结构小梁， 对桥面铺装复合结构的极限承载能力、疲劳性能等进行检测和评价，验证了正桥桥 面铺装设计的可行性。 最后，根据试验段工程施工情况，从环氧沥青混凝土施工的角度，分析总结了 影响桥面铺装使用性能的几个因素，为解决铺装层病害提供了参考。 通过对润扬长江大桥桥而铺装试验段的研究，本文总结和完善了适用于润扬长 江桥面铺装的施工方法，评价了铺装质量，验证了该桥桥面铺装设计方案可靠性， 为正桥成功铺筑打下基础，也为相关研究了提供了参考。 关键词：润扬长江大桥桥面铺装环氧沥青试验段施工工艺性能评价 摘要 a b s t r a c t l o t so fu n f o r m a t i o nh a sr e v e a l e dt h a te p o x ya s p h a l tc o n c r e t ei sas u p e r i o rs u r f a c i n g m a t e r i a l sf o rl o n g s p a n n e ds t e e lb r i d g ed e c k ，a si t se x c e l l e n tp r o p e r t i e s i t ss t r e n g t h ，h i g h t e m p e r a t u r es t a b i l i t y , f a t i g u er e s i s t a n c e a n dd u r a b i l i t yi sh i g h e rt h a no t h e rs u r f a c i n g m a t e r i a l s r u n y a n gy a n g t z er i v e rb r i d g ei s a ni m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h en a t i o n a l a r t e r i a lh i g h w a y e p o x ya s p h a l tc o n c r e t ei sa p p l i e dt or u n y a n gy a n g t z ir i v e rb r i d g e i t i sn e c e s s a r yt oc o n s t r u c tt e s t i n gs e c t i o nf o ro r d i n a r yr o a d w a y , b u ti ti sc r i t i c a lt od os o m e c o n s t r u c t i o nt e s tt oa s s u r i n gi t sp r o p e r t i e so fe p o x ya s p h a l tc o n c r e t e b a s e do nt h ef o r m e rr e s e a r c h e so nt h ee p o x ya s p h a l tc o n c r e t e ，t h i st h e s i sh a sb e e n i m p l e m e n t e dr e s e a r c h o ft e s t i n gs e c t i o nf o r t h eo r t h o t r o p i cd e c kp l a t eo fr u n y a n g y a n g t z tr i v e rb r i d g eb yt i e l d o ro n s i t es u r v e y , e x p e r i m e n tr e s e a r c ha n dt h e o r e t i c a n a l y s i s f i r s to fa l l ，t h ec h a r a c t e r i s t i co fe p o x ya s p h a l tc o n c r e t ea n dt h er e s e a r c hr e s u l t so f p a v e m e n ts t e e ld e c ka r ec o l l e c t e da n ds u r v e y e d ，t h ea i mo ft h er e s e a r c ht e s t i n gs e c t i o n h a v eb e e na n a l y s e d t h er e s e a r c hc o n t e n t sa n dm e t h o do ft h i st h e s i sh a v eb e e np u t f o r w a r d s e c o n d l y , t h eb a s i cp r i n c i p l eo ft e s t i n gs e c t i o n a r ep r o p o s e db a s eo nt h e c h a r a c t e ro fe p o x ya s p h a l ta n di t sp a v i n ge x p e r i e n c e s t h es c h e m eo fp a v i n gt e s t i n g s e c t i o ni sc o n s t i t u t e df r o mm a t e r i a l ，s t r u c t u r e ，c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r ya n dm a n a g e m e n t ， e t c t h et h i r dp a r to ft h et h e s i si n t r o d u c e sc o n s t r u c t i o np r o g r a mo ft e s t i n gs e c t i o np r o j e c t s ， a n dr e s e s r c ho nc o n s t r u c t i o nm e t h o da n do r g a n i z a t i o n a lm a n a g e m e n t q u a l i t yc o n t r o l m e t h o do fd e c ks u r f a c i n gh a sb e e np u tf o r w a r d i nt h ef o u r t hp a r to ft h et h e s i s ，m a i n p e r f o r m a n c eo fb o n d i n gc o a t ，s u r f a c i n gl a y e ra n dc o m p o s i t e s t r u c t u r ei st e s t e da n d e v a l u a t e d d e s i g np r o j e c to fy a n g t z ir i v e rb r i d g ed e c ks u r f a c i n gi s v e r i f i e dt h a ti ti s f e a s i b l e a tl a s t ，a c c o r d i n gt op r a c t i c e so ft e s t i n gs e c t i o n s ，s e v e r a lf a c t o r so fi n f l u e n c i n g p e r f o r m a n c eh a v eb e e na n a l y s e da n ds u m m a r i z e df r o me p o x ya s p h a l tc o n c r e t ec o n s t r u c t s p o i n to fv i e w t h r o u g hr e s e a r c ho nt e s t i n gs e c t i o no fy a n g t z eb r i d g ed e c ks u r f a c i n g ，t h i st h e s i sh a s s u m m a r i z e dc o n s t r u c t i o nm e t h o da p p l i n gt oy a n g t z eb r i d g ed e c ks u r f a c i n g ，h a s e v a l u a t e dt h ed e s i g nr e l i a b i l i t y k e yw o r d s ：r u n y a n g y a n f f m r i v e r b r i d g e ，d e c k p a v e m e n t ，t e s t i n g s e c t i o n ，e p o x y a s p h a l t ， c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e s ，p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n l i 东南大学学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、围家图书馆有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查 阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括干0 登) 授权东南大学研究生院办理。 第一章绪论东带大学倾十学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 随着经济发展利桥梁修筑技术的不断成熟，桥梁作为道路的组成部分和交通枢纽得到了突 飞猛进的发展。近十几年来，我国建成了数座大跨径钢箱梁桥。正交异性钢桥面板以其重量较 轻、结构性能优良而受到桥梁建设者的青睐，代替过去常用的混凝十桥面板。目前我国修筑 的主要人桥：江阴长江大桥、虎门大桥、南京长江二桥、厦海沧人桥、重庆k 江鹅公岩大桥、 武汉白沙洲长江大桥、润扬长江大桥等，都采用了止交异性钢桥面板。由于钢桥及其桥面板受 外界环境影响火、受力模式复杂，以及钢桥所担负的交通任务决定了对铺筑在钢桥面板上的铺 装层的材料、结构、摊铺质量等的方面的要求远高于水泥混凝土桥”j 。 钢桥桥面铺装足以单层或多层的结构形式直接铺设在钢桥面板上，保护钢板并提供保证汽 车行驶要求，铺装厚度一般为4 0 - - 6 0 m m ，土要由防锈层、防水粘结层、沥青混凝土铺装层等构 成”j 。钢桥面铺装除具有普通桥面所的功能外，还应具有较强的抗疲劳性能、抗变形能力和温 度稳定性，对铺装层的重要、层问粘结性能、防水能力等要求更加严格1 4 】。由于钢桥面铺装不 具备一股公路沥青混凝土铺裟那样坚强的路基与基层结构的支撑，铺装层自身受温度变化的影 响的同时，钢桥结构的季节性变化也严重影响铺装层的变形，加之大跨径钢桥都处在重要的交 通枢纽，钢桥铺装结构受力复杂，j 一作环境苛刻。可以说，钢桥面铺装现在己成为世界性的问 题，采取何种铺装材料和结构，受到国内外t 程界普遍关注。经过多年的探索和研究，钢桥面 铺装方案多种多样，从最初采用普通密集配沥青混凝士、改性密级配沥青混凝+ ，到使用浇注 式沥青混凝土( 即g u s s a s p h a l t ) 、沥青马蹄脂混合料( 即m a s t i c a s p h a l t ) 、沥青玛蹄脂碎7 i 混合 料( 即s m a ) 以及环氧沥青混凝_ 十等铺装材料，从国内外研究和应用可以看出，浇注式沥青混 凝土、改性沥青s m a 和环氧沥青混凝土成为桥面铺装的主要材料。浇注式沥青混合料、改性 沥青s m a 国内早有所应用，但效果不理想。 我国首次把环氧沥青混合料应用在南京长江二二桥。二桥是国家、部、省“九五”重点工程 之一，它把南京地f k 过往的国道、省道建成一体，缓解南京地区南北交通“过江难”的问题， 能促进南京地区及长江三角洲地区和华东地区的经济发展。在南京长江二桥通车4 周年之际， 国 勺道路行业专家对该桥的桥而铺裴i ：作给予了充分肯定，中国环氧树脂行业协会专家也表示， 经过对南京长江二跟踪检测，发现其环氧沥青铺装层质量优异，是目前国内钢桥面铺装最成功 的5j 。由此表明，我国己成功地将环氧沥青混凝十应用于钢桥面铺装，我国钢桥面铺装研究领 域探索山新方法，实现了新突破，也为国内特大桥钢桥面铺装探索了一条新路。 润扬长江公路大桥是国家干线公路的重要组成部分，也是江苏省“四纵四横四联”公路主 骨架和五处跨江公路通道规划中的重要项目，北连黑龙江同江至海南三亚国道主干线、北京至 上海国道主干线( 沂淮江高速公路) ，南接上海至成都国道主干线，是江苏省高速公路网建设的 关键_ l = 程之一。润扬艮江公路大桥的建设，对连通京沪、同三、沪蓉等国道主干线、完善我国 国家干线公路与交通网总体布局，适应江苏省宏观经济发展战略、促进长江三角洲经济繁荣与 区域共同发展具有重要意义。人桥的建成，对解决镇江和扬州两市的过江交通，减少对长江航 道的干扰等都具有十分显著的现实意义。润扬长江大桥全线包括南接线、南汉桥、世业洲高架 桥、北汉桥、北接线等五部分，南汉桥为主跨1 4 9 0 m 的单跨双铰钢箱梁悬索桥，居同类型桥梁 国内第一、世界第三北汉桥为主跨4 0 6 m 的三跨双塔双索面钢箱梁斜拉桥，全线采用双向人 车道高速公路的设计标准，设计时速为1 0 0 k m h ，设计荷载等级为汽一超2 0 级，挂一1 2 0 6 1 。该桥 桥面铺装借鉴了南京长江二桥的作法，采用环氧沥青混凝十铺筑钢桥面。其研究和设计t 作由 东南大学桥面铺装课题组负责，课题组在南京长江二二桥研究和应用的基础上，结合润扬长江公 第一章绪论东南火学颧l j 学位论文 路大桥的实际情况和润扬桥试验桥的研究成果，经过近年的研究和分析，最终确定润扬长汀 大桥采用双层环氧沥青混凝土铺装结构，这开创了环氧沥青混凝土铺装在特大跨径钢箱粱悬索 桥上应用的先河。 虽然我国在南京k = 江二桥应用环氧沥青混凝十取得成功，但由于环氧沥青材料的特性、工 程本身特点及丁程所处地理环境、气候条件等闲素，润扬k 江人桥不能照搬南京良江二桥的做 法，根据沥青施工技术规范要求和钢桥面铺装的特点，在采用环氧沥青混凝土铺装桥面时必需 在正桥施工前铺筑试验段： l 、环氧沥青混凝土配制工艺、施工温度、成型时间、施工条件等方面要求严，室内研究 和理论分析与实际情况可能产生较人的差异： 2 、环氧沥青混凝土在国内应用时间短、经验少，还没有一套从设计到施_ _ l = 完整的理论和 规范，虽然南京长江第二大桥采用环氧沥青混凝土铺皱方案，获得成功并取得了一些 经验，许多t 作还处丁探索和研究阶段； 3 、 环氧沥青具有热固不可逆性，且原材料价格高、建设费用昂贵，如果施工过群中出现 问题造成严重的经济上损失 4 、 润扬长江大桥由南北两座钢桥组成，南汊桥为国内最1 支的悬索桥，工程性质独特； 5 、铺筑试验段是熟悉环氧泐青混合料的施t 程序、合理组织施t 不可缺少的步骤。 程实践表明，高效的施工组织管理、严格的工艺控制和试验榆测是环氧沥青混凝士铺装 成功的关键。正桥施工前进行环氧沥青试验段的铺筑是实体工程施工前的一次演练和检验，是 保证环氧沥青混凝十成功席于钏桥面铺装不可缺少的重要一环。通过开展试验段试铺，检验施 ：【：设备性能，熟悉相关工艺流程与要点，完善优化施t 组织设计与施t t 艺，解扶施 二过程中 出现问题，总结施工过程中对各环节的质量控制方法，并结合试验段埋设的各种试件开展各项 试验研究工作，进一步通过试验段施工条件r 成型试什与室内成型试什进行对比试验，研究环 氧沥青混合料材料特性与实际上程的著异，分析正桥铺装设计方案的台理性，完善正桥的施工 方法，降低止桥施工损失，确保止桥_ _ l = 程的顺利施上，也为钢桥面铺装课题研究的深化与拓展 提供良好的素材。 l - 2 国内外环氧沥青混凝土的研究与运用 1 2 1 国外研究概况 钢桥面铺装研究和实践的虽早起渊于德国，随后法国、日本、美国等国家也相继开展了这 方面的t 作。环氧沥青混合料从2 0 世纪6 0 年代开始，国外就着手研究并推广使削。日本北海 道大学土木工学科的问山正一、营原照雄在7 0 年代就对环氧沥青混合料的配制、模量、应力松 弛性能、破坏性能等进行了研究。环氧沥青混合料作为高性能材料，在国外工程中得到了较为 广泛的运用。荷兰的壳牌石油公司、日本的w a t a n a b e g u m i 公司、美国的c h e m c o s y s t e m s 公司 也都已生产专利的环氧泐青商品出售( 如壳牌石油公司的s h e l l g r i ps y s t e m ，w a t a n a b e g u m i 公司 的w - e p o x 等) 。由于环氧树脂价格较高，与普通沥青混合料相比环氧沥青混合料单价要高出 l o 倍左右，加之施工技术要求也较高，因而被认为是超高级的路面材料”j 。 从有关研究中可以看山，环氧沥青混凝士特性主要表现在以v j r 方面”1 ： 1 ) 强度高、刚度人。热拌环氧沥青混凝十有很高的强度，其马歇尔稳定度可以高达4 0 6 0 k n ，冷拌环氧沥青能达到2 5 3 0 k n ，而一般沥青混凝土马歇尔稳定度仅8 1 2 k n 。虽然马 歇尔稳定度并不是标准的力学指标，但反映环氧沥青高强度是不言而喻的。环氧沥青混凝土也 有很高的抗压强度，冷拌环沥青混凝十虽然其强度比热拌的要低，但它与普通热拌沥青混凝士 材料相比，其强度要高出很多的。壳牌石油公司曾进行过环氧沥青混凝土材料的在不同温度下 2 第一章绪论 东南大学硕士学位论文 的弯曲劲度模量试验，并与普通沥青混凝十相比较表1 1 。 表1 1热拌环氧沥青混凝+ 弯曲劲度模量( m p a ) 试验温度( )环氧沥青混凝土 普通泐青混凝士 o2 0 x 1 0 4 1 5 1 0 4 2 01 2 x 1 0 4 3 0 x 1 0 3 4 03 3 x 1 0 34 0 x 1 0 2 6 09 5 1 0 2 表1 1 数据表明，在o 时，环氧沥青混凝十的劲度模量与普通沥青混凝十相差不人，但在 2 0 时环氧沥青混凝土要高3 倍，4 0 时高8 倍。温度超高，两者的劲度模量相差越人，这表 明环氧沥青混凝土不仅具有很高的强度，而且在高温下也有很高的抗变形能力。 2 ) 优良的耐疲劳能力。环氧沥青混凝土由于强度高，表现出优良的耐疲劳性能，在间接拉 伸疲劳试验，当荷载为8 k n 时，作用次数达1 07 仍未见有破坏迹象。与普通沥青混凝土的疲 劳寿命相比较，当应力水平为0 8 m p a 时，普通沥青混凝土的疲劳寿命为8 1 0 3 次，而环氧沥 青泄凝土的寿命为6 1 0 5 次，是普通沥青混凝土疲劳寿命的几十倍。澳大利弧w e s tg a t e 大桥 皆理处曾辑环氧沥青汾凝主试释粘鼢茬锄板上进行等鹿变弯曲疲劳试验。试验表明，其疲势寿 命为5 x 1 0 6 次，而普通沥青混凝土仅为0 2 9 x 1 0 6 次，两者相差达1 7 倍之多。表1 2 列山了壳 牌公司疲劳试验的结果。 表1 2 环氧沥青混凝土弯曲疲劳寿命 沥青i j 量( )环氧沥青混凝十( 次) 普通沥青混凝f 二( 次) f篡 1 0 1 0 53 0 1 0 4 2 0 x 1 0 62 0 x 1 0 5 显然，环氧沥青混凝土材料优良的耐疲劳性能是其重要的特性，因此采州环氧沥青作钢桥 面铺装，能够大大延长桥面的使用寿命。 3 ) 良好的抗腐蚀性能。一股沥青路面如柴油渗入，将使沥青失去粘结力面松散。然而环氧 沥青混凝士却不怕燃油的侵蚀。将环氧沥青混凝土马歇尔试什浸泡在柴汕中2 周，观察其状态 的变化。试件棱角无任何脱粒、松散现象，试件仍然十分坚硬，测试其马歇尔稳定度仍达到3 0 k n ， 是普通沥青混凝土稳定度的3 倍。 国外使用环氧沥青混凝土的主要用途以下几个方面”1 ： 1 ) 高等级公路和城市干道路面。1 9 7 4 年法国在b l o i s 公路，1 9 7 5 年英国伦敦在f i l m e r 路， 1 9 8 6 年英国斯塔得郡的k e e l e m 6 高速公路采用环氧沥青混凝土铺筑路面。 2 ) 公共汽车停靠站和道路交义口。公共汽车停站靠站和道路交叉口交通量大，渠化现象严 重，英国的曼彻斯特p i c c a d i l l y 公共汽车站、巴克停车站采用环氧沥青混凝土，收到良好的效果。 3 ) 公路与城市道路、机场道面的防滑面层。环氧沥青同化后呈现橡胶状，在高温下会变软 但不会流动，用环氧沥青铺筑的抗滑磨耗层表面粗糙，路面表层的沥青膜增大磨擦系数。1 9 7 3 年英国伦敦的g r e a tw e s tr o a d 就曾用环氧沥青碎石铺筑防滑面层。伦敦机场、卡塔尔首都多 哈机场，也在道面上加铺过环氧沥青防滑面层以保证足够的抗滑能力。 4 ) 加油站、停机坪和广场。环氧沥青对燃油、机油的腐蚀具有极好的抵抗能力。h j 其铺装 的广场、仓储地经久耐用。1 9 7 7 年英国在r o y s ls e a f o r t hd o c k 集装箱转动站、e n f i e l d 市郊的 商业中心区都曾采用过环氧沥青混凝土进行铺装。 5 ) 人跨径钢桥桥面铺装。1 9 6 7 年环氧树脂沥青混合料首次用于美国s a nm a t e o h a y w a r d 大桥正交异性钢板桥面的铺装层。近四十年米使用这种材料进行钢桥面铺装的国家主要有美国、 加拿大、荷兰和澳大利亚，其中美国应用最为广泛。美国和日本编写了相应的环氧沥青桥面铺 第一章绪论东m 人学坝i ：学位论文 装规范。表i 3 列出了世界上部分采用环氧沥青混合料铺装的正交异性钢板桥。 表1 3 部分采用环氧沥青混合料铺装的正变异性钢桥 序 桥名 摊铺铺裂厚度序 桥名 摊铺铺装厚度 号年份 ( r a m ) 号年份 ( m m ) 1 s a nm a t e o ( 美)1 9 6 75 0l o m e r c e r ( m 1 ) 1 9 7 43 8 2 m c k a y ( 加)1 9 7 05 01 1 b a g e s t e i n ( 荷) 1 9 8 0不详 3f r e m o n t ( 美)1 9 7 36 41 2 l u l i n g ( 美) 1 9 8 3 5 6 4 r i o d ej a n e r i o ( 巴两)1 9 7 46 01 3k u a n d u ( 台)1 9 8 35 0 5 w e s tg a t e ( 澳) 1 9 7 65 01 4b e nf r a n k l i n ( 美)1 9 8 6 4 2 6 c h a m p l a i n ( j j l ) 1 9 9 35 01 5m a r i t i m e ( 美)1 9 9 67 6 选_ | = j 环氧沥青混凝十作为钏桥面铺装材料，主要基_ 丁其强度高、韧性好；良好的温度稳定 性、优良的抗疲劳性能、良好的耐久性和层间结合能力。但从世界上已建环氧沥青混合料钢桥 面铺装使用情况米看，成功的例子年失败的例子都有。铺装产生破坏的桥包括”o 】： 1 ) 黄国俄勒1 ) ( i g h 的f r e m o n ts t 桥。该桥桥面铺装受到缚于车轮上防滑用的铁链的过度磨 损而破坏，后来采用普通沥青混合料重新铺装。 2 )巴两的r i od ej a n e r i o 桥铺筑的环氧沥青混合料桥面使用性能较差。这可能与该桥所 处的热带地理环境位置及施_ l = 上艺有关。 3 )台北的k u a nd u 桥。由于未对，“重的超载现象进行限制而使铺装产生破坏。 4 )美国路易斯安那州的l u l i n g 桥。采削5 0 m m 一层摊铺，由于承包商无法实现最佳的压 实而不得坷；增加结合料含量，从而引起了稳定性的问题。 5 )澳人利西桥。总体情况较盘_ f ，主要问题是出现铺装层和钢板之间粘结力丧失现象。 在芈占结力丧失区的铺裟层仍十分完好，但由于脱宅的铺装层在行车荷载作川f 不断拍打钢板而 使钢板发生磨损并使铺装层底面发生破坏。1 9 9 2 年对人约1 2 0 0 m 2 的铺装区采用原方案重新进 行，摊铺。 6 ) 美国路易斯安那州h a l e b o g g s 斜拉桥。该桥在摊铺完成前铺装层中就因含水气而鼓包。 通车1 年后开始开裂，3 年斤开始出现脱层和严重的推挤永久变形。l o 年后采用科氏( k o c h ) 公司的s t y r e l f 8 8 聚合物改性沥青和偏细的s m a 结构进行了重新铺装。 对于出现了铺装破坏实例，美国环氧沥青钢桥面铺装专家认为其原因主要出白设计时对桥 梁所在地的气候环境、交通荷载等冈素考虑不足而导致的设计火误或是施1 。控制不严。他们认 为在正确设计和施工的前提下，环氧沥青混合料桥面铺装在设计年限内一般不会出现破坏。 日本铺装专家j l ! | | 认为，单从环氧沥青混合料材料本身性能来看，这是一种非常好的利料， 但由丁这种材料的性能受其成型时温度、时间等因素变化的影响很大，施t 条件苛刻，施j 二中 对其质量很雉控制，加【：材料费用昂贵，m 摊铺过的环氧沥青桥而铺姨曾出现破坏现象，日本 专家似乎并不十分支持使用该种材料进行桥面铺装。 分析美日两国专家的观点可能看出，铺装成败与否，与每座桥的地理位置、交通量平重车 比例、铺装施_ r ：等众多岗素有关。如果在设计中能够充分考虑桥面铺堤的环境和交通条件，通 过试验和论证，严格按照设计要求而控制施工，使环氧沥青混合料的优越性能得以充分体现， 采用环氧沥青混合料进行桥面铺装将是一种很好的方案。金门大桥是美国旧金山的城市标志， 于1 9 8 5 年采用环氧沥青混凝土进行了重铺，至今状况良好。 1 2 2 国内研究概况 我国修建大跨径桥梁起步较晚，但发展却较迅速，仅在长江上已有各种型式的桥梁3 0 余座， 其中接近、r 数为钢桥。虽然国外钢桥面铺装研究较早，但由于我国气候地理条件、车辆荷载组 4 第一章绪论东南人学颂上学位论义 成远较外国复杂，困外研究成果不完全适州于我国。我国钢桥面铺装的研究最早始于j 东省肇 庆1 1 丁北江马房大桥，该桥为正交异性桥而板舣钢箱简支粱桥，最初桥面铺装选用的是7 c m 厚橡 胶沥青混凝土，1 9 8 4 年1 2 月该桥完t ，但通车后仅使州3 个月就因桥面铺装材料选用不当出 现了严重的早期推挤、开裂、松散、脱层等病害，1 9 9 2 年进行了全而翻修j 。从虎门人桥铺装 开始，我国i ：程界对钢桥面铺装有了新的认识，意识到铺装材料的耐久性、高温稳定性、不透 水性、抗裂抗变形能力及粘结技术、施r 技术等是钢桥面铺装必需解决的问题。随着我国钢桥 建设不断增加，各科研机构或院校在借鉴外国经验的基础上，结合本国国情对桥面铺装技术进 行了较系统的铆f 究，提山了一系列的铺装方案。根据研究的侧重点不同，国内钢桥铺装主要采 用三种类型：交通部重庆公路科学研究所等单位主张采用双层式s m a 的铺装结构，并且专门 研制了适合钢桥面铺装的沥青改性剂，其研究成果已在汕头磐石大桥、厦门海沧大桥、白沙洲 大桥等多座桥面铺装中得到了应用，但通车后几座桥梁s m a 铺装都了出现了不同程度的裂缝、 泛油等现象；江阴长江大桥和香港青马人桥桥面铺装引进英国的沥青玛蹄脂混合料铺装技术， 该种铺装结构主要在欧洲国家的大跨径桥梁上应用较多，并取得了较好的i ：程效果，但江阴氏 江火桥通车不久铺装层就山现破坏，经过儿次修补后，现已重铺。 国内道桥行业对环氧沥青的研究起步较晚。最初与环氧澌青相关的也是环氧煤焦油i ! j j 青， 主要应用丁路面裂缝的修补。上海市市政上程管理处币1 同济大学于1 9 9 2 年至1 9 9 5 年期间研究 了环氧澌青混合料的配制原理、配制力法、热拌、冷拌环氧沥青混合料的物理力学性质，对环 氧沥青混合料的物理力。学性能进行丁综合评价，提山了热拌、冷拌环氧沥青混合料路面的设计 和施一指南，并在上海龙吴路摊铺了一段2 0 0 m 2 的试验路。南于经费原冈，这项研究没有延续 下去。1 9 9 7 年长沙交通学院路桥工程系在同济大学研究成果的基础上也开展了环氧泐青泓台料 的试验卅l ：究，并初步分析了环氧沥青的改性机理。而其研究成果又因为环氧沥青材料成本较高， 也没在国内得到实际上程应用。东南人学白1 9 9 7 开始了环氧沥青混凝土铺装技术的研究，历时 一年多，对环氧沥青混合料的材料组成和路h j 性能进行了全面而系统的试验研究，完成儿十个 大项和几百个小项的室内试验研究t 作，提出了集料种类和级配、环氧沥青混合料的最佳沥青 川量，新镰 桥面铺装进行了相关的力学计算。经过大量的室内系统试验研究，确定环氧沥青混 合料口j 以在南京长汀二桥钢桥面铺装材料足可行的，能够满足其严酷的工作条件和使f j 条件。 南京艮江二桥桥面铺装是国内首次采州环氧沥青混合料作为桥面铺装材料，由r 环氧沥青 混合料对施【：的时间平| i 温度、湿度等冈素有着十分严格的要求，当时国内外专家并不完全赞同 采t | = j 此种方法，但经过东南大学桥面铺装课题组的广泛调查、深入研究、精心设计以及对施工 的严格把关，使环氧沥青混合料成功应用在南京k 江二桥，目前铺装使用性能很好。实践表明， 环氧沥青混合料在成型温度、时间、成型t 艺和压实等方面较其它混合料技术要求更严格，在 保证设计可靠的前提r ，只要施工技术先进、组织合理，严密的质量控制体系，环氧沥青混合 料的施上质量完全可以达到设计要求。 1 3 研究的主要内容 本文结合南京长江二桥建设和使用情况，以润扬长江大桥钢桥面铺装工程为背景，通过对 润扬大桥环氧沥青混凝土桥面铺装试验段的铺筑方案、施t 控制等方面的研究，检验铺装施t 工艺技术的合理性；完善施工组织与管理；通过施工过程中有关试验和施t 后补充试验研究， 并对比南京长江一一桥和润扬火桥研究报告中有关试验，检测、分析润扬桥铺装方案及施工方法 的可靠性，以期实现为润扬长江大桥南北两座钢桥桥面铺装提供指导性意见，进+ 步完善润扬 大桥桥面铺装的有关实施方案，确保正桥铺装工作合理有序、优质高效地完成。其研究的主要 内容有： 1 ) 国内外环氧沥青混凝土钢桥面铺装的研究与应用。主要对国内外环氧沥青混凝土的应用 第一章绪沦 东南大学顾i j 学位论文 情况进行分析，了解其特性和应用于大跨径钢桥铺装的可行性，明确开展钢桥面铺装试验段研 究的必要性。 2 ) 润扬k 江人桥钢桥面铺装试验段铺筑方案。对试验段的位置选定、铺装材料和结构、施 t 机械与组织管理等做具体安排。 3 ) 介绍润扬长江大桥钢桥面铺装试验段一程情况，从试验段施r 准备、粘结层喷洒、混合 料生产到混合料摊铺碾压，对每一环节做了详细分析，确定施t 中混合料配合比、油石比、松 铺系数及摊铺机的关系参数，确定施工机械的组台方式、有效碾压方案，解决施工中出现的问 题，制定控制施1 二质量的方法 4 ) 对试验段铺装结构进行试验检测。通过各类试验，验证试验段粘结材料的抗拉、剪切、 粘结强度是否满足设计要求，检测铺装层的高温性能、低温性能、水稳定性、线收缩性和l 疲劳 性能是否达到正桥的设计要求，并通过试验段预埋复合梁试件进一步验证铺装复合结构的极限 加载和疲劳性能，检测其各项指标是否满足设计要求，为止桥施工提供建议。 5 ) 根据试验段t 程的施工组织与管理，从施_ _ l = 角度，分析影响钢桥面铺装使用性能的主要 因素，为正桥施工提供参考。 1 4 研究的方法和技术路线 本课题在南京长江二桥多项研究成果的基础上，结合润扬长江人桥工程实施情况，根据国 内外已有的研究成果和润扬长江大桥桥面铺装研究报告的有关结论，采_ l 】对比试验研究j 理论 分析的方法，对环氧沥青混凝士试验段进行了研究，具体实施的技术路线如下： 1 )查阅相关文献，了解国内外大跨径钢桥环氧沥青混凝十铺装的研究和应用情况，总结 现有的研究方法和研究成果； 2 )结合润扬大桥实际情况和环氧沥青混凝土的技术要求，合理地没计试验段施上方案， 以使试验的相关数据更具有代表性； 3 )参考南京氏江二桥桥面铺装施工工艺，制定试验段的施工方法，监督指导试验段施t ； 4 )通过施上前对材料的检测、施工中对各项指标的检测和施工后对预埋什的补充试验， 研究润扬k 江人桥所用的粘结层材料的性能、环氧沥青溜凝土铺装层的性能及铺装复 合结构性能，通过与润扬长江大桥桥面铺装阶段性研究报告中有关试验数据对比，分 析采用试验段的施工工艺能否满足润扬长江大桥桥面铺装的各项指标，并提出合理性 建议。 6 第一章试验段铺筑方案 东南人学坝，l 学位论文 第二章试验段铺筑方案 对r 环氧沥青混凝土来说，针对不同的桥型，不同的施t 条件，在止桥施_ _ l = 前开展试验段 研究很有必要。但铺筑试验段能否达剑预期的目的，这与制定的试验段铺筑方案有着非常重要 的关系。本章根据润扬长江人桥的实际情况，制定了试验段工稃实施方案。 2 1 铺筑试验段的基本原则 开展桥面铺装试验段铺筑工作能否取得理想的敬果，与多种冈素相关。但试验段的位置是 否有代表性，试验的方案是否具有针对性和先进性对实现试验段 ：程的目的有很人影响。根据 诸多高速公路试验段和部分桥面铺装试验段的做法，笔者认为设置桥面铺装试验段时麻考虑以 下几个方面： 1 ) 试验段地点的选择 首先，试验段所选择地址的环境应与正桥所处的环境相符合，二者所处的温度、湿度基本 相同：其次，试验段距正桥位置不应过远，宜在同条交通线上，以保证通车后试验段与止桥具 有相同的交通量，使试验段不仅仅为满足正桥设计和施工有关要求，也为开展桥面铺装的后续 研究提供参考；摄后，冈施下后需要养护不能通车那么选择的试验段地点不能因施工1 l 亓封闭 道路而影响交通。 2 ) 试验段材料的选川 通过试验段米进一步检验正桥铺装所用的材料的性能，是开展试验段非常重要的一项内 容。一般米说桥面铺装所用的材料兀论是在质量上，还是在价格都比在高速公路或火桥的连接 线所用的材料高，施工单位或设汁单位不能囚考虑试验段非止桥，而采川不同于止桥的铺装材 料，这必然影响试验段有关试验效果，也失去了试验段的研究价值。 3 ) 试验段的方案设计 试验段具体方案一般是业土提出参考意见，设计单位具体完成制定。制定试验段实施方案 时，应考虑一个方面：一是方案设计的可行性。试验段应建立在较成熟的理论基础上，应根据 实际情况采取相应的方法。例如，需要在试验段设置预埋件那么在选定的试验段地址一定要 有能挖坑洞的地基这才能保证试验段既有研究价值又满足t 程需要。二是施t t 艺的代表性。 试验段施t 应符合桥面施工的特点，其方法易于掌握，质量易于控制，通过试验段检验并修正 的方法可以在止桥r 人规模展开。三是方案的经济性。由于桥面铺装材料比较昂贵，制定合理 的试验段方案可减少建设费门j ，特别是类似环氧沥青混凝十这样的材料，其成本比普通材料贵 数倍，试验段方案要从试验段结构、长度、施t 时间等方而考虑，在能够达到试验目的的基础 上，力争节省建设费用。 4 ) 施工单位的选择 钢桥面铺装一般需选用技术硬、资质高的施工单位。施工单位专业技术素质的高低直接关 系到桥面铺装的质量，良好的施t 单位具有精密的施工组织设计、科学合理的施上布局，高素 质的施工管理人员和专业技术人才，以及合理的人员配备和明确的任务分t 。但是，一般情况 下，试验段的上程很小，而且与正桥工程的开工时问间隙较长，容易被实施单位或业主忽视， 认为只有在铺装止桥时施_ l = 单位才需要投入最强的施工人员，才发挥其施t 能力。所以在试验 段施工时，原本施 _ 能力较强的施t 队伍冈对试验段认识彳；足而出现麻痹思想，仅仅将试验段 做为单一的工程对待，不按正桥施工时投放人员和设备，导致试验段不能实现对施_ l = 队伍整体 能力的检验，达不到磨合施工队伍、熟悉程序的目的。所以，要求试验段的施1 单位与实际i ： 程的施t 单位一致，并投入与实际t 程施工相同的人员和设备，旋工所t h ；】的机械车辆要按正桥 施t 拟采用的装备配备。同时，加强试验段施工的组织，严格按实际j 二程组织程序组织试验段 7 第= 章试验段铺筑方案东南大学坝l 学位论文 施上。试验段施_ l = 时，施上单位要按招标文件有关要求配齐各部分人员，重要岗位人员不经批 准不得随意便替换。 2 2 润扬大桥桥面铺装试验段的基本方案 2 2 1 试验段位置的确定 润扬长江大桥的施工地点在江心小岛上，全岛处于开发状态，没有可做试验段的路段，试 验段中只好选在大桥上。当时大桥全线基本贳通，但局部1 二程还没有完上，南汉桥的北连接线 上还在几家施工单位正在施工，车辆来往频繁。试验段位置选择不当必将影响人桥施工，或者 无法对试验段进行后期养护。 根据大桥建设的实际情况，试验段选定在该大桥北汉斜拉桥与南汉悬索桥问的水泥混凝土 桥下游一幅上，全k2 0 0 m 。其位置如图2 - 1 所示。该位置处于进出江心小岛的两匝道口之间， 不会影响车辆上下桥，由南向北通行的车辆可以通过垫平中央分隔带的方法越过中央分隔带反 道行驶。而且试验段位置与正桥基本相同，大桥通行后，该试验段的交通量与正桥基本能保持 一致。 蓥| | | 1 一 北 扬 卅l 图2 - 1 试验段铺装位置示意 2 2 2 试验段平面布置 试验段的平面布置主要包括：预埋件位置的选定、每层施工幅宽的划分及横缝的设定位置。 预埋件是为了验证室内研究成果的可靠性，探求根据润扬大桥桥面铺装研究报告所制定的 的桥面铺装结构的实际路l = j 性能与效果，在试验段沥青混凝十铺筑前埋设的钢板和复台梁钢件。 钢板用于研究室外成型的铺装层性能，复合粱钢什用丁检测研究钢板与铺装层复合结构的性能。 钢板和复合梁钢件所h j 材料与大桥所的钢材料完全一致，都是厚1 4 r a m 材质为1 6 m n q 钢板。 预埋钢构件需经打砂除锈，清洁度为s a 2 5 级，粗糙度4 0 8 0 um ，喷涂环氧富锌漆1 5 3 6 0 ，膜 厚6 0 8 0um ，这与止桥的钢面板处理方式相同。钢板试件共1 8 块，要求平面尺寸为2 9 5x 2 9 5 c m 的正方形，以便日后做车辙试验。复合梁试件和正方形铡板试件有部分放在纵向接缝处， 主要是用于榆测接缝效果，如钻芯马歇尔试验、压实度检测以及疲劳试验等。所有试件均预先 编号，在预埋前先测定其板材的模量，便于日历研究混合料性能。另外还考虑在试验段铺筑完 成后进行钻芯马歇尔试验，测定铺装空隙率、压实度等相关技术指标，蜱设试什前应先将原路 面或桥面凿出正好能嵌入试件的平面凹坑，清除废屑，冲洗干净，用砂浆抹平坑底，再放置试 什。要求试件上表面与周围桥面或路面平齐，否则应重新凿或填补凹坑。实际施工中，考虑取 样的可行性，以尽最减少取样对桥面铺装的破坏及取样后修复的凼难，试件埋没成功后，详细 记录了其准确位置，以便取样时用。 划分各层施t 幅宽是为了通过试验段确定止桥最台理的施上幅宽划分方法，避开施工机械 存在的不足或者出现上下层施工缝重替；设簧横缝是为了训练施人员对横缝的处理方法。 试验段的平面布置具体情况见图2 2 。 8 第二章试验段铺筑方案东南人学硕 。学位论义 图2 - 2 试验段及钢板预埋平面布置示意图 2 2 3 试验段铺装材料要求 润扬长江大桥选用的铺装材料借鉴了南京长江二桥的做法，土要的原材料沥青从国外进口， 集料是通过走访调查、试验研究以及对比分析等细致的筛选，最后采用句容市方山玄武岩块石， 并由镇江市茅迪实业有限公司轧制而成。课题组根据国外有关资料，结合国内情况，对原材料 的各项指示做了具体的规定。 1 环氧树脂 环氧树脂是含有二个以上环氧基聚合度不高的化合物。其种类很多，主要有双酚a 型环氧 树脂、酚醛环氧树脂脂肪族环氧树脂等，其中烈酚a 环氧树脂为产量最人的。环氧沥青中的环 氧树脂是由舣酚a