钢桥面铺装典型结构技术手册.docx

钢桥面铺装典型结构技术手册 2008年12月目录一、前言31.1 钢桥面铺装的特性.31.2 钢桥面铺装的基本性能要求.31.3 合理的钢桥面铺装结构.31.4 钢桥面铺装各层的作用和要求.3二、推荐的钢桥面铺装方案.41. 钢桥面铺装结构一：采用不同防水粘结体系的双层SMA或AC铺装结构）.51.1 采用不同防水粘结体系的双层SMA或AC铺装结构 (a) .51.2 采用不同防水粘结体系的双层SMA或AC铺装结构 (b) .61.3 采用不同防水粘结体系的双层SMA或AC铺装结构 (c) .82. 钢桥面铺装结构二：采用不同防水体系的国产环氧沥青混凝土（EA）铺装结构.92.1 国产环氧沥青混凝土（EA）铺装结构(a) .9 .112.3 国产环氧沥青混凝土（EA）铺装结构(c).133. 钢桥面铺装结构三：使用不同防水粘结体系的浇注式沥青混凝土铺装结构.143.1 使用不同防水体系的浇注式沥青混凝土铺装结构(a) .143.2 使用不同防水体系的浇注式沥青混凝土铺装结构(b) .163.3 使用不同防水体系的浇注式沥青混凝土铺装结构(c).174. 重载交通钢桥面铺装方案.19四、典型结构的对比及选择.20钢桥面铺装典型结构技术手册一、前言1.1 钢桥面铺装的特性1）正交异性钢桥面铺装受力模式独特；2）钢桥面板对防腐要求极高；3）钢桥面铺装的使用条件往往更加恶劣。1.2钢桥面铺装的基本性能要求1）优良的使用性能，包括安全性和行车舒适性；2）优良的防锈、防水性能，保护桥面板； 3）优良的层间结合状态；4）优良的抗疲劳开裂性能 ；5）优良的抗车辙性能； 6）对桥面变形有良好的追从性；7）优良的抗老化能力；8）优良的抗水损害能力。 1.3合理的钢桥面铺装结构桥面铺装结构层设计与桥梁结构类型、受力的特点、交通量与组成、气候环境条件密切相关。合理的钢桥面铺装结构应如图1.1所示。图1.1 钢桥面铺装典型结构1.4钢桥面铺装各层的作用和要求1.4.1防腐层位于钢板表面，由涂料或热喷金属类材料等组成，能起到防止钢板生锈腐蚀的作用。1.4.2防水层保护钢板不受路表水的侵害，并与钢板及相邻铺装层形成抗剪连接功能的各层组合体，一般由具有防水、粘结性能的层次组成。根据体系的需要还可设置缓冲层。1.4.3底涂层用于某层次下面以增强该层次与下卧层粘结力的涂层。1.4.4粘结层在相邻层间起粘结作用的层次，需具有良好的粘结性能。1.4.5缓冲层用于防水层与铺装下层之间的层次，起到防水、隔热、缓冲荷载、提供施工平台等作用，可采用橡胶沥青砂胶或者橡胶沥青应力吸收层等。1.4.6防水体系由相互协调一致，相互匹配的防水层（粘结层、缓冲层）和铺装下层组成，起到防水隔离的作用。1.4.7保护层（铺装底层）保护层（铺装底层）不只是要有良好的承重和传递荷载的性能，需要有良好的热稳性、抗水损害性能、适应桥梁结构变形的能力等，还要有良好的密水性。一般情况下，保护层应采用空隙率小，抗渗水性好的混合料类型。1.4.8磨耗层（铺装面层）磨耗层（铺装面层）直接与车辆轮胎及大气接触，需提供平整、抗滑、耐久的行驶表面。因此，铺装表面层应粗糙，有足够的纹理以提供长期的抗滑功能。铺装表面层也是在高温天气直接承受阳光照射，温度也最高，也直接与雨水、酸雾等接触，因此要有足够的热稳性、抗老化性能、抗水损害性能、抗裂性能等。二、推荐的钢桥面铺装方案根据钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南及大跨径桥梁钢桥面铺装设计理论与方法及西部课题“桥面材料与技术研究”等，提出以下钢桥面铺装建议方案。1. 钢桥面铺装结构一：采用不同防水粘结体系的双层SMA或AC铺装结构1.1 采用不同防水粘结体系的双层SMA或AC铺装结构(a)1.1.1 铺装结构铺装结构如图2.1所示。图2.1 采用不同防水粘结体系的双层SMA或AC铺装结构(a)1.1.2方案说明1 钢板喷砂除锈到规定等级，并采用环氧富锌漆或无机富锌漆等作防腐层。2 采用AMP-100二阶反应型防水粘结材料作为防水层，可分两层实施。3 采用橡胶沥青砂胶或橡胶沥青应力吸收层作缓冲层，厚度宜为38mm。4 下层采用SMA时，厚度宜为3040mm，相应面层厚度宜为3040mm，铺装下层和面层之间应使用改性乳化沥青作粘层。注：铺装上下层之间，也可采用橡胶沥青应力吸收层取代粘层材料（改性乳化沥青），有利于增强铺装层的抗裂性。缓冲层也可采用橡胶沥青应力吸收层，厚度宜为1cm，其施工设备较橡胶沥青砂胶简单。1.1.3 方案特点该方案的特点：粘接层是通过化学过程实现与钢板的有效粘接，该化学过程一般是不可逆的； 粘接层材料不会随着温度的升高而出现软化或者融化，粘接层一旦形成，就具有相对独立性和稳定性，对温度显示出良好的惰性。 1.1.4方案适用领域该方案适用于降雨量较小区域或跨径较小的桥梁桥面铺装。1.2使用不同防水粘结体系的双层SMA或AC铺装结构(b)1.2.1 铺装结构铺装结构如图2.2所示图2.2 采用不同防水粘结体系的双层SMA或AC铺装结构(b)1.2.2方案说明1 钢板喷砂除锈到规定等级，并采用环氧富锌漆或无机富锌漆等作防腐层。2 复合反应性树脂防水层（23mm），采用强度高、模量低的韧性极强的复合材料，一般分两层实施。3 采用橡胶沥青砂胶作缓冲层，厚度宜为38mm。为保证该层与防水层的粘结，宜使用AMP-100二阶反应型防水粘结材料作为底涂层，用量宜为300600g/m2。4 下层采用SMA时，厚度宜为3040mm，相应面层厚度宜为3040mm，铺装下层和面层之间应使用改性乳化沥青作粘层。注：铺装上下层之间，也可采用橡胶沥青应力吸收层取代粘层材料，有利于增强铺装层的抗裂性。缓冲层也可采用橡胶沥青应力吸收层，厚度宜为1cm，其施工设备较橡胶沥青砂胶简单。1.2.3 方案特点该铺装结构的特点是以复合反应性树脂材料为防水层，可隔绝水和空气，防止钢板锈蚀，具有很强的抗裂性；同时，采用了橡胶沥青砂胶或橡胶沥青应力吸收层作为缓冲层，可起到防水、隔热、粘结和缓冲铺装表面应力、增强铺装的抗裂性及提供摊铺机等机械行驶平台等作用。SMA的骨架密实结构，使得它有较小的空隙率，其密水性较好，沥青膜与空气接触的面积较小，因此它的抗水损害性能，抗老化性能都较好，但SMA不能保证完全密水，可能产生水损害。1.2.4方案适用领域该方案适用于降雨量较小或结构刚度大或超载车不严重的桥梁桥面铺装工程。1.2.5 工程实例卢浦大桥：卢浦大桥堪称世界第一拱桥，工程创造了10项世界记录。全钢结构，被誉为“世界第一钢大桥”。大桥全长3900米，其中主桥长750米，一跨过江，主桥设计6车道，设计航道净空为46米，通航净宽为340米。2003年建成通车。大桥的桥面铺装采用了该方案，使用情况良好。1.3 使用不同防水粘结体系的双层SMA或AC铺装结构(c)1.3.1 铺装结构铺装结构如图2.3所示。图2.3使用不同防水粘结体系的双层SMA或AC铺装结构(c)1.3.2方案说明1 钢板喷砂除锈到规定等级，在喷砂除锈合格后3h内，喷涂底涂层（Zed S94），其用量约200g/m2。2 待底涂层固化后，实施甲基丙烯酸类树脂防水膜（两层）和Bond Coat SA1030胶粘剂，在每层喷涂完约1h（23）后喷涂下一层。甲基丙烯酸类树脂防水膜总用量宜为2.53.5Kg/m2，Bond Coat SA1030胶粘剂用量宜为1.251.75Kg/m2。3 下层采用SMA时，厚度宜为3040mm，相应面层厚度宜为3040mm，铺装下层和面层之间应使用改性乳化沥青作粘层。1.3.3 方案特点Elinminator防水粘结体系与钢板的结合力、抗刺破能力、防腐蚀能力及铺装层间稳定性优良。1.3.4方案适用领域高粘度改性沥青SMA，具有优良的热稳性，同时，抗裂性、密水性均较一般改性沥青密级配沥青混凝土优良，表面粗糙均匀、抗滑，特别是粗骨料嵌挤结构较适应于我国南方地区的高温气候，在高温重载下的抗车辙性能方面具有较大优势。其与Elinminator防水粘结体系的共同使用，适用于跨径较大的桥梁桥面铺装。2.钢桥面铺装结构二：采用不同防水体系的国产环氧沥青混凝土（EA）铺装结构2.1 国产环氧沥青混凝土（EA）铺装结构(a)2.1.1铺装结构国产环氧沥青混凝土（EA）铺装结构(a)如图2.4所示。图2.4 国产环氧沥青混凝土铺装结构(a) 2.1.2 方案说明 1 要求钢板喷砂除锈，钢板表面的光泽度达到Sa2.5级要求，粗糙度必须达到50100m。2 钢板与铺装下层之间的粘结层采用国产环氧沥青粘结剂，兼具防水层功能，用量为0.50.7L/。3 铺装面层和铺装下层均采用国产环氧沥青混凝，铺装上下层总厚度为56cm。4 环氧沥青混凝土铺装层间的粘结层采用环氧沥青粘结剂，用量为0.30.6L/。5 该方案所采用的环氧沥青为东南大学等机构研发的多组分环氧沥青，该多组分环氧沥青已在我国实现了工业化生产，在国内许多桥梁、道路工程得到了应用。2.1.3 方案特点1 该国产环氧沥青沥青粘结剂具有优良的粘结性能，良好的温度稳定性。2 环氧沥青混凝土用于桥面铺装，具有较高的强度、良好的温度稳定性及优良的抗疲劳性能。因此，环氧沥青混凝土具有较普通沥青混凝土更好的综合性能，并且铺装层厚度较小。3 试验研究表明（复合结构疲劳试验），双层环氧沥青混凝土铺装在20下，可承受加载次数1200万次以上仍未破坏，抗疲劳性能好。4 该结构采用薄层铺装，大幅度减轻了自重。2.1.4 环氧沥青混合料生产及施工过程中的要求1 环氧沥青混合料的拌制过程中，温度控制和时间控制极为重要。环氧沥青由专用混合机混合并保持在要求的工作温度范围（135150）内，然后通过专用管道添加到搅拌器中与集料混和。环氧沥青混合料的出料温度用红外线测温仪测量，控制在121左右。2 施工环境温度低于10、风速大于三级时不得施工。3 环氧沥青混合料自然条件下养生需3050天。2.1.5 方案使用领域环氧沥青混凝土具有很高的强度、优良的耐疲劳和耐腐蚀性能，优良的高温稳定性和水稳定性等优点，但环氧沥青混凝土对环境温度、施工温度、控制、养护时间等有严格的要求，因此该方案适合桥面系刚度较大及工期较宽裕的、非寒冷季节施工的新建大跨度钢桥桥面铺装。2.1.6 工程实例天津海河富民桥，连云港灌河大桥，杭州湾跨海大桥等。2.2 国产环氧沥青混凝土（EA）铺装结构(b)2.2.1铺装结构国产环氧沥青混凝土（EA）铺装结构(b)如图2.5所示。图2.5 国产环氧沥青混凝土（EA）铺装结构(b)2.2.2 方案说明 1 要求钢板喷砂除锈，钢板表面的光泽度达到Sa2.5级要求，粗糙度必须达到50100m。2 钢板与铺装下层之间的粘结层采用国产环氧沥青粘结剂，兼具防水层功能，用量为0.50.7L/。3 复合反应性树脂防水层（23mm），采用强度高、模量低的韧性极强的复合材料，一般分两层实施。4 铺装面层和铺装下层均采用国产环氧沥青混凝，铺装上下层总厚度为56cm。5 环氧沥青混凝土铺装层间的粘结层采用环氧沥青粘结剂，用量为0.30.6L/。6 该方案所采用的环氧沥青为东南大学等机构研发的多组分环氧沥青，该多组分环氧沥青已在我国实现了工业化生产，在国内许多桥梁、道路工程得到了应用。2.2.3 方案特点1 该国产环氧沥青沥青粘结剂具有优良的粘结性能，良好的温度稳定性。2 环氧沥青混凝土用于桥面铺装，具有较高的强度、良好的温度稳定性及优良的抗疲劳性能。因此，环氧沥青混凝土具有较普通沥青混凝土更好的综合性能，并且铺装层厚度较小。3 试验研究表明（复合结构疲劳试验），双层环氧沥青混凝土铺装在20下，可承受加载次数1200万次以上仍未破坏，抗疲劳性能好。4 复合反应性树脂防水层可保证环氧沥青铺装层产生开裂以后，防水层不开裂，从而大幅度延长铺装使用寿命，防止铺装结构与钢板间脱落，从而保护桥面板不被锈蚀。5 该结构采用薄层铺装，大幅度减轻了自重。2.2.4 环氧沥青混合料生产及施工过程中的要求1 环氧沥青混合料的拌制过程中，温度控制和时间控制极为重要。环氧沥青由专用混合机混合并保持在要求的工作温度范围（135150）内，然后通过专用管道添加到搅拌器中与集料混和。环氧沥青混合料的出料温度用红外线测温仪测量，控制在121左右。2 施工环境温度低于10、风速大于三级时不得施工。3 环氧沥青混合料自然条件下养生需3050天。2.2.5 方案使用领域环氧沥青混凝土具有很高的强度、优良的耐疲劳和耐腐蚀性能，优良的高温稳定性和水稳定性等优点，但环氧沥青混凝土对环境温度、施工温度、控制、养护时间等有严格的要求，因此该方案适合桥面系刚度较大及工期较宽裕的、非寒冷季节施工的新建大跨度钢桥桥面铺装。2.3 国产环氧沥青混凝土（EA）铺装结构(C)2.3.1 铺装结构铺装结构如图2.6所示。图2.6 国产环氧沥青混凝土铺装（EA）结构图（C）2.3.2 方案说明 1 钢板喷砂除锈到规定等级，在喷砂除锈合格后3h内，喷涂底涂层（Zed S94），其用量约200 g/。2 待底涂层固化后，实施甲基丙烯酸类树脂防水膜（两层）和Tack Coat No.2胶粘剂，在每层喷涂完约1h（23）后喷涂下一层。甲基丙烯酸类树脂防水膜总用量宜为2.53.5Kg/，Tack Coat No.2胶粘剂用量宜为100200g/ 。3 下层采用聚合物改性GA，同时兼具防水层的作用，GA表面应撒布适宜粒径的预拌沥青碎石，铺装下层和面层之间粘层采用环氧沥青粘结剂，用量为0.30.6L/。下层GA和面层EA厚度如图2.8所示。2.3.3方案特点1 该铺装结构防水体系采用了Eliminator防水粘结体系，Elinminator防水粘结体系与钢板的结合力、抗刺破能力、防腐蚀能力及铺装层间稳定性优异，其与聚合物改性GA结合使用是桥面防水粘结层的完美结合。2 通过环氧沥青混凝土上层的使用，既保留了浇注式沥青混凝土变形能力强、柔韧性好的优点，克服了目前聚合物改性GA高温稳定性较差的缺点。3 下层浇注式+上层环氧沥青混凝土铺装结构，经复合梁疲劳试验得出，在60下，加载次数1200万次以上未破坏，表明该结构抗疲劳开裂能力很好。2.3.4方案适用领域该方案适用于海洋气候的、工期较宽裕的、非寒冷季节的新建大跨度钢桥桥面铺装。3.钢桥面铺装结构三：使用不同防水粘结体系的浇注式沥青混凝土（GA）铺装结构3.1 使用不同防水体系的浇注式沥青混凝土铺装结构(a)3.1.1铺装结构铺装结构(a)如图2.7所示。图2.7采用不同防水粘结体系的GA铺装结构(a)3.1.2方案说明1 钢板喷砂除锈到规定等级。2 AMP-100二阶反应型防水粘结材料作为钢板喷砂除锈后的封闭层，涂布两层。该层同时也作为钢板与浇注式沥青混凝土层之间的粘结层。3 下层采用GA，同时兼具防水层的作用。下层厚度宜为2540mm，相应面层厚度宜为3040mm。面层为SMA时，GA表面应撒布适宜粒径的预拌沥青碎石，铺装下层和面层之间应使用改性乳化沥青作粘层。面层为GA时，下层GA表面可不撒布碎石，上层GA表面应撒布适宜粒径的预拌沥青碎石，双层GA层间无需采用粘层。3.1.3 方案特点沥青类粘结剂+GA+SMA的铺装结构是日本常用的铺装结构形式，该结构充分利用了GA的防水性、整体性等特点，防水性能优良。3.1.4方案适用领域该结构适宜于铺装厚度较薄的桥面铺装。3.1.5 工程案例（安庆长江大桥）安庆长江大桥位于长江安庆段，全长5985.66米，主桥1040米，是万里长江上第35座变天堑为通途的桥梁。大桥全线按双向四车道、高速公路标准设计，设计时速100公里/小时。大桥建设创造了四项全国第一：从施工单位的选择到首节钢围堰下水时间最短，仅用22天时间；从首节钢围堰下水到着岩封底时间最短，仅用80个工作日；钢围堰着岩精度(为1/660)最高，超出设计规范的6.6倍；在全国同类大桥建设中，安全建设零事故记录保持时间最久。3.2 使用不同防水体系的浇注式沥青铺装结构(b)3.2.1铺装结构铺装结构如图2.8所示图2.8 采用不同防水粘结体系的GA铺装结构(b)3.2.2方案说明1 钢板喷砂除锈到规定等级，并采用环氧富锌漆或无机富锌漆等作防腐层。2 复合反应性树脂防水层（23mm），采用强度高、模量低的韧性极强的复合材料，一般分两层实施。铺装下层采用GA，厚度宜为2540mm，其上须撒布适宜粒径的预拌沥青碎石。面层厚度宜为3040mm，铺装下层和面层之间应使用改性乳化沥青作粘层。3.2.3 方案特点该铺装结构的特点是以反应性树脂材料为防水层，可隔绝水和空气，防止钢板锈蚀，具有很强的抗裂性；同时，采用了橡胶沥青砂胶或橡胶沥青应力吸收层作为缓冲层，可起到防水、隔热、粘结和缓冲铺装表面应力及增强铺装的抗裂性等作用。浇注式沥青混合料结构型式为完全悬浮型，密实且不透水（空隙率几乎为0），整体上具有很好的抗疲劳性能和耐久性，由于结合料含量较高，抵抗低温开裂的能力较强。3.2.4方案适用领域该方案适用于降雨量较大或冬季寒冷区的桥梁桥面铺装工程。3.3 使用不同防水体系的浇注式沥青铺装结构(c) 3.3.1铺装结构Elinminator防水粘结体系+GA共同使用的铺装结构如图2.9所示。图2.9 采用不同防水粘结体系的GA铺装结构（C）3.3.2方案说明1 钢板喷砂除锈到规定等级，在喷砂除锈合格后3h内，喷涂底涂层（Zed S94），其用量约200 g/m2。2 待底涂层固化后，实施甲基丙烯酸类树脂防水膜（两层）和Tack Coat No.2胶粘剂，在每层喷涂完约1h（23）后喷涂下一层。甲基丙烯酸类树脂防水膜总用量宜为2.53.5Kg/m2，Tack Coat No.2胶粘剂用量宜为100200g/m2。3 下层采用GA，同时兼具防水层的作用。下层厚度宜为2540mm，相应面层厚度宜为3040mm。面层为SMA时，GA表面应撒布适宜粒径的预拌沥青碎石，铺装下层和面层之间应使用改性乳化沥青作粘层。面层为GA时，下层GA表面可不撒布碎石，上层GA表面应撒布适宜粒径的预拌沥青碎石。3.3.3方案特点浇注式沥青混合料结构型式为完全悬浮型，细集料多，沥青含量高，在高温下经特殊搅拌工艺拌制后，混合料呈现流动状态，经摊铺整平后，混合料靠自重流动作用，形成密实且不透水（空隙率几乎为0）的铺装层，整体上具有很好的抗疲劳性能和耐久性，由于结合料含量较高，抵抗低温开裂的能力强，能够与Eliminator防水粘结层一起组成良好的钢桥面防水体系。3.3.4 方案典型工程钢桥面浇注式沥青混凝土铺装方案在国内外有很多成功的案例，例如德国的Oberkasseler、Mulheim、Zoo等钢桥，在德国，钢桥面浇注式沥青混凝土已经有长达30年以上的使用寿命；在我国，近年来浇注式铺装方案也越来越多地应用于钢桥面铺装，而且使用效果都比较好，例如香港的青马大桥、天津的子牙河大桥等。而浇注式沥青混凝土+ Elinminator防水粘结体系的铺装结构已成功应用于重庆菜园坝大桥、无锡S342省道主线钢桥面铺装、深圳湾大桥、沈阳尚小桥、美国乔治华盛顿大桥等。4.铺装结构四：重载交通钢桥面铺装方案4.1 铺装结构该方案是正在进行研究并将实施的江阴长江大桥桥面铺装方案，其铺装结构如图2.10。图2.10 重载交通钢桥面铺装结构图4.2 方案说明1 钢板喷砂除锈到规定等级，在喷砂除锈合格后3h内，喷涂底涂层（Zed S94），其用量约200g/m2。2 待底涂层固化后，实施甲基丙烯酸类树脂防水膜（两层）和Tack Coat No.2胶粘剂，在每层喷涂完约1h（23）后喷涂下一层。甲基丙烯酸类树脂防水膜总用量宜为2.53.5Kg/m2，Tack Coat No.2胶粘剂用量宜为100200g/m2。3 下层采用聚合物改性GA，同时兼具防水层的作用。下层厚度宜为3040mm，铺装面层采用反应性GA，其厚度宜为2530mm，双层GA层间无需采用粘层和预拌碎石。4.3方案特点1 利用Elinminator防水粘结体系+聚合物改性GA防水体系，可确保结构的整体稳定性。2 利用反应性GA抗疲劳开裂能力比改性GA及EA（环氧沥青混凝土）远远优良的特点，确保重载交通下铺装的抗裂性。3 该方案热稳性、抗裂性、水稳性、耐老化性能等综合性能好，同时，铺装具有平整、美观、抗滑的优良使用性能。4.4工程实例：应用于江阴长江大桥、广东虎门大桥、武汉白沙洲大桥、武汉军山大桥、厦门海沧大桥等重载交通、大交通量的钢桥桥面铺装及维修。四、典型结构的对比及选择以上各典型结构的对比及选择如表4.1所示。表4.1 典型结构对比表项目结构一结构二结构三结构四铺装层双层SMA或AC国产环氧沥青浇注式沥青混凝土重载交通用防水体系（根据起主要防水作用的材料划分）AMP-100二阶反应型防水粘结材料环氧沥青粘结层AMP-100二阶反应型防水粘结材料Eliminator防水粘结体系复合反应性树脂复合反应性树脂复合反应性树脂Eliminator防水粘结体系Eliminator防水粘结体系Eliminator防水粘结体系适用领域结构跨径较小、刚度较大、荷载较轻结构刚度较大、重荷载、大交通量、非冬季施工结构刚度较大、重荷载、大交通量钢板较薄、桥面系刚度不足、重荷载、大交通量注：1）表格自上而下，则铺装防水体系耐久性越强，稳定性越好； 2）表格自左向右，则铺装抗疲劳开裂性能越强，越适应于重载交通或桥面系刚度不足的桥面铺装；3）此外，结构二与结构三有相当的使用效果。