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    港珠澳大橋鋼橋面鋪裝方案比選及澆注式瀝青混合料(GMA)標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝控制

    2019-04-16 03:06:56朱定李書亮
    中外公路 2019年2期
    關(guān)鍵詞:拌和站攤鋪機橋面

    朱定, 李書亮

    (港珠澳大橋管理局, 廣東 珠海 519060)

    1 項目概況

    港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域,東連香港、西接珠海、澳門,是世界級跨海交通工程,也是中國交通運輸史上里程最長、投資最多、技術(shù)最復(fù)雜、建設(shè)要求及標(biāo)準(zhǔn)最高、施工難度最大的集橋、島、隧為一體的超大型交通集群工程。港珠澳大橋主體工程全長29.6 km,其中鋼橋面鋪裝長度為15.8 km,鋪裝面積達(dá)到50萬m2,是目前世界上最大規(guī)模的單體鋼橋面鋪裝工程項目。

    2 鋼橋面鋪裝方案比選

    港珠澳大橋地處伶仃洋,橋區(qū)氣候復(fù)雜多變,高溫多雨,臺風(fēng)頻發(fā)。鋼橋面鋪裝方案的選擇既要考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候影響、施工可控性,同時也需符合耐久性和后期運營維護的相關(guān)要求。筆者對中國主要鋼橋面鋪裝方案的技術(shù)特點和使用狀況進行了系統(tǒng)的調(diào)查分析,參考橋區(qū)周邊類似工程鋼橋面鋪裝的實施經(jīng)驗,結(jié)合該項目的技術(shù)要求和特點,對鋼橋面鋪裝方案進行了系統(tǒng)的分析和對比研究。

    2.1 鋼橋面鋪裝方案對比

    目前中國運用較廣的鋼橋面鋪裝材料體系及其應(yīng)用情況如表1所示。

    從氣候環(huán)境、抗干擾能力、大規(guī)模施工組織可行性、工期可靠系數(shù)、維修養(yǎng)護等方面分析典型鋼橋面鋪裝的綜合性能和適用性,進行綜合評估。

    表1 中國主要鋼橋面鋪裝方案的對比分析

    環(huán)氧類瀝青混合料具有較好的高溫穩(wěn)定性,在高溫、重載交通下優(yōu)勢尤為凸顯。但是該項目因場地限制,只能在珠澳口岸人工島設(shè)置瀝青混合料攪拌站,鋼橋面最遠(yuǎn)運輸距離達(dá)到23 km,且施工區(qū)域位于外海,氣象多變,環(huán)氧類瀝青混合料抗氣候干擾能力和大規(guī)模施工組織可行性的缺點明顯,加之施工質(zhì)量可靠度、工期要求和后期維養(yǎng)因素,認(rèn)為環(huán)氧類鋪裝方案在該項目“技術(shù)可行,但施工實施不可執(zhí)行”。

    澆注式屬于懸浮密實結(jié)構(gòu),具有“三高”的特性,分別是瀝青用量高、礦粉及細(xì)集料含量高、拌和溫度高。施工窗口期可達(dá)2.5~3 h,面對外海復(fù)雜氣候條件的適用性及應(yīng)對能力遠(yuǎn)強于環(huán)氧類,施工中流動成型,無需碾壓,通過專用澆注式攤鋪機攤鋪整平即可。澆注式的空隙率小于1%,在高溫、高濕、高鹽的環(huán)境下對橋面鋼板有很好的保護作用,其抗疲勞能力強,但高溫穩(wěn)定性弱于環(huán)氧類。

    香港青馬大橋、昂船洲大橋和深圳灣大橋均采用澆注式鋪裝體系,至今使用狀況較好,其中青馬大橋已運營21年,仍然表現(xiàn)優(yōu)良。而港珠澳大橋的地理位置與前述3座大橋位于同一區(qū)域,氣候條件及開通后交通流量(中等交通)均基本一致,技術(shù)方案的可靠性和大規(guī)模施工過程的可控性是確定鋪裝方案的關(guān)鍵考量因素。因此借鑒已取得的成功經(jīng)驗,使得方案選擇的風(fēng)險性大大降低。

    2.2 GMA鋪裝體系研究

    澆注式瀝青混合料根據(jù)生產(chǎn)工藝可以分為Guss Asphalt(GA)和Mastic Asphalt(MA)兩種,其主要特點及區(qū)別如表2所示。

    表2 澆注式瀝青混合料特點及其在不同地區(qū)使用差異對比分析

    GA起源于德國,在歐洲、日本及中國運用較多,MA起源于英國,在香港運用較多。MA具有天然湖瀝青含量高、細(xì)集料級配分檔嚴(yán)格、路用性能穩(wěn)定等特點,生產(chǎn)工藝是先拌和瀝青、礦粉和細(xì)集料生成瀝青膠砂(ME),再摻加粗集料在Cooker車內(nèi)進行二次拌和,拌和時間較長(5~7 h),施工效率低,不能滿足該項目鋼橋面鋪裝規(guī)模巨大、工期緊的要求。而以德國、日本為代表的GA澆注式瀝青混合料,采用瀝青拌和站對構(gòu)成瀝青混合料的所有原材料進行集中拌和生產(chǎn),連續(xù)施工,施工效率高,但是配合比設(shè)計時,湖瀝青用量較少,細(xì)集料級配要求較寬松,其質(zhì)量穩(wěn)定性不及MA澆注式瀝青混合料。因此,需考慮充分發(fā)揮MA的性能穩(wěn)定優(yōu)勢和GA的工效優(yōu)勢,通過大量試驗研究驗證,采用GA工藝生產(chǎn)MA澆注式瀝青混合料的方法解決了上述難題,該項目稱該創(chuàng)新瀝青混合料產(chǎn)品為GMA。GMA工藝和英國傳統(tǒng)MA工藝的差別僅在于拌和,但是集料級配、混合料運輸、攤鋪工藝均是一致的。

    3 GMA施工工藝及控制

    GMA瀝青混合料鋼橋面鋪裝采用全新的施工工藝,在中國首次實施,尚無成功施工經(jīng)驗可借鑒,因此通過大量前期科研、工藝試驗及試驗段、首件制來科學(xué)有效確定GMA標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝,是確保該項目鋪裝成品質(zhì)量優(yōu)良和耐久性的關(guān)鍵要素。

    3.1 GMA拌和生產(chǎn)

    GMA瀝青混合料采用林泰閣CSM4000G型拌和站生產(chǎn),瀝青、礦粉、石料加熱溫度及混合料出廠溫度嚴(yán)格按表3執(zhí)行。

    表3 GMA生產(chǎn)溫度控制

    將加熱后的集料稱量并加入礦粉,干拌20 s,拌和均勻后再加入混合瀝青(10 s),濕拌95 s,放料時間8 s,總拌和時間控制為140~150 s。需要對各拌和流程時間進行精確控制。

    3.2 GMA二次攪拌和運輸

    從拌和站生產(chǎn)出來的GMA澆注式瀝青混合料還需在專用設(shè)備(Cooker車)中進行二次保溫攪拌,施工前根據(jù)施工運距及拌和站的拌和能力合理確定Cooker車數(shù)量,以保證施工的連續(xù)性。

    (1) 先將Cooker預(yù)熱至約160 ℃,每臺Cooker裝入GMA混合料約12 t后不停進行攪拌保溫,溫度應(yīng)穩(wěn)定控制在220~230 ℃之間,同時壓力表穩(wěn)定在10~20 MPa之間,Cooker攪拌速度設(shè)定至6 r/min。

    (2) 每臺Cooker車均設(shè)有編號,拌和站管理人員將GMA出料溫度、出料時間、重量等相關(guān)信息詳細(xì)記錄在點檢表上供施工現(xiàn)場人員查驗。

    (3) 根據(jù)大量試驗研究,隨著拌和時間延長,GMA混合料沖擊韌性指標(biāo)逐漸降低,車轍動穩(wěn)定度指標(biāo)逐漸升高,如圖1所示。滿足性能要求的GMA在Cooker車中的二次攪拌時間為2.5~4 h,因此當(dāng)Cooker車到達(dá)鋪裝現(xiàn)場后,管理人員應(yīng)認(rèn)真核對隨車點檢表,確保在時間窗口范圍內(nèi)卸料攤鋪。

    圖1 GMA沖擊韌性、車轍動穩(wěn)定度與拌和時間的關(guān)系

    (4) 在施工現(xiàn)場設(shè)置車輛清潔區(qū),Cooker車進入攤鋪現(xiàn)場前安排專人清除車輪上的塵土、泥砂等雜物,Cooker車底部設(shè)置隔離布以防止油水泄漏。嚴(yán)禁Cooker車在防水層上調(diào)頭或急剎車,避免破壞防水黏結(jié)層。

    3.3 GMA攤鋪施工

    (1) 分幅攤鋪方案

    考慮到鋼橋面的受力特點及行車道輪跡帶影響,以及GMA鋪裝縱向接縫盡量錯開鋼箱梁主梁頂面及縱向加勁肋頂面原則,主線分兩幅先后攤鋪,每幅鋪裝寬度分別為6.75、6.8 m,兩邊各留0.65、0.9 m寬度作為邊帶施工,主幅鋪裝層之間以及主幅與邊帶鋪裝之間均設(shè)置縱向接縫,接縫采用熱熔瀝青貼縫條進行黏結(jié),如圖2所示。

    圖2 GMA分幅攤鋪布置示意圖(單位:cm)

    (2) 攤鋪工藝流程

    攤鋪前對作業(yè)面進行清潔處理,確保工作面保持干凈及干燥狀態(tài)。針對澆注式瀝青攤鋪機的自身構(gòu)造特點,鋪裝層厚度主要依靠攤鋪機的行走基面來控制。因此在攤鋪施工中,除了要對模板高程進行控制以外,還應(yīng)對攤鋪機行走軌道的調(diào)平精度有較高的要求,采用2.5 cm高、約3 cm寬的鋼制模板進行邊側(cè)限制并用強力磁鐵固定。為保護防水黏結(jié)層免受攤鋪機履帶擦傷,采用3 cm厚木板鋪設(shè),通過高程測量找平作為攤鋪機履帶行走軌道。待GMA在Cooker車內(nèi)升溫攪拌達(dá)到施工窗口時間后,現(xiàn)場檢測GMA溫度滿足攤鋪溫度(210~230 ℃)和流動度小于20 s要求,方允許卸料攤鋪作業(yè),此過程中應(yīng)確保Cooker車卸料與攤鋪速率及功效匹配。攤鋪機行駛速度控制為1.2~1.5 m/min,通過插針法實時檢測攤鋪厚度。對攤鋪中出現(xiàn)的個別氣泡或鼓包等缺陷點,應(yīng)及時用細(xì)尖頭工具刺穿并人工抹平。為保證GMA新鋪幅與舊幅之間接縫的飽滿、密實,采用貼封條進行密封處理,設(shè)專人用高溫烤槍將舊幅邊部表面軟化,再配合人工搓揉抹平,保證新舊GMA融為一體,接縫平順、密實。

    3.4 碎石撒布及碾壓

    利用拌和站將10~15 mm規(guī)格碎石與改性瀝青(含量0.4%~0.45%)攪拌混合,再運至鋪裝現(xiàn)場。澆注式瀝青攤鋪機本身自帶碎石撒布功能,攤鋪過程中,人工將袋裝預(yù)拌碎石裝入攤鋪機上方碎石槽,攤鋪機均勻撒布,碎石撒布量控制為8~10 kg/m2。根據(jù)試驗段分析研究,攤鋪后GMA溫度降至120~130 ℃時,采用小型壓路機進行碾壓。

    4 結(jié)語

    通過深入調(diào)查和對比研究以及大量的室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試拌試鋪,結(jié)合橋區(qū)氣候條件、施工可控性及項目特點和相關(guān)技術(shù)要求,創(chuàng)新研發(fā)了GMA澆注式瀝青混合料鋪裝方案。施工過程中,采用了機械化、自動化、標(biāo)準(zhǔn)化的管理理念,制定了各道工序的標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝控制,科學(xué)合理匹配人、機、物、法、環(huán)等環(huán)節(jié),實現(xiàn)了精細(xì)化施工過程質(zhì)量控制,有效提高了生產(chǎn)效率,顯著提升了施工質(zhì)量。港珠澳大橋鋼橋面鋪裝工程的成功實施為中國乃至世界范圍內(nèi)鋼橋面鋪裝積累了寶貴經(jīng)驗,將進一步推動鋼橋面鋪裝技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。

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