高黏高彈瀝青混凝土在柔性橋面施工中的應用

徐 池， 茍 圣

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

國內(nèi)外的懸索橋梁體系常采用鋼箱梁柔性體系，為減輕橋面自重，橋面多采用薄層改性瀝青混凝土SMA-13作為道路攤鋪面層。但這種橋面鋪裝方式易出現(xiàn)瀝青面層剪切推移破壞、局部壅包、車轍等質(zhì)量通病，因此，如何保證道面瀝青混凝土長期使用質(zhì)量即成為施工過程中的主要控制要點[1]。

云龍灣大橋為自錨式懸索橋，橋面鋪裝層設計為：高彈改性瀝青混合料 SMA-13 面層+防水應力吸收黏結層(高黏高彈改性瀝青+灑布碎石)+STC(表面采用精銑刨方式進行糙化處理，處理深度為5 mm)。橋面鋪裝體系采用超高韌性混凝土(STC)通過剪力釘+鋼筋網(wǎng)與鋼橋面連接的方式，具有高韌抗彎等特性，從而解決了鋼橋面與橋面鋪裝層易疲勞脫離破壞等問題。但相對于STC材質(zhì)，瀝青混凝土偏柔性，在道面使用過程中瀝青混凝土受車輛及溫度影響變形較大，因此，STC與瀝青混凝土之間的黏結性和瀝青混凝土自身所具備的延展性、抗老化性、抗疲勞性成為施工質(zhì)量的控制重點。詳細闡述了高黏高彈瀝青混凝土在柔性橋面施工中的應用過程。

2 材料性能的選擇

2.1 材料對比

高黏高彈瀝青與普通瀝青相比，具有高黏度、高軟化點的特性，將其應用于瀝青混凝土后，其高黏特性能夠更好地包裹級配料，使級配料之間形成穩(wěn)定狀態(tài)，可以保證成型道面的穩(wěn)定性和抗車轍性。根據(jù)道面設計參數(shù)要求和《城鎮(zhèn)橋梁瀝青混凝土橋面鋪裝施工技術標準》(CJJ/T279-2018)要求，項目部遍尋多家特種瀝青生產(chǎn)廠家提供樣品進行測試，對滿足要求的樣品參數(shù)進行了對比，瀝青性能參數(shù)對比情況見表1。為保證道面瀝青混凝土與STC面的黏結性以及瀝青混凝土的自身穩(wěn)定性，設高黏高彈瀝青材料中的黏度參數(shù)為重要指標，最終對比后選用了黏度更高的瀝青材料(黏度60 ℃：610 000 pa·s)，該參數(shù)超過設計要求參數(shù)的10倍，相應材料的軟化點亦達到104.5度，在攤鋪施工過程中溫度控制成為施工重點[2]。

表1 瀝青性能參數(shù)對比表

2.2 性能檢測

瀝青參數(shù)滿足設計及規(guī)范要求后，為測試瀝青在STC面的黏結度，項目部委托試驗室進行了復合件模擬工況的抗剪及拉拔試驗，根據(jù)在STC界面撒布不同的瀝青量、測試不同溫度下瀝青與STC面的黏結力，得出在STC面高彈改性瀝青灑布量為1.6～2 kg/m2時瀝青與STC面黏結力最強[3]的結論。

為增大瀝青與STC的黏結面積，增強STC和道路面層間的剪切強度，項目部對STC試塊表面采取不同刻槽深度、刻槽寬度及表層拉毛的方式進行了試驗黏結力檢測。為保證STC鋼筋保護層厚度和后期道面的維修保養(yǎng)，項目部技術人員結合試驗測試數(shù)據(jù)在現(xiàn)場決定對STC表面采用精銑刨5 mm的方式，既將STC表面浮漿層刨除，又不損傷其鋼筋保護層。

2.3 瀝青混凝土配合比設計

在配合比設計前，按照施工圖材料設計參數(shù)對粗集料、細集料、填料、纖維穩(wěn)定劑等原材料進行檢測，在檢測結果滿足相關要求的前提下進行了目標配合比調(diào)試。調(diào)試過程中，根據(jù)鋪裝層設計，橋面面層作為單層、薄層鋪裝面結構，瀝青混凝土滲水性成為防止STC表面形成水膜層的關鍵參數(shù)，調(diào)整配合比中的骨料間隙和粒徑粗細參數(shù)，既要保證骨料粒徑具有較大的抗車轍性，又要具有足夠的細粒徑對粒徑縫隙進行封閉，才能保證道面層防水抗壓。

經(jīng)過對配合比進行調(diào)配，該項目的瀝青混合料在滿足車轍設計參數(shù)的情況下，道面滲水試驗結果達到了基本不滲水條件。

3 施工過程控制

3.1 STC頂面精銑刨

STC頂面精銑刨施工工藝流程為：STC基面處理試驗→施工準備→施工放樣→精銑刨→界面檢測。

(1)STC基面處理試驗。

①精銑刨。在性能檢測階段明確測試實施方案后，項目部對現(xiàn)場非主要部位進行了精銑刨試驗以確定精銑刨設計施工工藝及相關參數(shù)。試驗內(nèi)容：大銑刨機銑大面，小銑刨機銑基座邊帶，采用人工打磨基座邊帶的殘留物、高壓沖毛機對基面進行清洗的方式。

精銑刨試驗得到的施工參數(shù)：精銑刨下刀深度為4 mm，單次銑刨寬度為2 m，銑刨車的行進速度為5 m/min，施工效率為1 000 m2/h。

②攤鋪前進行的基面除銹試驗。橋面攤鋪前，由于STC基面銑刨后鋼纖維露出易銹蝕，為保證應力吸收層與基面間的黏結力滿足要求，對STC基面即將進行下一步施工的工作面進行了拋丸機除銹試驗。

(2)施工準備。根據(jù)精銑刨試驗取得的成果，最終選擇的精銑刨鼓刀間距為5.5 mm，銑刨深度可在0～10 mm間調(diào)節(jié)，處理后的表面將產(chǎn)生均勻細致的紋理。

(3)施工放樣。根據(jù)工作面需搭接1～3 cm的原則，對精銑刨施工面進行放樣。

(4)精銑刨施工。

①大面精銑刨。根據(jù)精銑刨試驗得出的施工參數(shù)進行銑刨施工。為避免銑刨下刀過深而傷及STC層的剪力釘和鋼筋網(wǎng)，下刀深度不應超過4 mm。在銑刨開始至銑刨結束過程中，銑刨機的銑刨厚度均需緩慢調(diào)整到計劃要求的銑刨深度，禁止突變銑刨高度及速度。銑刨過程中，必須派人全程對銑刨面進行及時檢查并清洗工作面。

②采用小型銑刨機局部銑刨。對于精銑刨效果不佳的局部位置，采用小型銑刨機輔助銑刨，控制小型銑刨機的下刀深度不超過3 mm。

③邊角帶采用人工鑿毛方式。對于邊角帶8 cm寬機械無法銑刨的區(qū)域，采用手砂輪打磨去除STC表面殘留物的方式形成粗糙面。

④采用沖毛機清理殘留物。大面及局部銑刨全部結束后，采用沖毛機由跨中向兩側清洗橋面。沖毛機的工作壓力必須保證在40 MPa以上(最大為45 MPa)。STC基面沖洗完成后，采用空壓機去除STC基面因高壓水沖形成的內(nèi)部毛細孔水，以避免橋面后期鋪裝在STC基面頂形成水膜而造成基面與面層的黏結力達不到要求。

⑤攤鋪前的除銹與除塵。正式攤鋪前2 d，采用拋丸機對STC基面進行拋丸除銹除塵，并使用空壓機風吹設備由跨中向兩邊對STC表面進行吹掃以保證STC表面無銹、無塵、無水。STC頂面攤鋪前的效果見圖1。

圖1 STC頂面攤鋪前效果圖

3.2 應力吸收黏結層施工

應力吸收黏結層在整個結構層中起到的作用非常重要。該層對STC表層毛細孔進行封閉，在STC表層起黏結防水作用，并與瀝青混凝土面層形成黏結作用。

(1)應力吸收黏結層撒布量試驗。

正式施工前，選擇空地進行試驗：采用標準平米試板進行油量、碎石等相關參數(shù)的控制，通過試板對碎石灑布覆蓋率進行確認，根據(jù)試驗結果選取車輛勻速階段的參數(shù)。

試驗參數(shù)為：車輛勻速行進為6 km/h時，高黏高彈改性瀝青灑布量為1.78 kg/m2。根據(jù)設計要求，碎石撒布覆蓋面積應不低于其表面積的70%，即碎石撒布量為5 kg/m2。經(jīng)測試，當碎石撒料口刻度調(diào)整為1時，此時實測的碎石灑布量為5.4 kg/m2。

(2)準備工作。

設備的準備：撒布設備在施工前應進行認真的清理，將儲油罐中的殘油清除干凈。

材料的準備：施工前3 d，應將碎石拌制好并妥善存放，使其溫度降至常溫以方便撒布。預拌碎石拌制過程中應嚴格控制瀝青的用量，采用手動、多次投料的方式投灑瀝青，絕不能因瀝青用量過小出現(xiàn)花白料，也不能因瀝青用量過大而板結成塊導致無法灑布。

正式施工前的調(diào)試準備：施工前，應將瀝青迅速升溫至175 ℃并將其直接注入同步碎石封層車，運輸過程中，同步碎石封層車持續(xù)對瀝青加熱至溫度190 ℃～195 ℃，但不能超過200 ℃；同時應使其循環(huán)，避免改性劑離析。瀝青運到施工場地后，每輛撒布車均需尋找空地對撒布效果進行試驗，待其滿足要求后再進場撒布。

(3)應力吸收黏結層的灑布。

①灑布過程中，應保證瀝青灑布均勻，灑布車應保持較慢的速度，一般將其速度控制在1.6 m/s。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，調(diào)節(jié)后的瀝青灑布車的瀝青灑布量一經(jīng)固定，不得隨意調(diào)整。

②在起步和停止位置鋪設瀝青氈，以便于準確進行多幅撒布時的橫向銜接，灑布車經(jīng)過后及時取走瀝青氈。

③非機動車道應力吸收層施工時，為避免施工車輛來回行駛污染、破壞工作面，同步碎石封層車需要用吊車吊入非機動車道，由一端向另一端行駛。

④為保證施工質(zhì)量，施工應力吸收黏結層時應封閉交通，以防止局部瀝青被車輛輪胎粘走而破壞黏結層的整體效果。

(4)碎石的撒布及碾壓。

試驗階段已確定碎石撒布撒料口的開口大小，開口參數(shù)一經(jīng)固定，不得隨意調(diào)整。

碎石撒布以均勻撒布、不散失為標準。對于局部碎石量不足的地方，應立即由人工進行補撒。撒布碎石后用輪胎壓路機進行碾壓，碾壓遍數(shù)為2～3遍。壓路機必須緊跟在碎石撒布車后，碾壓速度要慢且均勻，起動、停止時必須減速緩慢進行，不得隨便調(diào)頭。

(5)應力吸收黏結層黏結力的檢測。根據(jù)《城鎮(zhèn)橋梁瀝青混凝土橋面鋪裝施工技術標準》(CJJ/T 279-2018)，現(xiàn)場完成黏結層撒布后，待瀝青面自然冷卻后對黏結層進行拉拔試驗，拉拔試驗采取2 cm標準圓形拉拔頭，在10 ℃～15 ℃自然環(huán)境溫度下，黏結強度≥0.6 MPa[4]?，F(xiàn)場應力吸收黏結層黏結力檢測情況見圖2。

圖2 應力吸收黏結層黏結力檢測圖

3.3 高彈改性瀝青SMA-13面層施工

瀝青混合料的攤鋪全部由機械施工。由于氣溫原因，在橋面搭設縱向抗風圍擋，初壓應在攤鋪機后10 m以內(nèi)的地方實施碾壓作業(yè)，以求迅速鎖住混合料溫度。

(1)混合料的生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)配合比試驗參數(shù)，其拌和工序全過程采用自動控制?；旌狭习韬蜏囟瓤刂疲菏霞訜嶂?20 ℃，混合料拌和后的出料溫度按180 ℃～190 ℃控制；對于超過195℃的混合料應做廢棄處理。在拌合站進行現(xiàn)場試拌，拌和時間控制為干拌10 s，濕拌40 s。

拌和過程中，應充分注意礦粉摻加、纖維摻加、瀝青用量及出料溫度控制，同時，冷料倉上料速度的設置應充分考慮到加熱鼓風中細集料中的粉料(粒徑<0.3 mm的材料)損失。試驗室人員按相關規(guī)定的抽樣頻率取樣檢驗并密切觀察所拌制混合料的質(zhì)量。

(2)混合料的運輸。為避免運輸過程及待攤鋪料等候溫度的損失，嚴格控制混合料的生產(chǎn)速率，應盡量保持現(xiàn)場攤鋪速度與混合料生產(chǎn)速率一致。運輸過程中應加蓋保溫材料，運輸車輛進場前應完成車輛的清洗，避免污染施工作業(yè)面。車輛進入作業(yè)面時應減低車速，避免車速變化造成應力吸收黏結層破壞。

(3)混合料的攤鋪。攤鋪前，用鼓風機將黏結層的水分和灰塵清理干凈，檢查工作面是否潔凈、干燥，待其符合要求后方可進行攤鋪施工。

攤鋪開始前，至少提前1 h使攤鋪機就位于起點，并將攤鋪機熨平板充分預熱至120 ℃以上。攤鋪機采用非接觸式平衡梁方式找平。

攤鋪機的行走速度應盡可能放慢，以便與拌和樓的拌和能力相匹配(攤鋪能力應適當?shù)陀诎韬湍芰?。攤鋪機的行走速度依據(jù)其拌和能力一般將其控制在1.5～2.5 m/min范圍，最高不超過3 m/min。攤鋪機行走時，應盡量避免在瀝青鋪裝層上轉(zhuǎn)彎。絕對禁止在鋪裝層上急轉(zhuǎn)彎和調(diào)頭。

由于高黏高彈改性瀝青混合料的攤鋪溫度不應低于165 ℃，因此，對于運到現(xiàn)場的混合料一定要合理安排、調(diào)配，對于每輛車的最后余料溫度不滿足要求的部分需經(jīng)攤鋪機加溫至足夠溫度后再進入攤鋪面。

攤鋪過程中，應隨時檢查攤鋪厚度，主橋按預松鋪系數(shù)1.15進行攤鋪，并根據(jù)壓實情況進行調(diào)整。

(4)混合料的壓實。改性瀝青SMA-B 混合料的碾壓必須緊跟攤鋪機碾壓，初壓、復壓工作長度約為30 m，不允許超過50 m。面層的碾壓應遵循緊跟慢壓、高頻低幅的原則。①初壓。初壓的目的是為了使攤鋪后的混合料達到初步穩(wěn)定要求，并鎖住混合料內(nèi)部的溫度，為復壓創(chuàng)造條件。初壓采用一臺自重大于10 t的普通雙鋼輪壓路機靜壓。初壓壓路機每次前進時，均應前行到接近攤鋪機尾部的位置。每次前進后均應在原輪跡上(重復)倒退，第二次前進應重復約2/3 輪寬，往返一次為碾壓一遍，需碾壓1～2 遍。鋪裝表面層施工時，應將行駛速度控制在3 km/h 范圍內(nèi)。初壓開始時，混合料內(nèi)部的溫度不應低于160 ℃。②復壓。復壓的目的是使混合料達到預想的密實效果。復壓采用兩臺自重大于10 t的水平振蕩壓路機，復壓段落的長度為20～35 m，壓路機的行駛速度應控制在1.5～2 km/h，碾壓4～5遍。復壓完成時的鋪裝溫度應大于130 ℃[5]。③終壓。終壓又稱為收跡碾壓，其作用是為了將復壓造成的輪跡收光。終壓采用普通雙鋼輪壓路機無振動碾壓收跡1～2 遍即可。碾壓終了時，其路表溫度應大于90 ℃。

4 結 語

以云龍灣大橋為依托工程，采用高黏高彈瀝青應用于柔性橋面薄層鋪裝，運行兩年后經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)常見的橋面鋪裝病害。本案例的成功應用，從施工角度對黏結基面處理要求、黏結層做法、混合料攤鋪幾個關鍵施工控制點進行了敘述，所取得的經(jīng)驗對采用同類施工方法的項目施工具有借鑒和參考意義。