西陵长江大桥ERS钢桥面铺装技术应用研究

黄卫东　尚　磊

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司　合肥　230031)

西陵长江大桥ERS钢桥面铺装技术应用研究

黄卫东尚磊

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司合肥230031)

摘要针对现有钢桥面铺装技术的缺陷，我国学者提出了一种新型铺装体系——树脂沥青组合体系(即ERS钢桥面铺装技术)。目前ERS钢桥面铺装技术的应用研究及成熟经验较少。基于此，文中依托西陵长江大桥，从原材料、混合料性能、配合比设计、施工工艺与质量控制等方面对ERS各层结构进行详细研究，总结施工质量控制要点，并在已有研究成果基础上，提出各材料性能要求和施工验收标准。

关键词西陵长江大桥钢桥面铺装ERS组合式铺装混合料性能

正交异性钢桥面板具有重量轻、跨度大等优点，在国内大跨径钢桥中得到了广泛的应用。而正交异性钢桥的桥面铺装是钢构桥建设的关键技术之一，其性能的好坏将直接关系到行车的安全、舒适、耐久性，所以一直备受国际桥梁工程界和学术界的重视。

当前，我国的钢桥面铺装方案主要有以下3大类[1]：

(1) 以德国、日本为代表的高温拌和浇注式沥青混合料(gussasphalt)方案。

(2)以美国为代表的环氧树脂沥青(epoxy asphalt)铺装方案。

(3) 德国、日本等国近期采用的双层改性沥青SMA方案(stone mastic asphalt)。

上述3种钢桥面铺装技术虽在我国广泛应用，但是多年的使用及实践经验表明，它们都有致命的缺陷。如浇注式沥青混合料钢桥面铺装技术高温稳定性差，易形成车辙，施工组织复杂，需要专用设备，并且施工温度较高，达到240 ℃；环氧树脂沥青混合料铺装技术施工工艺复杂，对时间、温度及施工环境要求严格，并且国外环氧沥青价格较高，环氧沥青混合料的配制工艺比较复杂；双层改性沥青SMA混合料铺装技术主要缺点是与钢板的粘结性处理不佳，对防水粘结层设置要求高，并且耐久性能一般[2]。

针对上述钢桥面铺筑技术的缺点，我国专业技术人员经过多年技术探究及施工经验总结，推出了一种新的钢桥面铺装技术——树脂沥青组合体系(ERS)组合铺装技术。

本文依托西陵长江大桥，从原材料、混合料配合比设计、性能，以及施工工艺与质量控制等方面对树脂沥青组合体系(ERS)铺装技术展开研究，为其推广应用提供理论参考。

1ERS铺装结构与材料要求

1.1　铺装体系结构

ERS组合式钢桥面铺装是由EBCL层、RA05层和SMA层组合而成，典型结构见图1。

40mm厚SMA-13/SMA-10热喷聚合物改性沥青防水粘结层(1.0~1.2kg/m2)25mm厚RA05EBCL层(0.9~1.1kg/m2)钢桥面板喷砂除锈Sa2.5(80~100μm)钢桥面板

图1ERS组合式铺装典型结构图

EBCL——exopy bonding chip layer，即环氧碎石粘结层，通过环氧沥青强力粘结力将碎石粘结到钢板表面；RA05——resin asphalt，冷拌树脂沥青混凝土，集料为0～3，3～5 mm，它既保护了EBCL层，又可以分散荷载作用；上面层是高粘改性沥青SMA，即表面功能层。

ERS采用一种完全不同于环氧沥青混凝土体系的理念，ERS认为钢桥面铺装的核心问题是钢板与铺装材料界面的处理，它首先把钢板表面“改造”成类似混凝土桥面的界面，“改造”成功后，传统改性沥青混凝土(SMA)仍可适用于钢桥面铺装[3]。ERS是一种非匀质铺装材料铺装体系。

1.2　铺装材料及要求

ERS改造钢板的过程分为2步：①在钢板表面涂刷EBCL材料，并在上面撒布碎石，形成一个粗糙且牢固的表面，提高了整个钢桥面铺装界面的抗剪强度，同时也达到了防水防腐的目的；②在EBCL层上铺设树脂沥青(RA05)，其具有较好的高温适应性和耐疲劳性能，RA05层与EBCL层共同将钢板改造成类似混凝土桥面的铺装材料工作界面[4]。

钢板改造完成后，就可以按照传统混凝土桥面的做法采用普通铺装材料，即首先施工一层防水层，之后上层采用改性沥青混凝土SMA。各结构层技术指标要求[5]见表1～表3。

表1　EBCL胶结料技术指标要求

表2　RA05树脂沥青混凝土性能要求

表3　SMA-13指标和性能要求

2ERS配合比设计与性能研究

2.1　ERS级配设计

ERS组合铺装设计对RA05树脂沥青混合料的级配有一定的要求，文本依托西陵长江大桥配合比设计，提出树脂沥青混合料的级配范围(见表4)，推荐油石比范围为8%～10%，纤维掺量为混合料的0.1%。

表4　树脂沥青混合料(RA05)推荐级配范围

注：设计级配为西陵长江大桥的级配。

上面层SMA-13的推荐级配范围见表5。

表5　SMA-13推荐级配范围

注：设计级配为西陵长江大桥的级配。

2.2　ERS性能研究

对RA05树脂沥青混合料及SMA-13沥青混合料进行相关室内试验研究，试验结果见表6。

表6　RA05树脂沥青混合料与SMA-13

由表6可见，2种沥青混合料的各项性能都远超过表2和表3的技术标准。

3ERS铺装体系施工质量控制研究

本文结合西陵长江大桥ERS桥面铺装施工经验，提出了ERS桥面铺装各个层位施工应注意的问题，具体如下。

3.1　钢桥面板喷砂处理

钢桥面喷砂前要保证钢板清洁、干燥、无污染，确保钢板表面无焊瘤、飞溅物、针孔、飞边和毛刺等，钢板表面的清洁度达到Sa2.5级。采用真空无尘打砂机对钢板进行喷砂除锈，喷砂过程中要求喷砂机连续、匀速喷砂。

3.2　EBCL层施工

抛丸打砂后立即组织EBCL层施工，施工时要求天气干燥、气温不得低于10 ℃，有雾、下雨或相对湿度大于90%时不得施工。

EBCL分2层施工，人工涂刷，首先在经喷砂除锈后的钢板表面涂布1层0.1～0.2 kg/m2的EBCL胶料，待该层完全固化后再涂刷1层0.6～0.8 kg/m2EBCL胶料，然后立即洒布1层3～5 mm单粒径的石子，使之完全与EBCL胶料一起固化，撒布量为3～3.5 kg/m2，达到满布面积的80%即可。

EBCL层施工过程中应注意胶料的流淌问题，纵坡大的路段尤其要重视。施工过程禁止吸烟，操作人员要穿防护衣和鞋套，施工结束后，立即用专用清洗液将各种量具和涂刷工具清洗干净。施工完后，应根据气温情况养生3～5 d，待达到固化强度后方可施工上层。

3.3　RA05施工

RA05层在施工前首先需注意原材料的质量，确保纤维拌和后分散均匀，避免聚酯纤维成团、结块问题。其施工摊铺厚度采用非接触式移动平衡梁控制。碾压采用1遍光轮静压加4遍胶轮复压的方式进行施工，在初压结束后，立即安排专人在RA05表面均匀撒布1层10～13 mm粒径的石子，碎石撒布量按满布面积的50%控制，将RA05层嵌固不牢的石子扫除。

与此同时，摊铺、碾压过程中要安排专人及时将已反应结团的RA05料清除出去，摊铺碾压结束后及时用专用清洗液清洗摊铺机、压路机上粘连的RA05混合料，避免RA05胶料完全固化后无法清洗。根据气温情况养生3～5 d，待达到固化强度后方可施工上层，养生时间以试验检测结果而定。

3.4　热喷改性沥青防水粘结层施工

喷洒改性沥青防水粘结层前，用滚筒式清刷机及除尘设备对下层进行清理，至表面清洁、平整、干燥，以便使其与下层表面结合牢固。

采用智能沥青洒布车进行聚合物改性沥青洒布，温度控制在(180±50) ℃，碎石采用粒料撒布车进行撒布，对沥青漏洒的部分进行人工补洒，对浮动重叠的碎石进行清理。

撒布完后，采用胶轮压路机进行碾压，用轮胎压路机碾压(行驶速度4～5 km/h)，碾压1～2遍。碾压时应由路边缘向中间碾压，压路机在改性沥青碎石防水层上碾压时不得停留、调头、急刹车和急转弯。

3.5　SMA沥青混凝土施工

在防水粘结层之上进行SMA沥青混凝土的施工。其施工时需关注拌和、摊铺以及碾压工艺。

SMA沥青混合料拌和时要求混合料均匀，颜色一致，无花白料现象，沥青均匀地裹覆在矿料颗粒表面，表面黑色略带棕色光泽，装车时不堆塌，不离析。矿料加热温度一般控制在190～210 ℃之间，沥青加热控制在165～175 ℃之间，出料温度控制在185～195 ℃范围内。干拌时间为10～15 s，湿拌时间为30～45 s，混合料总拌和时间应控制在40～60 s。

SMA沥青混合料摊铺温度，正常情况下应不低于170 ℃，采用非接触式平衡梁对摊铺厚度进行控制，设置点位，测出SMA10铺装松铺系数。摊铺机熨平板预热温度不低于100 ℃，铺筑过程中熨平板的振捣或夯锤压实装置应选择适宜的振动频率和振幅，以提高路面的初始压实度，熨平板加宽连接应仔细调节至摊铺混合料没有明显的离析痕迹。

摊铺机摊铺作业时，起步速度要慢，平稳匀速前进，控制在2～3 m/min范围内，尽量减少中途停机，当发现混合料出现明显的离析、波浪、裂缝、拖痕时应及时分析原因，予以消除。

混合料的碾压温度正常情况下不低165 ℃，采用追随式碾压方式，即压路机紧跟摊铺机向前推进。

初压。采用BW202AD-4双轮钢筒式压路机以2～3 km/h的速度静压1遍。

复压。采用BW202AD-4双轮钢筒式压路机以3～5 km/h的速度呈阶梯状分别振动碾压4遍。

终压。采用BW202AD-4双轮钢筒式压路机以3～6 km/h静压1遍。

除上述压实机械外，配备1～2 t手扶式小型振动压路机以及人工热夯，以便在边角及狭窄路段使用。

3.6　施工质量现场检测标准

ERS钢桥面铺装的施工过程中需对材料性能进行检测，不合格材料严禁使用，材料性能检测满足表1～表3要求。ERS钢桥面铺装完成后需满足表7所列检验标准[6]。

表7　钢桥面铺装施工现场检验标准

4结论与展望

(1) ERS组合式铺装结构设计关键是EBCL和RA05的设计，应进行室内试验并满足表1和表2的要求；施工时注意碎石的撒布量。

(2) 上面层SMA沥青混合料可以设计成SMA-10或SMA-13均可，取决于交通量的大小。

ERS钢桥面铺装技术是我国专业人员针对以往钢桥面铺装不足发展起来的新技术，各个结构层功能明确、清楚；有良好的施工和易性，不需特殊的机具设备；所有材料均为国产，造价低；表面功能层SMA可以根据使用状况及时进行修复，修复施工简单，全寿命周期费用更为合理。因此，ERS钢桥面铺装技术优势明显，是今后大力推广的钢桥面铺装技术。

参考文献

[1]何清,姜炜,李知强,等.ERS钢桥面铺装技术在宜昌长江公路大桥中的应用[J].交通科技,2012(3):99-101.

[2]李洪涛.大跨径悬索桥新型钢桥面铺装结构研究[D].南京：东南大学,2006.

[3]曹艳梅,李冬仓.树脂沥青组合体系(ERS)钢桥面铺装技术[J].公路交通科技:应用技术版,2010(1):152-155.

[4]祝梅良,沈小飞,欧珍华.之江大桥ERS钢桥面铺装试验段EBCL层施工工艺[J].公路交通科技:应用技术版,2012(12):117-120.

[5]舒鄂南,刘松,邹云华.钢桥面铺装新体系应用研究[J].交通科技,2008(6):65-67.

[6]刘桂芬,鲁华征.树脂沥青组合体系(ERS)钢桥面铺装修复方案研究[J].公路交通科技:应用技术版,2014(4):236-238.

收稿日期：2015-01-28

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.015