ERS钢桥面铺装设计范例


向阳路颍河大桥施工图设计说明(主桥)

1、设计概况

1.1、项目地理位置及项目建设背景

根据阜阳最新总体规划,阜阳市城市空间布局结构为“双核四轴,三区七片”。

道路交通系统以外畅内达为目标,构筑城区快速路网体系,加快完善主次干路网络,大力夯实支路网络,形成功能合理、规模适当、衔接顺畅、稳定可靠的四级城市道路网络体系。

1.2、任务依据

1)《向阳路大桥中标通知书》;

1.3、技术标准

(1) 设计荷载:

汽车:城-A级。

人群:按《城市桥梁设计规范》(CJJ11-201110.0.5条计算。

(2) 地震动峰值加速度:根据《安徽省地震动峰值加速度区划图》(1400000),区域内地震动峰值加速度系数0.1,相当于地震基本烈度为7度。

(3) 桥梁横断面组成:

主桥:2.5m(人行道)+2.0m(拱肋区)+0.5m(护栏)+15.5(行车道)+1.0m(中央分隔带护栏)+15.5(行车道)+0.5m(护栏)+2.0m(拱肋区)+2.5m(人行道),全宽42m

引桥:2.5m(人行道)+32(行车道)+2.5m(人行道),全宽37m

2、主桥设计要点

2.1、总体设计

 向阳路颍河大桥主桥跨径布置为(47+148+47)米,主桥全长242米,为三跨梁拱组合体系桥梁。拱圈为双片钢箱拱。桥梁从立面上看为飞雁式造型,从横断面上看,配合风撑效果,呈门式造型。桥梁结构上,主跨与两侧边跨构成三跨连续梁拱组合受力体系,其中,主跨本身,为下承式系杆拱桥,系杆为刚性与柔性组合系杆。


2.2、中跨桥面系设计

桥梁中跨桥面系采用正交异性钢桥面板结构形式。桥面板厚度为16mm,横桥向采用高强螺栓与钢纵梁(系杆)进行栓接。桥面板由5I型小纵梁进行支撑,小纵梁梁高为1750mm,间距为5.15.7米,钢板厚度为20mm。小纵梁之间再设置U型加劲肋,U肋采用8毫米钢板压制成的U形闭口肋,闭口肋顶宽300mm,高280mm,底宽170mm,闭口肋的间距为600mm

中跨钢箱梁共分为22个梁段,节段标准长度为6m。梁段间钢结构工地接缝均为焊接。吊杆与钢梁的锚固结构为全焊结构。

3、桥面铺装设计

桥面铺装结构设计应综合考虑桥梁结构、使用功能、交通量以及气候环境特点。在已有经验和充分调研的基础上,给出向阳路大桥主桥机动车道和非机动车道的铺装结构。

3.1、主桥钢桥面铺装结构设计

钢桥面铺装考虑功能要求的不同,分多层设计,主桥铺装结构采用ERS钢桥面铺装结构体系,ERS技术是树脂沥青组合体系钢桥面铺装技术的缩写。其中“E”(Epoxy Bonding Chips Layer)是环氧粘结碎石抗滑层的缩写,“R”(Resin Asphalt)是冷拌树脂沥青混凝土的缩写,“S”是SMA上面层的缩写。ERS钢桥面铺装典型结构是EBCLRASMA。其中EBCL作为防水抗滑粘结层,RA08作为铺装整体化层、SMA作为表面功能层,各层分工明确。

机动车道具体铺装结构见图3-1。设计总厚度约80mm,从下至上分别为:EBCL(约5mm+35mm树脂沥青混凝土RA-05+50mm厚高粘沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-11

QQ截图20180605132432.png


图3-1  主桥机动车道钢桥面铺装结构示意图

ERS铺装的原理和特点:

利用树脂沥青胶结料高强度和可追随变形的特性,在光滑的钢板上形成一层防水、防腐、抗滑的界面(EBCL),由EBCL凹凸不平的碎石表面与树脂沥青混凝土RA层实现咬合,约束铺装层不产生水平滑动位移和开裂。

RA混合料被称为整体化层,其特点是强度高、模量大、孔隙率小、耐高温、耐疲劳和可常温施工,由RA混合料保护EBCL层免受SMA施工机械和高温的损伤,RA层与EBCL界面共同构成可靠的铺装防水体系。

高粘度改性沥青SMA混合料作为表面行车功能层,为桥面铺装提供优良的行车安全舒适性和外观,降低整个铺装的造价,方便今后的维修更换。

3.2、人行道及锚固区桥面铺装结构设计

人行道及锚固区所承受的竖向荷载与水平方向的作用力远远小于行车道,桥面结构本身的变形幅度也较小,考虑锚固区及人行道桥面铺装方便,主桥两侧锚固区及人行道采用彩色路面,具体铺装结构为EBCL +20mm彩色环氧沥青混凝土RAC05。铺装结构见图3-2

2.png

3-2  主桥人行道及锚固区铺装结构示意图


4、桥面铺装材料、混合料组成及性能要求

4.1、铺装前钢板处理

1)钢桥面板清洗

先用刚性纤维刷或钢丝刷除掉钢板表层上的松散物(不包括油和油脂),再用小铲刮掉附着在钢板表面上的较厚的油和油脂,然后对局部受油污污染的部位采用碱性清洗剂(如磷酸三钠等)清洗,并用清水冲洗干净。

2)喷砂除锈

a)原材料的配置

喷砂除锈采用金属混合磨料(70%钢丸和 30%钢砂),磨料必须清洁(不含油、杂物)、干燥,其性能符合GB6484-86GB6485-86的要求,粒度和形状满足抛丸处理后对表面粗糙度的要求。所用磨料应是清洁干燥的,不可被有机物沾污。

2)环境要求

抛丸作业环境的要求应满足表4-1的规定。

4-1 抛丸作业环境要求


项目名称技术要求
环境温度
5-40℃
空气相对湿度

            ≤85%

钢板表面温度
空气露点温度+3
空气露点
实测



3)施工质量检评标准

施工质量检评标准应满足表7-2的要求。

4-2喷砂除锈施工质量检评标准

项目
检测频度
质量要求或允许偏差
检查方法
清洁度

6点/1000

Sa2.5级
标准图谱
粗糙度
80-120μm
粗糙度仪


4.2、防水抗滑粘结层(EBCL

铺装与钢板之间良好的结合是桥面铺装和桥面板共同作用的关键。桥面铺装主采用EBCL作为防水抗滑粘结层。

1)材料要求

EBCL 层由 0.91.1kg/m2 EBCL 胶料与满布面积的 80%的 35mm 粒径的碎石组成。EBCL胶料指标见表4-3,碎石指标见表4-4

4-3 EBCL胶结料主要性能

试验项目

单位

技术要求

试验方法

检测频率

拉拔强度(70

MPa

2

ASTM D 638

每批次检测一次

拉拔强度(25

Mpa

10

拉剪强度(70

MPa

1

拉剪仪

拉剪强度(25

Mpa

3

指干时间(25

h

10t1

指干法

固化时间(25

h

72

拉拨试验

断裂伸长率(25

%

20

直接拉伸试验

粘度


适于刮除不流淌


4-4  EBCL防水抗滑层粒径35mm碎石的技术要求

试验项目

单位

技术要求

试验方法

表观相对密度

g/cm3

≥2.60

T0328-2005

坚固性(>  0.3mm部分)

%

≥12

T0340-2005

棱角性(流动时间)

S

≥30

T0345-2005

小于0.075mm的含量(水洗法)

%

≤1

T0333-2000

砂当量

%

≥60

T0334-2005

吸水率

%

≤1.5

T0328-2005


集料选用洁净、干燥、坚硬、无风化的辉绿岩或玄武岩石料。

4.3RA 胶结料粘结层

为了增强RA05EBCL界面的粘结能力和防水,也是为了消除 RA05混合料与 EBCL界面之间因干涩可能出现的微小空隙。在 EBCL表面设置RA胶结料粘结层,其材料要求见表4-4

4-4  拌合用RA胶结料主要性能

试验项目

单位

技术要求

试验方法

检测频率

指干时间(25

h

6.0

指干法

每批次检测一次

固化时间(25

h

72


断裂伸长率(25

%

30

直接拉伸试验

胶膜断裂强度(25℃)

MPa

≥1

直接拉伸试验

胶料粘度(25℃)

Pa.s

1-3

布氏粘度仪

4.4RA05 树脂沥青混凝土铺装下层

RA05ERS体系中被称为整体化层,是一种冷拌施工的树脂类沥青混凝土材料。它有强度高、耐高温、抗疲劳、防水效果好、易施工等诸多优点。

1)材料要求

a集料

RA05混凝土采用03mm35mm两种规格的集料,集料技术指标要求见表4-5

4-5细集料的技术要求

   

标准值

检测频率

表观相对密度                 不小于

t/m3

2.60

200方检测一次

坚固性(>0.3mm部分)    不小于

%

12

砂当量                      不小于

%

60

棱角性(流动时间)            不小于

S

30

吸水率             不大于

%

2.0

亚甲蓝值            不大于

g/kg

25

集料选用洁净、干燥、坚硬、无风化的辉绿岩或玄武岩石料。

b填料

填料应采用石灰岩石经磨制的矿粉,不应含泥土杂质和团粒,要求干燥、洁净,其质量应符合表4-6的技术要求。

4-6矿粉质量要求

   

 

标准值

检测频率

表观相对密度   不小于

t/m3

2.50

50t检测一次

含水量         不大于

%

1

粒度范围< 0.6

< 0.15

< 0.075

%

%

%

100

90100

75100

外观


无团粒结块

亲水系数


<1

塑性指数


<4

加热安全性


实测记录

c RA05拌合用胶结料  

RA05拌合用胶结料应符合表4-7的要求.

4-7 RA05 拌合用胶结料主要性能

试验项目

单位

性能要求

试验方法

胶结料粘度

Pa.s

1-3

JT/T1131-2017附录G

指干时间(25℃)

h

≥6

JT/T1131-2017附录C

固化时间(25℃)

h

≤72

JT/T1131-2017附录D

断裂伸长率(25℃)

%

50

JT/T1131-2017附录E

断裂强度(25℃)

MPa

2

JT/T1131-2017附录E

高温后重量损失率180/1h

%

≤1

JT/T1131-2017附录F


d RA05混合料的级配和油石比

RA05混合料的级配和油石比应符合表4-8的要求

表4-8RA05混合料级配及油量

通过率范围

筛孔尺寸(mm

油石比

种类

9.5

8.0

5.6

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

%

上限

RA05

100

/

/

100

72

55

43

30

22

16

8-11

下限

100

/

/

90

55

35

25

16

12

8


e)RA05树脂混凝土的性能指标  

RA05树脂沥青混凝土的性能指标应符合表4-10的要求。

表4-10  RA05树脂沥青混凝土性能要求

试验项目

技术要求

试验方法

马歇尔稳定度 kN 70

40

50次击实

流值  0.1mm

2040

T 0702-2000

空隙率  %

02

T 0702-2000

车辙动稳定度/mm70

10000

T0719

水稳定性:残留马歇尔稳定度  %

90

T0790

冻融劈裂试验残留强度比 %

90

T0729

-10℃低温弯曲极限应变  ×10-6

2800

T0728

4.5、热固性环氧防水粘结层

RA05SMA-11层间应需洒布防水粘结层,以提高 SMARA05层之间的粘结强度并减少水分的浸入。防水粘结层采用热固性环氧沥青,粘度要求适宜洒布。防水粘结层的技术指标见表4-11

4-11 防水粘结层技术指标

试验项目

单位

性能要求

说明

表干时间   25

h

48

夏季晴好天气小于两天

胶膜断裂强度   25

MPa

3.0

胶膜试件150/1h

胶膜断裂伸长率  25

%

100

胶膜试件150/1h

高温后重量损失率

%

1.0

固化后再180/1h

对钢板的粘结力25

MPa

5.0

养固150/4h

沥青混合料层间结合力  60

MPa

1.0,或≥沥青混合料自身强度

养生150/4h


注:试件养生条件为150℃养生0.5 小时。铺装组合体系层间剪切强度试验以 45°斜剪试验为准。

4.6、沥青玛蹄脂碎石SMA-11 铺装上层

1)材料要求

a)粗集料

沥青玛蹄脂碎石混合料中粗集料应采用抗滑、耐磨的玄武岩或辉绿岩石料,集料形状应接近立方体,并具有良好的嵌挤能力,具有一个破碎面颗粒含量应达到 100%,具有2个或2个以上破碎面颗粒含量应90%

b)细集料  

4.75mm以下的集料必须采用石灰岩机制砂;机制砂应采用专用的制砂机制造,并选用优质石灰岩生产。

c)填料

填料必须采用石灰石等碱性岩石磨细的矿粉,矿粉质量应满足普通热拌沥青混合料对矿粉的要求。回收粉尘不得作为填料使用,其技术指标应符合表7-7的要求。

d)高粘改性沥青(SMA-11用胶结料)

SMA混合料要求高粘度改性沥青


eSMA-11拌合用木质素纤维  

SMA混合料掺加木质素纤维,掺量为混合料总量的 0.3%,其质量应符合表7-17 的要求。

7-17木质素纤维技术要求

试验项目

技术要求

试验方法

长度(mm

6.0

JT/T533-2004

灰份含量()

18±5

JT/T533-2004

PH

7.5±1

JT/T533-2004

吸油率()

不小于纤维重量的5

JT/T533-2004

含水率()

小于5

JT/T533-2004


5、桥面铺装施工要点

EBCLRA施工时总的天气要求是,天气干燥,气温不低于10℃,预计未来2-3天内无降雨。在有雾、下雨或相对湿度大于90%时不得施工。

5.1、抛丸除锈及EBCL施工

1)抛丸除锈

钢板表面应清洁、干燥、无污染。

抛丸除锈采用金属混合磨料(70%钢丸和30%钢砂),其性能应符合GB6484-86GB6485-86的要求,经抛丸处理后的钢板表面清洁度须达到Sa2.5级,粗糙度达到80120μm

9-3抛丸除锈施工质量检评标准表

项目

检查频度

质量要求或允许偏差

检查方法

除锈

等级

清洁度

5/1000m2

Sa2.5

标准图谱

粗糙度

80120μm

粗糙度仪

2)界面胶结料刮涂和碎石撒布

抛丸施工结束后应立即开始EBCL层施工。EBCL胶料AB两组分应严格按照比例进行混和,并用电动搅拌机搅拌均匀,搅拌时间不少于60秒,搅拌后的EBCL胶结料应在60分钟以内涂布于钢板表面上。刮涂前钢板表面应画置方格网,按设计用量(0.9-1.1kg/㎡)称量相应的EBCL胶结料并均匀刮涂于方格网内。

EBCL胶料涂布完毕后应尽快在胶料表面撒布一层35mm粒径的小碎石,碎石要求干燥、清洁,撒布要求满布均匀、但无重叠堆积,石子的撒布量为2.54.0kg/㎡。

EBCL施工过程中应成型EBCL拉剪试件和拉拔试件,试件与桥面EBCL同条件养生,以便随时检测EBCL胶结料的拉剪强度和拉拔强度。

5.2、树脂沥青混凝土(RA混合料)施工

1RA胶料粘结层

RA混合料摊铺前应在已固化的EBCL 顶层上面涂刷一层RA树脂沥青胶结料,防止层间渗水,提高层间结合力。涂布量为0.40.6kg/

2RA混合料的拌合

RA混合料可采用改造后的JS750拌和机在常温下拌合生产。拌和机设置应在施工现场附近,运距一般不超过5km

拌合生产流程主要包括:集料的称量,胶料的称量,混合及搅拌三个阶段。

RA混合料的石料一般分成2-3种,0-3mm,3-5mm5-10mm,应由电子配料根据RA混合料的配合比设计和每一盘的拌合总量分别自动称取所需的石料。

树脂沥青(RA胶结料)和矿粉需单独称量。

RA胶结料应按AB组合的重量和比例分别称量并混合搅拌均匀,搅拌时间一般不少于60秒。小面积施工无自动拌合站时,该称量和搅拌可有人工完成。搅拌后的RA胶结料提升至拌锅平台上,直接倒入拌锅内与石料进行搅拌。

纤维应按照设计用量添加于RA胶结料中搅拌均匀。

RA混合料的拌合顺序为:加入矿质石料干拌10-15秒,然后加入RA胶结料后湿拌60-80秒。

5.3RA混合料的摊铺碾压

桥面摊铺施工采用一台或多台摊铺机全幅施工,摊铺速度应与拌合产量相匹配。RA混合料的最小厚度应满足设计要求,摊铺厚度应采用整平梁或滑靴的方式进行控制。RA混合料宜采用胶轮压路机进行碾压,一般碾压46遍即可达到设计密度。具体碾压的遍数和工艺需经过工前试验段的实际验证。

碾压应分段控制,碾压长度与每车料摊铺长度近似。严禁压路机在已碾压完毕的RA混合料上长时间停放,以免造成粘连轮胎。RA混合料碾压过程中严禁洒水,为防止粘轮,可采用植物油涂刷压路机轮胎表面。

摊铺碾压应在规定的时间内完成。一般RA混合料有3-5小时的施工时间,具体应根据当地的天气条件和试验段实际情况确定。气温的升高或摊铺的时间延长有可能引起RA混合料的硬化,在摊铺过程中应安排专人及时将已硬化、结团的RA混合料从摊铺机中清除出去,或当摊铺超过一定时间后将摊铺机内的存料清空后重新开始摊铺。

5.4RA层顶面粗糙化处理

RA表面可采用以下三种方法之一进行顶面粗糙化处理:

1)碎石撒布

RA密实度达到要求后,在RA表面撒布10-13mm碎石,依靠胶轮压路机将撒布的石料部分地嵌挤进RA的表面,待RA固化后,表面呈现出凹凸不平的粗糙表面。碎石撒布量应不少于满布面积的30%。固化后的RA层表面应进行抛丸处置。

2)压辊造痕

先用采用胶轮压路机将RA碾压致饱和状态,最后由光轮压路机收平胶轮轮迹,在RA混合料硬化前由机械压滚在RA表面制造凹痕。固化后的RA层表面应进行抛丸处置。

3)铣刨拉毛

RA混合料层固化后,采用铣刨机在RA层顶面拉毛制造粗糙。拉毛深度5mm

5.5SMA层下粘结材料的洒布

SMA混合料摊铺前应在RA层表面洒布一层RA胶结料,洒布量为0.40.6kg/㎡。洒布前的RA层表面应清洁干燥,无污染无尘土。

5.5SMA的拌和、运输、摊铺、碾压

改性沥青和集料的加热温度以及SMA混合料的温度应严格控制。其施工温度范围见下表9-4

表5-2 改性沥青SMA的施工温度

沥青加热温度

170180

集料温度

190210

混合料出厂温度

180190

运到现场温度

不低于170

SMA混合料的拌和时间及加料次序可参照下表,但最终判断标准是,混合料均匀裹附,无花白料。

9-5建议的改性沥青SMA拌和时间及加料次序

加矿料

加矿粉

加纤维

干拌

10-15S

加沥青

湿

30-40S

总生产时间约6070S


SMA混合料的摊铺速度应与拌合站产量相匹配,但一般不超过4m/minSMA混合料推荐采用水平震荡的钢轮压路机进行碾压,碾压的遍数和工艺应由试验路段确定。

6、施工控制制与评定标准

6.1、防水抗滑层

1)基本要求

a)喷砂前,钢板表面应无焊瘤、无针孔、无油污,确保作业面干净、无污染。

b)在刮涂EBCL层时,施工天气晴朗、没有雾、下雨或相对湿度不大于 90%时进行

EBCL层施工。

c)涂刷EBCL过程中,应该控制施工工艺,涂层要求分布均匀,无堆积,无流淌。

d)撒布碎石干净、无灰尘,撒布后的碎石表面分布均匀、满布不重叠、无堆积。

2)实测项目3)外观鉴定

a)喷砂除锈完成后,表面干净,无污染。不符合要求时减 1-3分。

bEBCL 施工完成后,表面应连续、颜色基本一致,漆膜无流挂、气泡、裂纹等缺陷。

不符合要求时减1-3分。

c)撒布碎石表面均匀、无堆积。不符合要求时减1-2分。

6.2RA05 整体化层

1)基本要求

aRA05整体化层材料的质量和技术性能应符合设计和有关技术规范的要求。

bEBCL防水层表面干燥、无水、无油污或其他污物。

cRA混合料的各项指标应符合设计和施工规范的要求,对生产的 RA 混合料应做马歇

尔稳定度试验。

d)应严格按施工工艺施工。

2)实测项目

3)外观鉴定

a)表面应平整密实,不应有油斑、裂缝等现象。有上述缺陷的面积(单条裂缝则其长

度乘以0.2m宽度,折算成面积)之和不得超过受检面积的 0.03%。不符合要求时,每超

0.03%2分。

b)表面撒布碎石均匀,不应有堆积、重叠等现象。不符合要求时,减 1-2分。

c)搭接处应紧密、平顺。不符合要求时,累计每 10m长减1分。

6.3SMA11 面层铺装

1)基本要求

a)防水粘结层材料的质量和技术性能应符合设计和有关技术规范的要求,在洒布时严

格控制洒布温度和洒布量,并保证其均匀性,待检验合格后方可进行沥青混合料的摊铺。

b)沥青混合料的矿料质量及矿料级配应符合要求和施工规范的规定。

c)沥青材料及混合料的各项指标应符合设计和施工规范的要求,对每日生产的沥青混

合料应做抽提试验(包括马歇尔稳定度试验、车辙试验)。

d)严格控制各种矿料和沥青用量及各种材料和沥青混合料的加热温度,碾压温度应符

合要求。

e)拌合后的沥青混合料应均匀一致,无花白、粗细料分离和结团成块现象。

f)桥面泄水孔进水口的布置应有利于桥面和渗入水的排除,其数量不得少于设计要求,

出水口不得使水直接冲刷桥体。

2)实测项目

3)外观鉴定

a)表面应平整密实,不应有油斑、裂缝等现象。有上述缺陷的面积(单条裂缝则其长

度乘以0.2m宽度,折算成面积)之和不得超过受检面积的 0.03%。不符合要求时,每超

0.03%2分。

b)表面无明显碾压轮迹。不符合要求时,每处减 1-3分。

c)搭接处应紧密、平顺。不符合要求时,累计每 10m长减1分。

d)面层与其他构筑物应接顺,不得有积水现象。不符合要求时,每处减 1-2分。

6.4、彩色环氧沥青混凝土铺装

1)基本要求

a)彩色环氧沥青混凝土材料的质量和技术性能应符合设计和有关技术规范的要求。

bEBCL防水层表面干燥、无水、无油污或其他污物。

c)混合料的各项指标应符合设计和施工规范的要求,对生产的混合料应做马歇尔稳定

度试验。

d)应严格按施工工艺施工

2)实测项目

3)外观鉴定

a)表面应平整密实,不应有油斑、裂缝等现象。有上述缺陷的面积(单条裂缝则其长

度乘以0.2m宽度,折算成面积)之和不得超过受检面积的 0.03%。不符合要求时,每超

0.03%2分。

b)表面无明显碾压轮迹。不符合要求时,每处减 1-3分。

c)搭接处应紧密、平顺。不符合要求时,累计每 10m长减1分。

d)面层与其他构筑物应接顺,不得有积水现象。不符合要求时,每处减 1-2分。

e)路面外观厚重,色彩鲜艳,有良好的行走舒适感。不符合要求时,每处减 1-3分。

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