赴日本钢桥面铺装技术考察报告.doc

赴日本钢桥面铺装技术考察报告为了解日本钢箱梁桥面铺装的最新技术以及国外发展动态，为我省辽河大桥的铺装设计研究做准备，2008年12月17日至12月23日，辽宁省交通厅一行7人对日本钢桥面铺装技术进行了调研考察，并先后与北海道开发技术中心、寒地土木研究所以及日本大成技术公司的相关管理和设计人员针对钢桥面铺装技术进行了交流，现将此次调研的情况汇总报告如下：一、美原大桥1、概况美原大桥位于北海道札幌市附近337号国道，气候与辽宁省相似。该桥为单索面斜拉桥，主跨340米，边跨154米，主桥长648米，断面为单箱钢箱梁，横隔板间距3.5米，引桥长318.5米，断面为双箱钢箱梁，横隔板间距3.0米。2、铺装结构该桥的桥面铺装原设计为4cm浇注式沥青混凝土下层+4cm沥青混凝土表层SMA结构，但是在施工期间，日本的车辆荷载规范进行了调整，后轴的轴重标准由20吨提高到25吨，导致原设计的横隔板间距过大。由于当时该桥钢箱梁已经加工完成，加密横隔板间距或提高焊接等级、增加钢板厚度等方案已经无法实施，因此只能对铺装结构进行调整，通过对下层铺装进行加强，与钢桥面板形成复合桥面板。这一思路考虑了两个方案，一是采用钢纤维混凝土，二是采用高韧性水泥混凝土（ECC）结构，由于北海道地区多雪，融雪剂容易造成钢纤维的腐蚀，因而最后确定将铺装下层结构改为ECC结构，以对钢箱梁进行补强。3、材料ECC混凝土是将尼纶纤维加入混凝土中，并添加早强剂、减水剂等材料形成混合料，其中纤维的直径为0.04mm，长度12mm，添加量为体积比2%。钢桥面板与ECC之间设树脂粘结剂，ECC与沥青混凝土之间设桥面防水层，然后铺设高粘度沥青SMA混合料。设想的SMA结构是下部为密实结构，不透水，上部为空隙结构，起到排水作用。但是在实际实施过程中未能实现，从现场看，沥青铺装基本上是密实结构，不透水。为了加强ECC与钢桥面板的连接，采用粘结剂在钢桥面板上设置防滑垫，采用高分子合成材料制成，纵向设置间距50cm，横向30cm。通过室内疲劳等相关试验，该措施可以适应荷载以及疲劳的相关要求。4、室内试验针对ECC混凝土，进行的室内试验主要包括：冻融试验、接缝试验、施工工艺、附着强度等。针对整体桥面板进行了剪断试验、抗剥离试验、加载后抗剥离试验、定点荷载疲劳试验以及实桥荷载试验等。5、使用情况（1）铺装损坏情况美原大桥在开通后，大桩号侧引桥左幅左轮迹处桥面相继产生一些破坏，主要表现为唧浆，泛白以及开裂等，通过调查发现铺装内积水，下层的ECC有压碎现象，通过室内加载试验，在有水的环境下，由于水压力的影响，ECC结构的疲劳寿命明显低于干燥状态下的寿命。针对这种情况，维修时采用将8cm铺装层铣刨掉，然后对钢板进行除锈，重新做防水层，再施工浇注式沥青混凝土和SMA表层，并增加排水通道，目前使用状况良好。（2）钢箱梁损坏情况钢箱梁的损坏主要是由于原设计的12cm厚度太薄导致梁肋以及横隔板焊接处的疲劳纵向开裂。目前最新的补修方案是采用在梁底喷射ECC补强混凝土，并在梁肋内部填充轻质膨胀性添加剂对箱梁进行补强，该方案也准备进行足尺荷载试验以对补强效果进行验证。二、横滨海湾大桥横滨海湾大桥于1989年开通（上层高速公路部分），全长860米，当时号称世界上规模最大的斜拉桥，地点位于神奈川县横滨市，连接横滨市的中区与鹤见区，当时建设该桥的目的是缓解横滨市内拥挤的交通。2004年，下层部分的国道357号开通，成为双层结构，上层为“首都高速公路”（东京都区与周边的高速公路网），下层为国道。横滨海湾大桥原设计的铺装结构是4cm的浇注式沥青混凝土下层+3.5cm改性沥青混凝土，后来考虑钢板刚度较薄（钢板厚12cm）以及疲劳破坏的因素，将铺装结构调整为7.5cm的钢纤维混凝土（SFRC），其与钢桥面板之间设树脂粘结层，用量为1.0kg/m2，并设置两排剪力键（30cm×30cm）加强连接，采用的钢纤维为3cm长，直径0.5mm，掺量为110kg/m3，混凝土集料的最大粒径为15mm，水泥用量约为350kg/m3，桥面抗滑采用拉毛的方法进行施工。目前钢纤维混凝土铺装用于钢桥面在日本名古屋地区使用较为普遍，而横滨大桥的使用规模最大，其它地区则应用较少。由于横滨大桥是在下层，钢纤维混凝土桥面直接接受雨雪的机会较少，并且该地区气温较高，冬季冻融因素影响不大，因此使用钢纤维混凝土有一定条件，但是在北方寒冷地区如果施工该项技术对于环境气温的影响还是要有所考虑。三、明石海峡大桥明石海峡大桥是日本神户市和淡路岛之间的明石海峡上建成的一座特大跨径悬索桥,采用钢桁架。该桥全长3910m，主跨长1990m， 桥面铺装结构为3.5cm浇注式沥青混凝土+3.0cm改性密级配沥青混凝土。在海峡大桥的展览馆展示了该桥桥面铺装的实物模型，比较特殊的地方是在浇注式施工完成之后，其顶面撒布了一层大碎石，可以加强两层之间的粘结。四、结论通过此次调查，我们认为日本的钢桥面铺装总体上还是以浇注式沥青混凝土作底层，然后上面做SMA或密级配沥青混凝土的结构为主，同时针对以往设计较薄的钢箱梁顶板以及车辆轴载调整之后，相应出台对策的过程中采用了ECC高韧性混凝土以及钢纤维混凝土作为铺装结构，但是这两种结构并未大规模推行，而ECC在使用过程中还是遇到了一些问题，钢纤维铺装也有一定的适用条件。同时我们也认识到我国车辆轴载的复杂程度远远高于日本，而超载、重载的比例很大，因此在进行辽河大桥钢桥面铺装设计时，不能照搬照套，应充分借鉴日本在研究过程中所采用的试验方法，结合我省的自然气候条件，考虑每种结构的优缺点，保证钢桥面铺装的使用性能。