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          袁大偉:公路橋梁路面大修平整度控制技術
          2022-12-29 來源:養護與管理 作者:袁大偉

            1 工程概況

            浙江省某高速公路橋梁全長7.855km,采用雙向四車道,單幅橋梁凈寬12m,設計行車速度100公里/小時。路面結構為5cm瀝青混凝土+10cmC40水泥混凝土橋面鋪裝,上部結構形式為裝配式預應力混凝土空心板和裝配式預應力混凝土連續T梁,該路段1995年開工建設,于1998年建成通車,為某國家高速公路的一部分?,F已通車已20余年,期間路面經過多次銑刨重鋪。

            經查閱相關資料和現場調研后發現,局部路面出現不均勻沉降,平整度不足狀況日益嚴重。隨著歷年多次銑刨重鋪瀝青路面,路面沉陷調平路面結構與設計初期已發生變化,部分路段出現了松散、麻面、裂縫、坑槽、龜裂等病害。根據《公路養護技術規范》(JTG H10-2009)規定,對該路段瀝青混凝土路面采取路面大修措施,以恢復路面表面功能性,改善平整度,提高行車舒適性,延長路面使用壽命。

            2 病害成因分析

           ?。?)路面平整度不足主要原因是部分橋墩出現不同程度的沉降,伸縮縫型鋼錯臺大,加之歷年多次銑刨重鋪所導致。橋墩的不同程度的沉降的主要原因是由于橋梁運營時間長,重載車輛多,導致樁基在載荷作用上樁端以下部位和樁間的土會因為壓縮而產生變形。伸縮縫型鋼錯臺大的主要原因是由于伸縮縫型鋼變形和支座壓縮量不均勻導致。

           ?。?)路面長期使用,受光照、溫度變化等環境因素和汽車荷載等作用影響,路面持續老化、瀝青含量低,形成細集料剝落等松散病害。

           ?。?)水損害是瀝青路面松散的常見原因,水分子滲入混合料內部,受車輪動載的作用,產生較大的動水壓力破壞瀝青與石料的粘結,造成松散病害。

           ?。?)石料本身粘附性不高,歷年面層鋪設時使用了與瀝青粘附性差的酸性石料,路面厚度與壓實度不夠,運營期間車輛的柴油、機油滴漏在路表面上,瀝青被稀釋后,粘結力降低,加之在行車荷載作用下極易形成松散、麻面病害。

           ?。?)路面橫向裂縫主要是基層裂縫自上而下反射導致,縱向裂縫主要是受車輛荷載長期作用形成疲勞開裂。

            3 平整度控制

            3.1 設計方案

            設計方案本著“因地制宜、經濟合理、節能環保、方便施工”的原則,對本高速公路橋梁路面結構大修方案設計為:銑刨5cm原瀝青路面層→加鋪SBS改性瀝青同步碎石封層→加鋪5cmSMA-13瀝青混凝土,其中SMA-13瀝青混凝土石料采用玄武巖。

            在瀝青路面攤鋪前,對橋面裂縫、路面裂縫、坑槽、網裂、麻面、松散等病害先行進行處治,保證基層結構完好。其中橋面裂縫主要是墩頂處水泥混凝土橋面鋪裝反射裂縫導致,采取的措施是鑿除原橋面鋪裝,更換橋面連續縫處砼,鋪設C50橋面鋪裝混凝土。橋面裂縫、路面裂縫處治完畢先鋪設60cm寬聚酯玻纖布再進行瀝青攤鋪。

            3.2 平整度控制

            由于本項目部分橋墩出現不同程度的沉降,加之部分伸縮縫型鋼錯臺大,常規簡單的銑刨加鋪只能改善橋墩之間的路面平整度。若對沉降路面加鋪至設計標高則使會導致橋梁荷載增加,不利于橋梁的正常運營,從而帶來安全隱患,且伸縮縫型鋼錯臺不能消除導致整體平整度不能保證。如何恢復橋面原有線形、消除伸縮縫處錯臺是本項目路面平面度控制的關鍵,合理的瀝青攤鋪工藝是保證措施。因此,在瀝青路面攤鋪前進行了方案優化,提出以下確保路面平整度指標的相關控制措施。

           ?。?)高程設計

            先采用銑刨機對全橋原有瀝青路面結構層進行銑刨,保證銑刨干凈、不超銑、不欠銑,不留夾層、紋路清晰、基底平整。再對銑刨后的路面按10m一個橫斷面,一個橫斷面按左、中、右3個點進行高程測量。測量工作完成后將其數據整理后導入“緯地道路設計軟件”,先擬合出路面平縱曲線及路面橫坡,再按《公路路線設計規范》(JTG D20-2017)中高速公路、設計行車速度100公里/小時的標準取值平縱曲線及路面橫坡參數,使平面、縱斷面、橫斷面三者間相互結合、相互協調。

            由于本路段已通車20余年,加之歷年多次銑刨重鋪以及部分橋墩出現不同程度的沉降,線形設計實際操作中進行不斷調整、不斷優化,調整優化過程保證了整體橋面瀝青鋪裝層攤鋪厚度,使各項指標與橋頭路基段過渡平順,從而線形連續、安全舒適,以滿足平整度及行車舒適度要求。

           ?。?)橋梁局部沉陷處理

            根據現場勘測和實地測量,本路段共有7座墩臺出現5cm~16cm不同程度的沉降。為保證瀝青攤鋪厚度,防止為保證路面平整度使瀝青加鋪厚度增大,使瀝青攤鋪不增加橋梁荷載,采用橋梁同步頂升恢復橋面原有標高的方式,以恢復橋梁縱斷面線形。依據沉降量數據采用高強度還氧砂漿將支座墊石采永久加高,使墩臺處的沉降量趨于0,以此盡量保持縱向線型平順,恢復路面原設計線形。

            由于梁底與蓋梁間空間高度較小,千斤頂無法放置,因此采用在橋墩上部安裝鋼抱箍作為頂升支架來放置千斤頂。通過在鋼抱箍下部安裝限位裝置,以保證支架穩定,并在頂升過程中可以通過觀測鋼抱箍底部標記來監測其工作狀態。

            橋梁頂升采用PLC液壓同步頂升技術,在正式頂升之前,應先進行試頂升,為正式頂升提供依據。由于每片梁頂升高度不同,頂升時采用分級頂升,每次頂升高度不大于5mm。橋梁頂升到位后,將原有支座墊石頂面清理鑿毛,安裝與原支座墊石平面尺寸相同的豎向鋼模板,澆筑高強度還氧砂漿將支座墊石采永久加高。

           ?。?)伸縮縫型鋼錯臺處置

            采用3m檢測尺對伸縮縫型鋼錯臺進行測量,發現本路段有5處伸縮縫型鋼出現了3~15mm的錯臺,對于伸縮縫型鋼錯臺采用兩種方式處理:對于伸縮縫型鋼3~8mm的錯臺采用同步頂升改變伸縮縫處標高的方式,即將橋梁同步頂升根據錯臺高度利用在支座處支墊不同厚度的不銹鋼板進行加高調整,盡量將伸縮縫錯臺恢復為0,頂升工藝如上文所述。對于伸縮縫型鋼9~15mm的錯臺或錨固區混凝土破損較大的伸縮縫進行整體更換,在瀝青攤鋪完成后安裝同型號伸縮縫。以此恢復伸縮縫處縱向線型平順,提高路面平整度。

            這兩種方式可消除伸縮縫型鋼的錯臺,但是如何選擇頂升加高還是更換伸縮縫要根據現場實際情況由多種因素決定,如伸縮縫錨固區混凝土的狀態、型鋼本身的變形程度和橋梁支座的工作狀態等,綜合考慮,合理決策。

           ?。?)瀝青路面攤鋪方案

            橋梁局部沉陷和伸縮縫型鋼錯臺處理完畢后即開始瀝青路面攤鋪。本項目路面單幅凈寬12m,為雙高四車道,超車道和行車道寬共8m,緊急停車帶寬4m。為保證瀝青攤鋪質量,采用福格勒2100-2型8m攤鋪機和福格勒1900-2型4m伸縮機分開作業。兩臺攤鋪機接縫位于行車道和緊急停車帶的標線中心處,使接縫不在車道上,以保證瀝青攤鋪質量和平整度指標。施工中先采用采用福格勒2100-2型8m攤鋪機攤鋪超車道和行車道,采用雙側掛線用鋼絲繩調平,鋼絲繩拉力控制在1.2KN,支桿間距為10m。攤鋪碾壓后,選取8米位置(即行車道和緊急停車帶的標線中心處)進行放樣,對8米外側多余的瀝青混凝土采用切割機進行切除清理,清理干凈后采用福格勒1900-2型4m伸縮機雙側走雪橇進行后續攤鋪、碾壓。本瀝青路面攤鋪方案使超車道和行車道全幅攤鋪,保證了整體平整度,將兩臺兩臺攤鋪機接縫設置于行車道和緊急停車帶的標線中心處消除了外觀質量,便于現場作業。

           ?。?)瀝青攤鋪質量控制

            上文中對路面基層的平整度進行了恢復措施,而瀝青攤鋪質量控制是影響平整度的關鍵。首先嚴格控制原材料和瀝青混合料拌和質量,特別是瀝青混合料的溫度控制尤為重要。攤鋪前先施作300~500m的試驗段,確定松鋪厚度、機械組合、碾壓遍數等指標,最終按規范要求和試驗段總結數據進行攤鋪和碾壓。

            影響瀝青路面平整度的因素很多,本文主要敘述了橋梁因墩臺沉降和伸縮縫型鋼錯臺導致路面攤鋪基層不平整條件下的平整度控制技術。施工過程中其它的控制因素也非常重要,如瀝青混合料拌和、運輸和各階段的溫度等,只有抓好每個施工質量控制環節,才能保證路面的平整度。

            4 效果評價

            路面大修施工完成后,由專業的檢測機構通過多功能檢測車對該路段的國際平整度指數(IRI)進行了檢測。經檢測,國際平整度指數(IRI)檢測結果均滿足規范要求,國際平整度指數(IRI)優良,本項目達到了路面大修的目的,取得了比較好的平整度指標。檢測結論表明采用上文中所列的平整度控制技術效果顯著,路面平整度指數得到大幅改善。

            5 結語

            路面平整度是高速公路路面使用性能之一,對行車速度、行車安全、行車舒適及車輛壽命都存在直接影響。本項目橋梁因長期運營出現墩臺沉降、伸縮縫型鋼錯臺,加之歷年多次銑刨重鋪,導致橋面原有線型極大改變。若為保證路面平整度直接加鋪瀝青會導致橋梁荷載增加,影響橋梁運營安全。本文依托某高速公路橋梁路面大修工程實例,提出了優化路面平縱曲線及路面橫坡計算設計標高,對于沉降的橋墩采用同步頂升恢復橋面原有線形和消除伸縮縫錯臺的具體措施,并結合本項目實際情況對瀝青攤鋪工藝進行了優化,取得了比較好的效果,路面平整度指數得到大幅改善,提高了行車舒適性。目前我國橋梁基本進入高運營期,同類問題會越來越多,類似的路面大修工程如何高效率、高質量地完成是今后研究的重點方向,本文提出的相關控制技術為以后同類橋梁瀝青路面平整度控制提供了可借鑒的經驗。

            作者:袁大偉 中交第一公路勘察設計研究院有限公司



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