九圩港大橋連續鋼箱梁橋面鋪裝混合料配合比設計

柏 平，劉振清，李淑娥，徐 剛，郭銀濤

（1.江蘇省南通市公路管理處，江蘇 南通，226001；2.公路養護技術國家工程研究中心(籌)，北京市 100029）

1 工程概況

南通市九圩港大橋為204國道改線跨越九圩港河直接進入南通市區的一條重要通道，工程總長度1 058 m，其中橋梁長462 m，荷載標準為公路-I級，同時滿足城－A級。主橋長50m+80m+50m為連續鋼箱梁，路幅全寬采用雙幅變高度連續鋼箱梁，單幅主梁采用單箱雙室截面，寬度為18.3m，中支點處梁高3.2 m，設2 m長的等高段，跨中梁高2.0 m。

九圩港大橋連續鋼箱梁橋面鋪裝結構見圖1。其中，保護層HRA-13為熱壓瀝青混凝土，面層為SMA-13，HRA-13與鋼板間采用環氧瀝青碎石粘結層，環氧瀝青用量為0.8 kg/m2，碎石規格為5～10mm，用量為6 kg/m2。

圖1 九圩港大橋連續鋼箱梁橋面鋪裝結構

2 原材料性能檢測

2.1 高粘度改性瀝青

為有效提高橋面鋪裝路用性能，避免橋面鋪裝過早出現車轍、擁包、水損害等早期病害，九圩港大橋橋面鋪裝面層與保護層均采用高粘度改性瀝青，其性能檢測結果見表1[1]。

2.2 礦料

九圩港大橋用粗集料為10～15mm及5～10mm的玄武巖，細集料為0～3 mm的石灰巖，填料為石灰巖磨細的礦粉，其各項性能指標測試結果見表2～表5[2]。

表1 面層用高粘度瀝青測試結果及技術要求

表2 粗集料試驗結果及技術要求

表3 細集料試驗結果及技術要求

表4 填料試驗結果及技術要求

表5 礦料篩分結果及規格要求

由表2～表4可以看出，九圩港大橋用粗細集料及礦粉均滿足設計要求。由表5知，僅10～15 mm和0～3 mm礦料篩分結果不滿足相應的規格要求，這可以通過礦料級配合成加以調整。

2.3 木質素纖維

面層SMA-13用木質素纖維的各項性能指標測試結果見表6。由表6可以看出，所用木質素纖維各項指標均滿足設計要求。

表6 SMA-13用木質纖維技術要求

3 HRA-13目標配合比設計

3.1 礦料級配范圍研究

研究對英國嵌入式抗滑表層礦料級配[3]進行了初步的性能試驗，結果表明嵌入式抗滑表層礦料級配范圍直接用作鋼箱梁橋面鋪裝結構保護層熱壓瀝青混凝土（HRA）需要進行改進，故研究在借鑒英國嵌入式抗滑表層礦料級配范圍、澆注式瀝青混凝土和南京長江第二大橋鋼橋面環氧瀝青混凝土鋪裝等的礦料級配范圍基礎上，初擬了保護層熱壓瀝青混凝土（HRA-13）的礦料級配范圍，并選取初擬礦料級配范圍中包括上限、下限在內的六條礦料級配進行試驗，見圖2、表7。

圖2 保護層HRA-13六條礦料級配曲線

由于級配對車轍動穩定度影響較大，且車轍又是鋼橋面鋪裝的主要病害之一，因此通過馬歇爾穩定度和車轍動穩定度對篩孔通過率進行多元線性回歸，結合保護層熱壓瀝青混凝土的技術要求即馬歇爾穩定度不小于12 kN，動穩定度位于3 000～6 000次/mm，得出新的級配范圍，見表8。

對表8中的級配范圍上限、中值及下限進行性能驗證，結果表明得出的級配范圍可以滿足鋼橋面鋪裝結構保護層礦料級配要求。

3.2 保護層HRA-13目標配合比設計

按比例合成符合表8的兩條礦料級配，記為HRA-1和 HRA-2，見圖 3。其中 HRA-1級配：10～15：5～10：0～3：礦粉 =25：18.5：50：6.5；HRA-2級配：10～15：5～10：0～3：礦粉 =22：21.5：50：6.5。

通過變換不同的油石比，并按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTJF40-2004）[4]確定 HRA-1和HRA-2的最佳油石比分別為5.5%和5.4%。對最佳油石比下的混合料進行性能驗證，結果見表9。由結果可以看出，HRA-1和HRA-2各項性能測試結果滿足要求。

4 面層SMA-13目標配合比設計

按比例合成兩條級配SMA-1和SMA-2，使之滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTJ F40-2004）中關于SMA-13的級配范圍要求，見圖4。其中，SMA-1級配：10～15：5～10：0～3：礦粉 =43.2：35.0：11.8：10.0；SMA-2級 配 ：10～15：5～10：0～3： 礦 粉=42：32.8：15.2：10.0。

通過變換不同的油石比，確定SMA-1和SMA-2的最佳油石比分別為6.6%和6.8%。對最佳油石比下的混合料進行性能驗證，結果見表10。

表7 六條礦料級配試驗結果

表8 保護層HRA-13礦料級配合理范圍

圖3 保護層HRA-13礦料級配范圍及試驗級配

表9 保護層HRA-13混合料性能驗證結果

圖4 面層SMA-13礦料級配范圍及兩條試驗級配

由結果可以看出目標配合比SMA-1的水穩定性、高低溫性能均能滿足相應的技術要求，而目標配合比SMA-2的水穩定性、低溫性能滿足技術要求，但其高溫穩定性不滿足相應的技術要求。

表10 面層SMA-13混合料性能驗證結果

5 結論

根據HRA-13和SMA-13目標配合比設計結果，得出九圩港大橋連續鋼箱梁橋面鋪裝結構組合為HRA-1+SMA-1。復合結構性能試驗結果表明該鋪裝結構具有優良的高溫抗車轍、低溫抗開裂、抗疲勞性能以及變形協調性。九圩港大橋于2009年10月建成通車以來，橋面鋪裝尚未出現任何病害，表現出良好的使用性能，然通車時日尚短，需進一步的跟蹤觀測。

[1]JTJ 052-2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].2000.

[2]JTG E42-2005,公路工程集料試驗規程[S].2005.

[3]BS 594-1:2005,Specification for constituent materials and asphalt mixtures[S].Authority of the Standards Policy and Strategy Committee,2005.

[4]JTJF40-2004,公路瀝青路面施工技術規范[S].2005.