东海大桥设计方案.doc

1、上海深水港东海大桥桥面铺装设计方案重 庆 交 通 科 研 设 计 院二 四 年 三 月 五 日上 海 深 水 港 东 海 大 桥 桥 面 铺 装 设 计 方 案1上海深水港东海大桥桥面铺装设计方案1.概述为把上海建成国际航运中心，上海市政府提出了跳出长江口，在距上海南汇芦潮港约 30 公里的大小洋山建设深水港的设想。经过国内外专家、学者、勘察、设计、科研人员五年多的论证和前期工作，于 2002 年 3 月国务院第 56 次总理办公会议审议批准通过了上海洋山深水港一期工程可行性研究报告和开工报告。洋山深水港工程包括深水港区、芦潮港海港新城以及连接港区和港城的东海大桥。东海大桥工程位于杭州湾北部的

2、东海海域，大桥全长约 31 公里。其中陆上段（芦潮港新老大堤之间）约 2.3 公里，跨海段（芦潮港至小洋山之间）约 25 公里，港桥连接段约 3.6 公里。大桥宽度为 31.5 米，设计为 6 车道。大桥海上段设有主通航孔一个，副通航孔三个。大桥海上段的非通航孔全长约 24 公里。东海大桥正是连接深水港区与南汇芦潮港城的重要通道。由于是港区与陆地的唯一通道，所有运输进出港物资的集装箱重载车辆都将从这里通行，大桥的通行能力直接影响着深水港口重要作用的发挥，可以说是港口与陆地的命脉。一旦在桥面上发生交通事故造成堵塞或桥面铺装损坏后的维修都将直接严重影响道路的通行能力，从而造成重大的经济损失。同时，

3、如果桥面铺装发生损坏，将影响对桥梁的结构保护与耐腐蚀作用，进而影响桥梁结构的耐久性。上 海 深 水 港 东 海 大 桥 所 属 地 区 为 海 洋 型 气 候 ， 台 风 、 午 后 暴 雨 现 象 较 常 见 ， 在 这种 气 候 条 件 下 ， 落 在 桥 面 上 的 雨 水 若 不 能 迅 速 排 除 ， 而 停 留 于 桥 面 形 成 积 水 ， 则 当 车辆 快 速 行 驶 通 过 时 往 往 造 成 水 花 四 溅 ， 形 成 水 雾 ， 影 响 行 车 视 线 ， 更 因 为 有 水 的 存 在 ，使 得 桥 面 湿 滑 ， 抗 滑 性 能 降 低 ， 严 重 危 及 行 车 安

4、 全 。 因 此 ， 迅 速 排 除 桥 面 积 水 ， 较 大限 度 地 降 低 雨 天 的 交 通 事 故 率 就 显 得 尤 为 重 要 。由 于 处 于 海 域 ， 雨 水 中 会 含 有 大 量 的 氯 离 子 ， 以 及 蒸 发 的 海 水 在 桥 面 的 重 新 凝 结都 会 影 响 桥 面 铺 装 及 桥 梁 结 构 的 耐 久 性 。重 交 通 荷 载 和 丰 富 的 雨 水 以 及 雨 水 中 富 含 的 氯 离 子 对 桥 面 铺 装 的 渗 透 腐 蚀 使 得 该桥 对 桥 面 铺 装 有 了 特 殊 的 要 求 。因此，从桥面铺装的使用功能要求和该桥对铺装要求的特殊性

5、及所处地区气候特点，可以提出东海大桥桥面铺装的基本要求：（1）重交通条件下，沥青铺装层应与水泥混凝土桥面板具有良好的结合力，抵上 海 深 水 港 东 海 大 桥 桥 面 铺 装 设 计 方 案2抗脱层及抗剪切推移能力。（2）重交通条件下，沥青铺装层应有较强的稳定性和使用耐久性，良好的抗车辙、抗开裂、耐磨耗等性能。（3）车辆高速运行条件下，沥青铺装层应有优良的抗滑性能，雨水渗入后，应有良好的排水、防水性能以及防卤水渗透腐蚀功能。2.设计标准及依据2.1 设计车速: 100Km/h2.2 设计荷载: 汽车-超 20 级，验算荷载为挂车-120，铺装设计标准轴载 100KN。2.3 设计规范2.3.

6、1公路沥青路面设计规范 （JTJ014-97 ）2.3.2公路沥青路面施工技术规范 （JTJ032-94 ）2.3.3公路改性沥青路面施工技术规范（JTJ036-98 ）2.3.4公路工程技术标准 （JTJ001-97 ）2.4 自然气候：桥位区气象特征表极端最高气温 39.4极端最低气温 -10.1月平均气温 16.23.桥面铺装方案结合东海大桥所处区的气候环境和交通荷载条件对桥面铺装提出的特殊要求，推荐以下两种铺装设计方案。方案一：桥面铺装按两层设计，总厚度 75mm，铺装下层采用浇注式沥青混凝土（GA10），厚度 35mm，铺装上层采用排水性路面，厚度 40mm。桥面铺装结构示意图如下：

7、上 海 深 水 港 东 海 大 桥 桥 面 铺 装 设 计 方 案3铺 装 下 层 ： GA10,厚 度 为 3.5cm， 表 面 撒 布 10m碎 石 ， 用 量 为 5-8Kg/水 泥 混 凝 土 桥 面 板 ： 打 砂 ， 形 成 干 燥 、 洁 净 、 粗 糙 、 平 整 的 界 面铺 装 层粘 接 剂桥 面 板图 一 ： 桥 面 铺 装 结 构 示 意 图路 缘边 缘 填 缝 铺 装 上 层 ： 排 水 性 路 面 厚 度 为 4粘 接 剂 ： 洒 布 EN粘 接 剂 ， 用 量 为 Kg/首先对水泥混凝土桥面板表面进行打砂处理，清除表面浮浆，使之形成一个清洁、干燥、平整的粗糙界面；

8、然后涂布 EN 粘接剂（桥隧专用反应性粘接剂，用量为0.30.5Kg/），保证铺装下层与桥面板之间的良好粘接；待 EN 粘接剂初步固化形成一定强度后（具体时间视施工气温决定），在其上铺筑 3.5cm 浇注式沥青混凝土（GA10）,并在表面撒布一层 510mm 的碎石，用量为 58Kg/；最后是铺装上层 4cm 排水性路面；在铺装上下层之间，采用改性乳化沥青粘层（用量0.30.5L/m 2）以保证铺装上下层的整体性。浇注式沥青混凝土是沥青混凝土按照施工工艺作为分类标准确定的一种沥青混凝土，它属于悬浮式密实型结构的沥青混凝土。混合料本身具有细集料含量高，矿粉含量高（20%30% ） ，沥青含量高（

9、7%10% ）等特点，较多的沥青及矿粉含量使骨料处于悬浮状态，与热压沥青混凝土不同，其空隙率很小，而且内部空隙不连续，因而成型的浇注式沥青混凝土不透水，耐冻融、耐油、抗老化；同时变形能力强，整体性优良，具有优良的抗低温开裂与抗疲劳开裂性能。基于以上优点，使用浇注式沥青混凝土做铺装下层是比较合适的。排水性路面在国内目前使用的还不是很多，在西安、上海、重庆有过使用，在国外使用较多，欧洲地区（英国、法国、荷兰、西班牙等国）于 20 世纪 80 年代初期开始使用于道路铺面，日本于 20 世纪 90 年代开始大量使用。排水性路面经压实后，约有 20%左右的孔隙率，从而在面层内形成一个水道网。降雨时，落到

10、其表面的雨水，可通过内部的孔隙流动侧向排出路面外，而不在表面形成水膜和径流。大上 海 深 水 港 东 海 大 桥 桥 面 铺 装 设 计 方 案4雨来不及排水时，虽表面有径流和溅水，但要轻得多，一旦雨停，表面径流立即消失。因此，它能避免降雨过程中在常规路面上高速行车产生的水漂现象，消除车后的溅水和射水现象，消除路面表面的反光现象，从而使道路标志更容易看清。这些优点使高速行车更安全。排水性路面的另一个重要特性是，较高孔隙的吸收作用能明显减少车辆内外的滚动噪声。以上特性正适宜于它在东海大桥上使用。但是，随着使用时间增长，排水性路面由于混合料的孔隙会被尘土、从轮胎磨下的橡胶粉以及其他磨耗物堵塞。一旦

11、孔隙堵塞，就不再起排水作用或排水能力大幅度降低，其降低噪声的能力也大幅度减小。为保持良好的透水性和降低噪声能力，必须有清孔设备，23 年清一次。目前，在日本已有专用设备。在交通量大和快速行驶的道路上，由于轮胎在路面上的动力水作用以及高速行车的车轮后的真空吸力作用，排水性路面也具有某种自我清洗功能。为了便于雨水的排出，在铺筑铺装上层时，将桥面边缘 2025cm 的范围不进行铺筑使之形成纵向排水沟。方案二：桥面铺装按两层设计，总厚度 80mm，铺装下层采用浇注式沥青混凝土，厚度35mm，铺装上层采用改性沥青 SMA13，厚度 45mm。与方案一相比，就是将铺装上层 4cm 排水性路面改为 4.5c

12、m 改性沥青 SMA13。桥面铺装结构示意图如下： 水 泥 混 凝 土 桥 面 板 ： 打 砂 ， 形 成 干 燥 、 洁 净 、 粗 糙 、 平 整 的 界 面桥 面 板粘 接 剂铺 装 层路 缘灌 缝 粘 接 剂 ： 洒 布 EN粘 接 剂 ， 用 量 为 0.3 5Kg/图 二 ： 桥 面 铺 装 结 构 示 意 图铺 装 上 层 ： 改 性 沥 青 SMA1,厚 度 为 cm铺 装 下 层 ： GU厚 度 为 4， 表 面 撒 布 1碎 石 ， 用 量 为 5-8Kg/上 海 深 水 港 东 海 大 桥 桥 面 铺 装 设 计 方 案5改性沥青 SMA 是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及

13、少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙组成一体的沥青混合料，具有优良的抗车辙性能和抗滑性能。4.铺装材料、混合料组成及性能要求4.1 粘接剂在桥面板打砂处理，形成一个清洁、干燥、平整的粗糙界面后，然后洒布 EN 粘接剂是一种反应性粘接剂，能与水泥混凝土充分浸润，具有优良的耐潮、防渗水和粘接性能，确保铺装下层与桥面板之间的良好粘接）。EN 粘接剂技术要求如表 4.1 所示：表 4.1 EN 粘接剂的技术要求指标 技术要求 实验方法或仪器粘度（20）, s 40 标准粘度计法与水泥砼的粘接强度,MPa 1.2 拉拔试验与铺装下层的粘接强度,MPa 1.2 拉拔试验25指干时间,

14、h 1025干硬时间, h 48渗水系数，/s 2 10-8Autoclam Permeability System Mark 4.2 沥青为保证桥面铺装的密水性和整体性，下层采用 GA10。为满足东海大桥的交通和气候等要求，采用特种改性沥青混合一定比例的湖沥青作为浇注式沥青混凝土粘结料，以充分保证铺装抗车辙和抗开裂能力。在正式进行施工前，应对浇注式用的粘结料进行试生产，由此确定能达到性能要求现场加工工艺。浇注式用湖沥青指标和改性沥青要求如表 4.2 和 4.3 所示：上 海 深 水 港 东 海 大 桥 桥 面 铺 装 设 计 方 案6表 4.2 湖沥青技术指标要求试验项目 要求 方法溶解性沥

15、青含量 53 55%（重量计） 供货商提供密度 1.401.42g/cm 2 供货商提供针入度（25，100g， 5s） 0.1mm14 BS EN-1426软化点（环球法） 93 98 BS EN-1426表 4.3 浇注式用改性沥青技术要求指 标 要 求 方法针入度（25，100g,5S） 0.1mm 2040 BS EN-1426软化点（环球法） 90 BS EN-1426延度（5，5cm/min） cm 10 BS EN-1426回弹率（25） % 90 ASTM D6084RTFOT 180 重量损失 % 1.0 ASTM D2872当铺装上层采用排水性路面时，由于排水性路面空隙率高

16、达 20，这就对沥青的耐老化性能和混合料的抗水损害性能提出了更高的要求，因此需使用高粘度改性沥青。其技术要求如表 4.4 所示。表 4.4 排水性路面用改性沥青技术要求指 标 要 求 试验方法针入度（25，100g,5s） 0.1mm 3060 JTJ052-2000初软（下垂 1.0mm） 40软化点（环球法） 终点 85延度（5，5cm/min） cm 20粘韧性 N.m 20JTJ052-2000上 海 深 水 港 东 海 大 桥 桥 面 铺 装 设 计 方 案7韧性 N.m 1560 Pa.s 2000粘度135 Pa.s 2ASTM.D2170JISK2207闪点 230 JTJ05

17、2-2000RTFOT180重量损失 %针入度比 %回弹率 %延度（5，5cm/min） cm1.0658010JTJ052-2000当铺装上层采用改性沥青 SMA13 时，其改性沥青技术要求如表 4.5 所示：表 4.5 SMA13 用改性沥青技术要求技 术 指 标 SBS 改性沥青针入度（25，100g，5s）0.1mm 40延度 5 5cm/min cm 20软 化 点 (R&B) 60粘 度 135 Pa.s 1.5闪 点 230溶 解 度 % 99弹性恢复 25 % 70质量损失 % 1.0针入度比 % 65旋转薄膜烘箱试验(16375min) 延 度 cm 154.3 集料及矿粉选

18、用玄武岩破碎集料作为东海大桥桥面铺装上层用碎石，石灰石集料作为铺装下层用碎石。粗集料、细集料及矿粉应满足我国公路沥青路面施工技术规范（JTJ032-94）中的表 C.8、表 C.11 及表 C.12 中的要求。特别强调粗集料的 1：3 细长扁平颗粒含量必须10 JTJ052-2000蒸发残留物性质软化点 50 JTJ052-20004.6 混合料级配与性能要求铺装下层沥青混合料使用 GA10,铺装上层采用排水性路面或改性沥青 SMA13，上 海 深 水 港 东 海 大 桥 桥 面 铺 装 设 计 方 案9其级配应满足表 4.7 中的要求。表 4.7 铺装层混合料级配通 过 率 %通过筛孔（mm

19、） GA10 排水性路面 SMA131613.29.54.752.361.180.600.300.150.075100801006380486338533246274024362030100901001135102037100901005075203016241420121811171014811注：（1）排水性路面混合料级配采用日本道路协会推荐范围。铺装下层 GA10 油石比范围 710%，铺装上层排水性路面油石比范围46%，SMA13 油石比范围 5.86.5%,均需进行配合比设计并检验性能后确定，铺装下层 GA10 混合料性能需满足表 4.8 中的技术要求；铺装上层排水性路面或 SMA1

20、3 性能需满足表 4.9 中的技术要求。沥青混合料中掺加的纤维用量为混合料质量的 0.3%。表 4.8 GA10 性能要求指针 要求 技术标准和试验规范刘埃儿流动值 （s） 20日本铺装试验法便览贯入度 60 （mm） 14 DIN1996贯入度增量 60 （mm） 0.4 DIN1996动稳定度（60，0.7MPa） 次/mm1200日本铺装试验法便览上 海 深 水 港 东 海 大 桥 桥 面 铺 装 设 计 方 案10低温弯曲应变 610 -3日本铺装试验法便览注：（1）德国及日本贯入度及贯入度增量的试验温度为 40，日本浇注式沥青混凝土的动稳定度要求为大于 300 次/mm，根据东海大桥

21、所处地区的气候及交通状况，贯入度试验温度提高至 60，动稳定的要求提高至 1200 次/mm。 （2）日本规定浇注式刘埃儿要求18s,本方案由于采用特种高粘度改性沥青，提高为20s（已经过实体工程检验） 。表 4.9 铺装上层混合料性能要求混合料类型 排水性路面 SMA13沥青用量(油石比) % 4.06.0 5.86.5VMA 矿料间隙率 % 17.0空隙率 % 20 3.04.0马歇尔试验 稳定度 KN 3.5 6.2冻融劈裂强度比 % 75 80析漏量 （200） % 0.3 0.3透水率 cm/s 10-20 肯德堡试验损失量（20） % 20 60车辙动稳定度 次/mm 3000 3000注：透水率试验采用日本铺装试验法便览中的试验方法，只对设计混合料进行试验，不用于现场检测。对 SMA13 还要求 VCA 混合料 VCA DRC。